[發明專利]一種鋁酸鎂光學半球薄壁件的高效超精密加工方法

在審

• 申請號: 201811288547.0
• 申請日: 2018-10-31
• 公開（公告）號: CN109176163A
• 公開（公告）日: 2019-01-11
• 發明（設計）人: 蘭潔;孟光;袁航;陸波;周如好;朱蓓蓓;郭凌曦
• 申請（專利權）人: 上海航天控制技術研究所
• 主分類號: B24B1/00
• 分類號: B24B1/00
• 代理公司: 上海元好知識產權代理有限公司 31323
• 代理人: 劉琰;張妍

本發明公開了一種鋁酸鎂光學半球薄壁件的高效超精密加工方法，通過設計高速研磨、拋光模具，研究模具制備和修整技術，將模具的面形精度控制在2μm以內；通過設計新的粘結用膠，研究粘接技術和工藝過程，解決半球薄壁件的面形變形問題；分析高速研磨、拋光技術對鋁酸鎂光學半球薄壁件面形精度和表面粗糙度的影響，研究加工區域材料去除機理；分析高速研磨、拋光工藝參數對研磨、拋光區域材料去除效率和表面質量的影響，創新性的采用準球心高速研磨拋光技術加工鋁酸鎂光學半球薄壁件，最終保證產品面形精度N＜2，ΔN＜0.2，表面粗糙度Ra<8nm，生產效率提高10倍以上，解決了鋁酸鎂光學半球薄壁件加工精度低和加工效率低的問題。

技術領域

本發明涉及光學薄壁件加工技術領域，具體涉及一種鋁酸鎂光學半球薄壁件的高效超精密加工方法。

背景技術

隨著科學技術和工業的發展，先進陶瓷、硅鍺半導體、藍寶石玻璃等一些具有優良性能的硬脆難加工材料在電子、光學、儀器儀表、航空航天和民用等行業的需求量很大，應用前景十分廣闊。

20世紀60年代到70年代采用傳統的光學冷加工拋光的方法(散粒拋光方法)，通過對磨具材料、結構、拋光液及拋光粉等方面進行一系列的改進，使硬脆材料拋光表面達到超光滑表面的要求。美國用浴法拋光(Blow Feed Polishing)在熔石英表面獲得了0.3nm RMS的粗糙度。

20世紀80年代，日本研制出第一臺加工超光滑表面的延展性高精度磨床為代表。將粗磨、精磨、拋光融于一體，在超精密機床上加載在線修整砂輪磨削(Electrolytic In-process Dressing，ELID)技術，使砂輪在磨削中得到在線修整，成功實現硬脆材料延展性磨削(Duticle Mode Grinding)，由毛坯直接加工出工件。

20世紀90年代初美國Rochester大學光學中心的I.V.Pr okhorov，W.I.Kordonski，D.Golini及其眾多合作者將電磁學、流體動力學、分析化學相結合而提出的一種新型的光學元件加工方法--磁流變拋光。1995年，該大學的光學加工中心(COM)利用MRF方法對一批直徑小于50mm的球面和非球面光學元件進行了加工，材料為BK7的光學零件表面經過拋光后的表面粗糙度達到了1nm的超光滑表面質量；該大學的E.Fess等，對氮氧化鋁加工拋光后，其光學表面的峰谷值小于1μm，表面粗糙度達到10nm。

國防科技大學的張發對多晶氟化鎂的保形薄壁整流罩進行了加工試驗研究，其采用多體系統理論對磨削加工機床進行了精度建模與誤差分析，給出了磨削機床的幾何精度誤差，探討了對刀誤差對加工精度的影響規律；運用正交試驗方法對熱壓多晶氟化鎂材料的磨削、車削工藝參數進行了研究，確定了優化的加工參數；基于磁流變拋光斑點法檢測了磨削和車削加工產生的亞表面損傷深度，研究結果為保形整流罩的加工提供了參考；并對典型保形整流罩樣件進行了加工實驗，利用三坐標測量方法與輪廓儀拼接測量方法對加工工件進行了測試，達到了所要求的設計指標。

哈爾濱理工大學的梁超針對藍寶石薄壁整流罩因其材料的硬脆性且需要去除的材料較多，加工量較大的難題開展了相關研究，分析設計了藍寶石數控加工的特殊工裝并對加工方式進行了設定。最終得出了一套系統詳細的可操作的大尺寸藍寶石整流罩加工工藝；將模糊理論與正交試驗結合對藍寶石磨削加工工藝參數進行優化分析，通過正交試驗的參數數據，利用模糊綜合評價方法對工藝參數進行兩兩優化和總體的擬合，從而推導出藍寶石數控加工工藝的整體優化參數組合；通過對優化參數的分析，結合設計的加工工藝，經過實際加工驗證，從得到的成品實際數據可知：上述優化方法以及加工工藝是可行的。

洛陽光電研究所的徐巖等對多晶氟化鎂的半球薄壁整流罩進行了拋光試驗，通過拋光工藝的摸索，提高了零件表面質量，縮短了拋光時間，提高了產品的生產效率。徐巖，李彩雙等人通過相應的實際研究從精研模、精研磨料、拋光膜層、拋光輔料、機床速度和壓力等方面摸索出了一套加工藍寶石整流罩的實際加工工藝方法，初步掌握了球形人造藍寶石材料的加工特點并且提出了一種改進后的精研模具。