[发明专利]一种长方体类光学材料导轨组合加工方法及系统

说明书

本发明公开了一种长方体类光学材料导轨组合加工方法及系统，本发明包括研磨阶段、抛光阶段以及修形与光顺阶段三个加工阶段，研磨阶段包括利用矩形研磨盘做往复加工；抛光阶段包括首先利用磁流变抛光对被加工导轨的加工面进行前序处理，然后利用CCOS进行研磨抛光；修形与光顺阶段包括首先利用磁流变机床对被加工导轨的工作面进行确定性加工，然后针对磁流变加工出现的边缘效应和中高频误差采用沥青盘对被加工导轨的导轨面进行光顺加工。本发明可广泛应用于长条形导轨的高精度加工制造，加工工艺可以实现高质量、高效率的光学抛光，在1米的导轨工作面内实现亚微米精度的加工精度。

技术领域

本发明涉及先进光学制造的研磨抛光技术，具体涉及一种长方体类光学材料导轨组合加工方法及系统。

背景技术

现有高通用性的测量系统难以同时满足“大口径、高精度”的测量需求。导轨作为导向元件从底层决定了测量系统的行程和检测精度，当前导轨极少能实现米级行程的亚微米制造精度，主要原因是加工困难。当细长导轨采用传统机械加工的方法时，精度受限于测量无法提升；而采用传统的光学加工的方法，导轨在研磨和抛光的过程中极易出现边缘效应限制精度的提升。另外，米级导轨形位误差检测虽然存在诸多方法，但由于各自方法的局限性，难以直接应用，因而对米级高精度导轨的加工和检测研究至关重要。

导轨的选材应满足弹性模量大、密度小和热稳定性好等性能。常用的导轨材料有钢、铝合金、铸铁等金属材料。其中钢材价格较低，作为导轨材料应用较为广泛，但是钢导轨加工时受力变形和热变形的影响较大，一般制造精度难以提升，在高精度的运动平台上应用较少，即使用热性能较好的其它金属代替，其制造精度依然有待提升。在非金属材料中，花岗石热稳定性较金属材料好、价格相对便宜，在三坐标测量机和其它精密平台上都有应用。虽然花岗石被广泛应用，但具有吸湿性，长期放置会产生微量变形影响精度。而随着材料科学的发展，一些其它非金属材料如氧化铝陶瓷和微晶玻璃等也逐渐被应用到导轨的选材上。如日本东京工业大学与沙迪克公司、住友重工等对氧化铝陶瓷导轨研究较早，在开发的超精密移动平台已经得到应用。

目前导轨的研制方法主要有传统机械加工、手工研抛和光学制造工艺等方法。对于传统的细长钢导轨，一般采用的是热处理和磨削相结合的方案，但此种方案加工精度大多通过超精密磨削机床提升，而超精密磨削机床的造价昂贵，特别是米级行程的大机床，同时传统机械加工使用三坐标作为测量手段，加工精度在微米级别难以提升；手工研抛的方法，加工周期长，同时具有不确定性，人为因素影响大，复现困难。为了提升导轨的制造精度，国内已经逐渐引入光学制造的方法对导轨进行加工。

综上可以发现面形精度达到亚微米级别的导轨行程都在米级以下，亚微米面形精度的米级导轨国内外几乎没有，这主要受限于加工工艺和检测技术。对于长条形的导轨，若采用传统机械加工方法，其检测精度无法提升导致加工精度不高；而采用CCOS小磨头技术加工时，行程越大的导轨越容易产生边缘效应：小磨头研磨盘在导轨边缘处加工，研磨盘与导轨接触压力发生变化，导致去除效率不一样，漏边量小的时候，边缘压力小容易出现翘边现象；漏边量大的时候，边缘压力相对大，会有塌边的现象出现。

发明内容

本发明要解决的技术问题：针对现有技术的上述问题，提供一种长方体类光学材料导轨组合加工方法及系统，本发明可广泛应用于长条形导轨的高精度加工制造，加工工艺可以实现高质量、高效率的光学抛光，在1米的导轨工作面内实现亚微米精度的加工精度。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：