一种氟化钙材料阶梯回转非球面透镜加工方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN109483365A(43)申请公布日2019.03.19(21)申请号201811473618.4(22)申请日2018.12.04(71)申请人天津津航技术物理研究所地址300308天津市东丽区空港经济区中环西路58号(72)发明人杨坤回长顺王朋李伟皓李宁李圣义蒙建雄唐海瑞张晨(74)专利代理机构中国兵器工业集团公司专利中心11011代理人刘二格(51)Int.Cl.B24B13/00(2006.01)B24B13/01(2006.01)权利要求书2页说明书4页附图1页(54)发明名称一种氟化钙材料阶梯回转非球面透镜加工方法(57)摘要本发明氟化钙材料阶梯回转非球面透镜加工方法流程包括：铣磨抛光、矢高补偿、刀具筛选、精修工装、车削、面形检测、反馈修正。本发明的优点是利用经济性较好的古典法研磨抛光平面，减小金刚石刀具车削引入的低频误差；对各阶梯光学表面进行矢高补偿，使阶梯型回转光学表面一次完成装卡车削，且每个阶梯表面的回转中心重合，实现最小偏心差要求，降低面形误差累计；对车削加工使用的金刚石刀具进行筛选，优先选用圆弧轮廓误差相对较小的包角范围，提高加工面形精度及表面疵病等级；精修工装，使阶梯回转各非球面光轴与平面光轴重合，提高零件两面的垂直精度；以零件中心光学表面面形检验数据评价整个零件的表面面形，使其具有可检测性。CN109483365ACN109483365A权利要求书1/2页1.一种氟化钙材料阶梯回转非球面透镜加工方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：研磨抛光光学元件平面；步骤2：对单元光学表面进行矢高补偿，保证阶梯型回转光学表面一次车削；步骤3：筛选刀具，通过仿真车削所用金刚石刀具圆弧轮廓包角，对金刚石刀具进行筛选和安装角度偏置；步骤4：精修工装，保证零件转卡后，车削表面回转中心与主轴回转重新重合；步骤5：车削阶梯型回转光学表面；步骤6：对车削后光学表面进行评价和检测修正。2.如权利要求1所述的氟化钙材料阶梯回转非球面透镜加工方法，其特征在于，所述步骤1中，采用铣磨机对氟化钙材质的光学元件毛坯进行铣磨成型，铣磨后采用单轴机并辅以钻石粉对光学元件平面进行研磨抛光，得到半成品零件。3.如权利要求2所述的氟化钙材料阶梯回转非球面透镜加工方法，其特征在于，所述步骤2中，以中心单元的回转中心顶点或者平面为基准对其他单元光学表面进行矢高补偿，补偿后，单元光学表面之间的车削基准统一。4.如权利要求3所述的氟化钙材料阶梯回转非球面透镜加工方法，其特征在于，所述步骤3中，采用800X显微镜对金刚石刀具圆弧轮廓进行检测，筛选出上述计算所用刀具圆弧包角范围内轮廓最优的圆弧刀具包角，按照最优圆弧刀具包角将刀具进行偏置。5.如权利要求4所述的氟化钙材料阶梯回转非球面透镜加工方法，其特征在于，所述步骤4中，采用CNC车削机床，通过步骤S3筛选出的天然金刚石刀具对透镜加工用工装的各个定位面进行加工，加工后工装定位面与机床主轴回转轴垂直。6.如权利要求5所述的氟化钙材料阶梯回转非球面透镜加工方法，其特征在于，所述步骤5中，采用CNC金刚石车床，辅以步骤S3筛选出的天然金刚石刀具，按照矢高补偿后的光学表面方程，使用数控机床对阶梯型回转光学面进行车削。7.如权利要求6所述的氟化钙材料阶梯回转非球面透镜加工方法，其特征在于，所述步骤5中，车削工艺参数为：主轴转速1000～4000r/min，切深0.004～0.1mm/次，进给量3～8mm/min。8.如权利要求7所述的氟化钙材料阶梯回转非球面透镜加工方法，其特征在于，所述步骤6中，用接触式轮廓仪或干涉仪对中心单元光学面进行面形精度检测，检测PV值加δ即可认为是最终面形测试结果，若面形合格，则为最终产品；若面形检测工步不能达到面形精度要求，根据检测结果反馈修正，直到面形指标符合技术要求；其中，PV值为实际表面与理论表面的比较曲线中的最大值与最小值之差，δ为车削所用圆弧包角的轮廓误差。9.如权利要求8所述的氟化钙材料阶梯回转非球面透镜加工方法，其特征在于，所述步骤1中，光学元件材料：氟化钙，直径：Φ43mm，中心厚度h＝7.5±0.05mm，S1、S2和S3是沿边缘到中心的三个光学表面，S12和S23为三个光学表面之间的过度带，S4为底部平面；三个光学表面的标准方程均为：其中，h2＝x2+y2，其具体参数见表格1，平面面形精度RMS：30nm，非球面面形精度PV<0.42CN109483365A权利要求书2/2页μm，单元非球面之间的位置精度±0.002mm，中心偏差30"；表1步骤2中，透镜非球表面包含S1、S2和S3三个阶梯型回转面，非球表面均为标准非球面方程，而其回转中心相对平面的矢高分别为10mm、7.5mm和6mm，故