[發明專利]自由曲面光學零件的大氣等離子體數控加工方法

有效

• 申請號: 201310177053.6
• 申請日: 2013-05-14
• 公開（公告）號: CN103273180A
• 公開（公告）日: 2013-09-04
• 發明（設計）人: 王波;李娜;姚英學;李國;金會良;辛強;金江;李鐸
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: B23K10/00
• 分類號: B23K10/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于等離子體加工大口徑非球面光學零件的技術領域。

背景技術

大口徑復雜曲面光學零件，例如連續位相板等的表面峰谷值較大并且表面空間周期變化也很大，若加工時選擇尺寸較小的去除函數，可以保證較高的加工精度，但是去除率較低；而若選擇尺寸較大的去除函數時,?可以獲得較高的加工效率,?但加工后的殘留誤差較大。目前此類零件的制造一般采用磁流變拋光方法和數控化學拋光方法。磁流變拋光方法中，雖然以剪切力為主、壓力為輔，幾乎不產生亞表面損傷層，并且該方法可以獲得1mm的最小空間分辨率，但是該方法對拋光距離(拋光模與鏡面法向間隙)仍然比較敏感。而數控化學拋光方法雖然采用純化學刻蝕機制，可以避免在加工過程中產生亞表面缺陷，但其加工的最小空間分辨率為5mm，根據采樣定理，該加工方法只能實現對空間周期>10mm的表面的精確修形。

發明內容

本發明的目的是提供一種自由曲面光學零件的大氣等離子體數控加工方法，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量問題。

所述的目的是通過以下方案實現的：所述的一種自由曲面光學零件的大氣等離子體數控加工方法，它的步驟方法是：

步驟一：在五軸聯動機床的絕緣工作架上安裝有大口徑的等離子體炬或中口徑的等離子體炬或小口徑的等離子體炬，大口徑的等離子體炬或中口徑的等離子體炬或小口徑的等離子體炬可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地電極上，地電極固定在五軸聯動機床的水平運動工作臺上；將地電極接地作為大氣等離子體放電的陰極；當絕緣工作架上安裝有大口徑的等離子體炬時，大口徑的等離子體炬的進氣端口可通過絕緣工作架上的導氣孔、氣管與混合等離子體氣源導氣連通；當絕緣工作架上安裝有中口徑的等離子體炬時，中口徑的等離子體炬的進氣端口可通過絕緣工作架上的導氣孔、氣管與混合等離子體氣源導氣連通；當絕緣工作架上安裝有小口徑的等離子體炬時，小口徑的等離子體炬的進氣端口可通過絕緣工作架上的導氣孔、氣管與混合等離子體氣源導氣連通；

步驟三：使大口徑的等離子體炬的放電工作面或中口徑的等離子體炬的放電工作面或小口徑的等離子體炬的放電工作面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；

步驟四：預熱射頻電源和混合等離子體氣源中的氣體質量流量控制器，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0.5?L/min?-5?L/min，反應氣體流量為10?ml/min-?90?ml/min，輔助氣體與反應氣體流量的比例為0%-50%；

步驟五：當大口徑的等離子體炬的放電工作面或中口徑的等離子體炬的放電工作面或小口徑的等離子體炬的放電工作面和待加工光學零件的待加工表面之間的放電間隙內充滿等離子體氣體、反應氣體與輔助氣體的混合氣體后，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穩定的通入混合氣體，使大口徑的等離子體炬的放電工作面或中口徑的等離子體炬的放電工作面或小口徑的等離子體炬的放電工作面和待加工光學零件的待加工表面之間的放電間隙產生穩定的等離子體放電；

步驟六：根據待加工光學零件的待加工表面相應位置的期望去除量，使大口徑的等離子體炬或中口徑的等離子體炬或小口徑的等離子體炬進行多自由度運動，并且控制其在待加工光學零件的待加工表面上不同位置的駐留時間；

步驟七：待加工完成后，關閉射頻電源的電源，關閉混合等離子體氣源，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。

本發明采用三種不同口徑的等離子體炬對大口徑復雜曲面光學零件進行大氣等離子體加工。大氣等離子體加工是基于原子間的化學反應，可以避免接觸應力造成的表層及亞表層損傷。本發明綜合考慮加工效率和加工精度兩個方面的因素，加工時先采用大口徑的大面積等離子體炬進行大去除量的修形，然后采用中口徑的同軸等離子體炬(單位去除函數是半高寬為6mm的高斯型)進行較大空間周期面形的修形，最后再采用小口徑的微孔電極炬(單位去除函數是半高寬為0.5mm的高斯型)進行較小空間周期面形的修形，從而達到對大口徑復雜曲面光學零件進行高效精確修形的目的。

本發明還具有的優點為：

1.?本發明采用大氣等離子體加工，避免了傳統接觸式研拋方法造成的表面殘余應力及亞表層損傷等問題；