[發(fā)明專利]一種數(shù)控小工具拋光輔助大氣等離子體加工方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711190715.8
• 申請(qǐng)日: 2017-11-24
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108081070B
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-10-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉衛(wèi)國(guó);惠迎雪;陳智利;張進(jìn);周順;劉兆豐;趙楊勇
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): B24B13/00
• 分類號(hào): B24B13/00;B24B13/01;B24B55/02;C03C15/02;C30B33/12
• 代理公司: 西安新思維專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司 61114
• 代理人: 黃秦芳

本發(fā)明涉及光學(xué)元件表面超光滑精密加工技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種數(shù)控小工具拋光輔助大氣等離子體加工方法。以解決現(xiàn)有大氣等離子體加工時(shí)，表面次生附著物二次吸附，光學(xué)元件表面質(zhì)量嚴(yán)重下降，加工效率降低的問(wèn)題。本發(fā)明的步驟為開(kāi)啟對(duì)稱旋轉(zhuǎn)工裝上的大氣電弧等離子體源噴槍，去除光學(xué)元件在前期加工過(guò)程中表面缺陷，對(duì)光學(xué)元件表面進(jìn)行由點(diǎn)及面的刻蝕拋光，然后開(kāi)啟數(shù)控柔性小工具磨頭，對(duì)光學(xué)元件表面進(jìn)行研磨拋光；同時(shí)開(kāi)啟大氣電弧等離子體源噴槍和數(shù)控柔性小工具磨頭，加工原件表面質(zhì)量；再次開(kāi)始對(duì)被加工元件的上表面加工，所產(chǎn)生的二次附著物被數(shù)控柔性小工具磨頭研磨去除，多次迭代加工后，完成光學(xué)元件的加工。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光學(xué)元件表面超光滑精密加工技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種數(shù)控小工具拋光輔助大氣等離子體加工方法。

背景技術(shù)

以降低光學(xué)元件表面粗糙度為主要目標(biāo)的超精密加工技術(shù)稱為超光滑表面加工技術(shù)，而傳統(tǒng)的光學(xué)加工基于范成法和手工研磨方法的傳統(tǒng)方法，加工效率低且加工精度很難達(dá)到超光滑表面加工的要求。近年來(lái)，以數(shù)控小工具為代表的拋光技術(shù)成為超精密光學(xué)元件加工的重要手段，但是受限于小尺度制造誤修正方面的要求，拋光效率雖較傳統(tǒng)光學(xué)加工方法大幅提高，但仍然受到限制。

專利號(hào)為CN200710072022.9的發(fā)明專利介紹了一種電容耦合式大氣等離子體拋光方法，專利號(hào)為CN201310400822.4的發(fā)明專利給出了一種基于電弧放電的大氣等離子體方法，這些方法均是在大氣環(huán)境下利用氣體輝光放電產(chǎn)生低溫等離子體射流，利用引入的含氟活性氣體與加工光學(xué)元件表面材料的化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行材料的快速去除和拋光。雖然，采用此類方法均可取得高效率的拋光效果，但是由于在拋光過(guò)程中通常要引入SF₆、CF₄、NF₃等含氟氣體，反應(yīng)氣體于光學(xué)元件材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生材料去除，所生成的附著物，雖然大部分氣化揮發(fā)，隨著尾氣排除，但考慮附著物與大氣環(huán)境中的N、O乃至水汽等再次反應(yīng)，形成次生附著物，在光學(xué)元件表面產(chǎn)生二次吸附。特別地，為了抑制等離子體對(duì)光學(xué)元件拋光過(guò)程中由于溫度引起的變形問(wèn)題，等離子體拋光過(guò)程中多采用低溫等離子體，同時(shí)在拋光過(guò)程中引入降溫措施，如此，都會(huì)促成二次附著物的產(chǎn)生和增加。二次附著物的存在帶來(lái)了很多問(wèn)題，如元件表面質(zhì)量劣化，工藝穩(wěn)定性變差等，最為嚴(yán)重的是，為了控制加工過(guò)程中的小尺寸誤差，在等離子體拋光過(guò)程中需要對(duì)光學(xué)元件表面作用區(qū)域進(jìn)行多次迭代加工，而光學(xué)元件表面二次附著層的存在，會(huì)對(duì)光學(xué)元件表面化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生抑制作用，極大地影響迭代加工的效率和收斂精度。因此必須通過(guò)新的工藝方法，抑制等離子體拋光過(guò)程中二次附著物的產(chǎn)生。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一種數(shù)控小工具拋光輔助大氣等離子體加工方法,以解決現(xiàn)有大氣等離子體加工時(shí)，表面次生附著物二次吸附，光學(xué)元件表面質(zhì)量嚴(yán)重下降，加工效率降低的問(wèn)題。

為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種數(shù)控小工具拋光輔助大氣等離子體加工方法，其特征在于：所述的加工方法的步驟為：

步驟一：開(kāi)啟對(duì)稱旋轉(zhuǎn)工裝上的大氣電弧等離子體源噴槍，以氮?dú)鉃檩d氣，含氟氣體為反應(yīng)氣體，調(diào)節(jié)通入大氣電弧等離子體源噴槍的載氣和反應(yīng)氣體流量比，產(chǎn)生大氣電弧等離子體射流，設(shè)定大氣電弧等離子體射流對(duì)光學(xué)元件材料的高刻蝕去除率，快速去除光學(xué)元件在前期加工過(guò)程中產(chǎn)生的表面及亞表面缺陷，然后根據(jù)被加工原件面形要求，設(shè)定多維運(yùn)動(dòng)控制臺(tái)的加工軌跡，對(duì)光學(xué)元件表面進(jìn)行由點(diǎn)及面的刻蝕拋光，加工結(jié)束后，開(kāi)啟數(shù)控柔性小工具磨頭，使之沿大氣電弧等離子體源噴槍加工軌跡對(duì)光學(xué)元件表面進(jìn)行研磨拋光，去除等離子加工過(guò)程中的附著物；

步驟二：同時(shí)開(kāi)啟大氣電弧等離子體源噴槍和數(shù)控柔性小工具磨頭，大氣電弧等離子體源噴槍和數(shù)控柔性小工具磨頭研磨的火花均作用于被加工原件的上表面上，使大氣電弧等離子體射流加工作用區(qū)位于數(shù)控柔性小工具磨頭研磨作用區(qū)運(yùn)動(dòng)方向的前側(cè)，通過(guò)調(diào)節(jié)大氣電弧等離子體源噴槍的氣體流量比、縮小噴槍嘴口徑的方法，使其產(chǎn)生的大氣電弧等離子體射流對(duì)元件表面材料去除效率降至2mm³/min以下以提高加工原件表面質(zhì)量；