[發(fā)明專利]水電極大氣等離子體加工大口徑非球面光學零件的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310177039.6
• 申請日: 2013-05-14
• 公開（公告）號: CN103273149A
• 公開（公告）日: 2013-09-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王波;李娜;姚英學;李國;金會良;辛強;金江;李鐸
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學
• 主分類號: B23H3/00
• 分類號: B23H3/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于等離子體加工大口徑非球面光學零件的技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

目前，對于大口徑非球面光學零件的加工要求越來越高，不僅要求較高的面形精度、較低的表面粗糙度、無表層和亞表層損傷，而且要求提高加工效率。目前此類超光滑表面的獲得方法主要是采用計算機控制小工具拋光的方法，如氣囊拋光、磁流變拋光等，這些拋光技術(shù)雖然可以獲得較高的面形精度和較低的表面粗糙度，但是加工周期長、效率低，而且可能會造成一定程度的表層和亞表層損傷。而大氣等離子體加工是基于活性粒子與工件表面原子之間的化學反應(yīng)，生成易于處理的揮發(fā)性物質(zhì)，從而實現(xiàn)材料的無損傷去除。目前，大氣等離子體加工主要采用基于CCOS原理的小孔徑工具加工的方法，仍然存在加工效率較低的問題。作為一種解決方法，采用大面積成形電極的電容耦合式的大氣等離子體加工方法可以實現(xiàn)較高的加工效率。然而，大面積成形電極放電比較容易產(chǎn)生放電不均勻的現(xiàn)象，從而導致對大口徑光學零件的修形效果不甚理想。另外，大面積成形電極之間的相對運動難以實現(xiàn)，對工件的加工范圍固定，因此加工靈活性較差。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種水電極大氣等離子體加工大口徑非球面光學零件的方法，為了解決高精度大口徑非球面光學零件的加工效率和表面質(zhì)量問題。

所述的目的是通過以下方案實現(xiàn)的：所述的一種水電極大氣等離子體加工大口徑非球面光學零件的方法，它的步驟方法是：

步驟一：將成形電極的上端面絕緣連接在升降裝置的豎直運動工作架上，使成形電極與射頻電源的輸出端連接作為大氣等離子體放電的陽極；

步驟二：將待加工光學零件裝卡在夾具上，在待加工零件的下方設(shè)置有直線排列的一排噴頭，所有噴頭都設(shè)置在多自由度運動工作臺上，所有噴頭的進水口都連接水泵的出水口，使待加工光學零件的下端面與所有噴頭的噴嘴口之間有一定的間隙，間隙的距離為1mm-50mm；根據(jù)去除函數(shù)半高寬的要求，所有噴頭的噴嘴口的直徑可在0.5mm-50mm范圍內(nèi)調(diào)節(jié)；所有噴頭噴出的水都通過噴頭接地作為大氣等離子體放電的陰極；

步驟三：使成形電極靠近待加工光學零件的待加工表面，并使它們之間保持一定的放電間隙，放電距離范圍為2mm-5mm；放電間隙附近設(shè)置有出氣管，出氣管的進氣端口與混合等離子體氣源的出氣端口導氣連通；

步驟四：預熱射頻電源和混合等離子體氣源中的氣體質(zhì)量流量控制器，預熱時間為5-10分鐘；然后打開混合等離子體氣源，使離子體氣體的流量為2?L/min?-5?L/min，反應(yīng)氣體流量為20?ml/min-?90?ml/min，輔助氣體與反應(yīng)氣體流量的比例為0%-50%；

步驟五：當成形電極和待加工光學零件的待加工表面之間的放電間隙內(nèi)充滿等離子體氣體、反應(yīng)氣體與輔助氣體的混合氣體后，啟動水泵，使噴頭噴水，其水的電導率為125μs/cm-1250?μs/cm，水的壓力為0.1MPa-0.5MPa，使所有噴頭噴出的水都噴射到待加工光學零件的下端面上，啟動射頻電源，逐步增加射頻電源的功率，使功率達到200W-400W，同時控制射頻電源的反射功率為零，在射頻電源工作的過程中持續(xù)穩(wěn)定的通入混合氣體，使成形電極和待加工光學零件的待加工表面之間的放電間隙產(chǎn)生穩(wěn)定的等離子體放電；

步驟六：根據(jù)待加工光學零件的表面相應(yīng)位置的期望去除量，使直線排列的所有噴頭進行左右移動和前后移動，形成直線光柵式的掃描路徑，并且控制所有噴頭噴射出的水在待加工光學零件的下端面上不同位置的駐留時間；

步驟七：待加工完成后，關(guān)閉射頻電源的電源，關(guān)閉混合等離子體氣源，關(guān)閉水泵，停止噴頭噴水，取出待加工光學零件，對加工去除深度進行測量，以判斷是否達到加工要求。

本發(fā)明采用直線式排列的水射流作為電極來進行等離子體加工，水射流可以保證在每條直線上的放電特性相同，避免放電不均勻的問題。水射流的加工口徑容易調(diào)節(jié)，可以實現(xiàn)不同曲率半徑光學零件表面的加工，而且可以根據(jù)需要加工的范圍選擇水射流噴頭的個數(shù)，需要大面積修形時選擇多個噴頭，需要局部修形時可以選擇單個噴頭，加工靈活性好。水射流可以進行多自由度運動，可以通過調(diào)節(jié)水射流的位置來控制放電的位置，通過控制相應(yīng)位置水噴射的時間來控制加工去除量。另外，水射流不僅可以作為放電電極，而且可以起到冷卻作用，能有效控制大氣等離子體加工過程中的熱效應(yīng)、降低溫度對去除率的影響，從而獲得穩(wěn)定的去除函數(shù)。因此，本發(fā)明采用直線式排列的水射流作為電極對大口徑非球面光學零件表面進行修形，從而獲得期望的面形。

本發(fā)明還具有的優(yōu)點為：