[發明專利]一種氟化鈣材料階梯回轉非球面透鏡加工方法

有效

• 申請號: 201811473618.4
• 申請日: 2018-12-04
• 公開（公告）號: CN109483365B
• 公開（公告）日: 2020-09-08
• 發明（設計）人: 楊坤;回長順;王朋;李偉皓;李寧;李圣義;蒙建雄;唐海瑞;張晨
• 申請（專利權）人: 天津津航技術物理研究所
• 主分類號: B24B13/00
• 分類號: B24B13/00;B24B13/01
• 代理公司: 中國兵器工業集團公司專利中心 11011
• 代理人: 劉二格

1.一種氟化鈣材料階梯回轉非球面透鏡加工方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1：研磨拋光光學元件平面；

步驟2：對單元光學表面進行矢高補償，保證階梯型回轉光學表面一次車削；

步驟3：篩選刀具，通過仿真車削所用金剛石刀具圓弧輪廓包角，對金剛石刀具進行篩選和安裝角度偏置；

步驟4：精修工裝，保證零件轉卡后，車削表面回轉中心與主軸回轉重新重合；

步驟5：車削階梯型回轉光學表面；

步驟6：對車削后光學表面進行評價和檢測修正。

2.如權利要求1所述的氟化鈣材料階梯回轉非球面透鏡加工方法，其特征在于，所述步驟1中，采用銑磨機對氟化鈣材質的光學元件毛坯進行銑磨成型，銑磨后采用單軸機并輔以鉆石粉對光學元件平面進行研磨拋光，得到半成品零件。

3.如權利要求2所述的氟化鈣材料階梯回轉非球面透鏡加工方法，其特征在于，所述步驟2中，以中心單元的回轉中心頂點或者平面為基準對其他單元光學表面進行矢高補償，補償后，單元光學表面之間的車削基準統一。

4.如權利要求3所述的氟化鈣材料階梯回轉非球面透鏡加工方法，其特征在于，所述步驟3中，采用800X顯微鏡對金剛石刀具圓弧輪廓進行檢測，篩選出上述仿真計算所用刀具圓弧包角范圍內輪廓最優的圓弧刀具包角，按照最優圓弧刀具包角將刀具進行偏置。

5.如權利要求4所述的氟化鈣材料階梯回轉非球面透鏡加工方法，其特征在于，所述步驟4中，采用CNC車削機床，通過步驟S3篩選出的天然金剛石刀具對透鏡加工用工裝的各個定位面進行加工，加工后工裝定位面與機床主軸回轉軸垂直。

6.如權利要求5所述的氟化鈣材料階梯回轉非球面透鏡加工方法，其特征在于，所述步驟5中，采用CNC金剛石車床，輔以步驟3篩選出的天然金剛石刀具，按照矢高補償后的光學表面方程，使用數控機床對階梯型回轉光學面進行車削。

7.如權利要求6所述的氟化鈣材料階梯回轉非球面透鏡加工方法，其特征在于，所述步驟5中，車削工藝參數為：主軸轉速1000～4000r/min，切深0.004～0.1mm/次，進給量3～8mm/min。

8.如權利要求7所述的氟化鈣材料階梯回轉非球面透鏡加工方法，其特征在于，所述步驟6中，用接觸式輪廓儀或干涉儀對中心單元光學面進行面形精度檢測，檢測PV值加δ即可認為是最終面形測試結果，若面形合格，則為最終產品；若面形檢測工步不能達到面形精度要求，根據檢測結果反饋修正，直到面形指標符合技術要求；其中，PV值為實際表面與理論表面的比較曲線中的最大值與最小值之差，δ為車削所用圓弧包角的輪廓誤差。

9.如權利要求8所述的氟化鈣材料階梯回轉非球面透鏡加工方法，其特征在于，所述步驟1中，光學元件材料：氟化鈣，直徑：Φ43mm，中心厚度h＝7.5±0.05mm，S1、S2和S3是沿邊緣到中心的三個光學表面，S12和S23為三個光學表面之間的過度帶，S4為底部平面；

三個光學表面的標準方程均為：

其中，h²＝x²+y²，其具體參數為：對于光學面S1，Z0＝10，C0＝-0.02，K＝0.89，A＝4e-006，B＝-4.5e-009，C＝8e-012，D＝-4e-015，R＝15-20；對于光學面S2，Z0＝7.5，C0＝-0.042，K＝1.66，A＝-7e-005，B＝-7.5e-008，C＝3.5e-009，D＝-4.5e-011，R＝4.5-8；對于光學面S3，Z0＝6，C0＝0.0385，K＝-75，A＝2e-005，B＝-1e-008，C＝3e-011，D＝-4e-014，R＝0-4.3；平面面形精度RMS：30nm，非球面面形精度PV0.4μm，單元非球面之間的位置精度±0.002mm，中心偏差30″；

步驟2中，透鏡非球表面包含S1、S2和S3三個階梯型回轉面，非球表面均為標準非球面方程，而其回轉中心相對平面的矢高分別為10mm、7.5mm和6mm，故以平面為基準對S1、S2和S3進行矢高補償，即Z1＝Z+10、Z2＝Z+7.5、Z3＝Z+6；補償后，光學表面的車削基準統一為平面；

步驟3中，根據S1、S2和S3的標準方程，計算單個光學表面車削加工所使用的金剛石刀具圓弧包角，即S1：-20.6°～-15.98°、S2：-11.27°～-21.95°和S3：0°～5.79°；故，車削整個光學表面所用金剛石圓弧刀具包角范圍是-21.95°～5.79°；采用800X顯微鏡對金剛石圓弧刀具輪廓進行檢測，篩選出包角27.74°范圍內最優輪廓段；經檢測，最終選用車削加工所用金剛石刀具輪廓段的輪廓度為0.02μm。