[发明专利]一种飞切刀盘以及超精密平面加工方法

说明书

为解决传统的飞切工艺加工超精密平面时各加工工序分开独立进行加工导致的加工效率低的技术问题，本发明实施例提供一种飞切刀盘以及超精密平面加工方法，包括：圆形刀盘，用于设于超精密机床，设有至少三个刀具安装位置；三自由度微调机构，设于圆形刀盘的刀具安装位置，用于沿与圆形刀盘的轴向平行的方向上下移动、沿圆形刀盘的径向前后移动和沿三自由度微调机构的轴向转动；至少三个刀具安装位置，分别用于通过三自由度微调机构安装用于精过程的第一金刚石刀具、用于半精加工过程的第二金刚石刀具和用于粗加工过程的第三金刚石刀具，以实现通过所述超精密机床一次走刀同时完成飞切工艺的粗加工过程、半精加工过程和精加工过程。

技术领域

本发明涉及一种飞切刀盘以及超精密平面加工方法。

背景技术

具有超精密平面的光学元件被广泛应用于国防和民用的光学系统，是光学领域内重要且常见的光学元件。如激光跟踪系统的楔形透镜(Risely棱镜)、高能激光系统的径磷酸二氢钾(KDP)晶体光电开关、激光雷达的高精度多边形转镜、斜/平面反射镜，色散棱镜等。

这些光学元件的平面加工精度直接决定了对应光学系统的最终工作精度和使役性能，因此，对平面的加工精度提出了极高要求，例如，被大量用作激光惯性约束聚变系统光电开关和光学频率转换器的大口KDP晶体平面镜，为提高其激光损伤阈值和透光率，要求加工后的平面精度满足：面形质量(波前优于λ/6PV)、表面粗糙度(≤5nm)等。

前述具有超精密平面的光学元件的毛坯材料涉及铜、铝、熔石英、单晶硅、单晶锗、塑料、KDP、氟化镁、氟化钙等。当前，可采用多种工艺方法实现前述光学元件的超精密平面的加工，如磨削→抛光，单点金刚石切削等，其中，基于单点金刚石车削的飞切是实现超精密平面加工的重要手段，已经被用于铜、铝等有色金属平面的超精密加工，同时，也被用于水溶性晶体超精密平面或易潮解晶体超精密平面(如KDP)的切削加工，此外，辅助外加能场辅，还可以用于单晶硅平面的切削。飞切工艺相比于磨削→抛光的工艺路线在超精密平面的制造方面有较高的加工效率，因此，在超精密平面的制造方面的应用前景十分广泛。

飞切加工超精密平面时，一般也分为粗、半精及精加工工步，在粗加工时，其切深相对较大，半精加工次之而精加工再次之，即先用较大的切深进行粗加工，粗加工完成之后，再将切深调小，进行半精加工，待半精加工完成后再次将切深调小进行最后精加工。即把粗加工、半精加工及精加工工序分开独立依次进行，这就降低了飞切加工的效率，在制造单件或小批量的超精密平面时，其影响较小，但对于大批量制造的超精密平面，如，用于惯性约束系统的大于400mm口径的KDP平面晶体共计600余件，采用前述的飞切工艺加工如此大批量的高精度KDP平面则存在效率不高的问题。

发明内容

为解决传统的飞切工艺加工超精密平面时各加工工序分开独立进行加工导致的加工效率低的技术问题，本发明实施例提供一种飞切刀盘以及超精密平面加工方法。

本发明实施例通过下述技术方案实现：

第一方面，本发明实施例提供一种飞切刀盘，包括：

圆形刀盘，用于设于超精密机床，设有至少三个刀具安装位置；

三自由度微调机构，设于圆形刀盘的刀具安装位置，用于沿与圆形刀盘的轴向平行的方向上下移动、沿圆形刀盘的径向前后移动和沿三自由度微调机构的轴向转动；

至少三个刀具安装位置，分别用于通过三自由度微调机构安装用于精过程的第一金刚石刀具、用于半精加工过程的第二金刚石刀具和用于粗加工过程的第三金刚石刀具，以实现通过所述超精密机床一次走刀同时完成飞切工艺的粗加工过程、半精加工过程和精加工过程。

进一步的，所述至少三个刀具安装位置均匀分布在圆形刀盘的周向上，每个刀具安装位置的中心与圆形刀盘的中心的连线在圆形刀盘的径向上；每个刀具安装位置的中心至圆形刀盘的中心的距离相同。