平面光学元的件的加工技术.pdf

平面光学元件的加工技术 浙江大学光电信息工程系 曹天宁 宁波华光精密仪器有限公司 周柳云 光学平面零件包括棱镜、平行平面板、平面反光镜、平晶、光楔、光盘片基、滤光片、 波片、倍频器、液晶光屏平面等等。其大小从φ1mm到φ1000mm或更大,材料主要是光学玻 璃,有时是光学晶体,为了达到高精度与高效率,采用技术方法很多,有铣磨、精磨、研磨、抛 光、分离器抛光、环抛、水中抛光（BFP）、单点金刚石飞切(SPDFC)、计算机机控制小工具 抛修(CCP) 、离子抛光等等。 从机理上考察,可以归纳为三类基本方法 一、 范成法形成平面 特点是依靠机床的精确运动形成平面包络面,对机床精度要求高.如用筒状金刚石磨 轮铣磨平面,按形成球面正弦公式当α=0 时,R=∞范成了平面(生产上为了排屑排冷却液 方便, α 有一个小量,所以表面微凹)。单点金刚石飞切也是依靠高速旋转的轴上的飞刀 与作直线运动的工作台垂直而范成了平面.工具与工件的加工接触为线接触。这种方法， 生产效率按接触状态不算高，由于工具轴速度高所以生产效率变高，加工精度容易保持。 二、 轮廓复制法或母板复制法 这种复制法与光栅复制法不一样,在复制过程有磨削研磨、抛光过程。采用精磨模、 抛光模(固着磨料抛光模与柏油抛光模)加工的均属于这一类.工具与工件的接触为面接 触。这种方法，生产效率按接触状态为最高，但必须研究最佳参数达到均匀磨耗，以保 持精度的传递（即复制）。 三、 小工具修磨法 计算机控制抛光(CCP)离子束抛光与手修属于这一类,逐点抛修,边检边修,精度可以 很高，对局部修正非常方便.工具与工件的接触为点接触。这种方法，生产效率为最低， 但修改局部误差最方便，所以适合于高精度大中型平面的加工。 (一) 、铣磨成型光学平面元件 我国QM30、PM500、XM260 研磨机直到NVG-750THD 型双轴超精密平面磨床等大型平面 铣磨机都是利用范成法原理高效铣磨出平面,而且可以采用适当的金属夹具,将角度修磨变 为平行平面的铣磨.机床磨轮轴与工件轴的平行度、轴向径向跳动影响棱镜的角度精度.铣磨 成型是光学平面元件毛坯加工的主要技术方法之一。 图一就是PM500 铣磨平面的范成运动,图二就是改进的QM30 铣削平面的范成运动。图三 是大型的NVG-750THD 型双轴超精密平面磨床。 1 2 图三. 大型双轴超精密平面磨床 (二) 、光学平面的磨削、研磨与抛光 重点在于加工出高精度光学表面面形(N、△N),磨削、研磨与抛光的运动形式很多,但 其特点是一样的,光学平面精度的获得不主要依靠机床的精度,而主要依靠母板的精度的传 递,应该重点研究与把握三个机理。 1、轮廓复制法 2、母板的产生、保持与修复 3、三块平面的对磨与修正 平面精磨模要用金属平磨来修磨,金属平模就是母板,低速环抛机的柏油抛光盘是母板, 高速环抛机的聚氨酯抛光盘修正好后也成了母板.母板最原始最基本获得的办法是三块平模 的对磨与相互修正.研磨(精磨)与抛光过程就是母板的精度的保持、破坏与修复过程.精磨 模、聚氨酯抛光模与固体磨料抛光模接近刚体,比较好满足抛光方程要求,所以母板面形保持 的时间长,适合高效加工要求。柏油抛光模塑性大,不满足抛光方程要求,柏油模在抛光过程 一直处于破坏与修复过程,是古典抛光的特点,效率低,精度高,并且表面粗糙度好。 1、平面的高速精磨与抛光 这是平面的高效的加工的基本方法。例如,在 JM030.3、三轴精密精磨抛光机床(φ 300)与 PLM400 平面精磨机(φ500)(图四、图五),采用高速高压、固着磨料精磨模、固 着磨料抛光模与聚氨酯抛光模等,并采用合理的工艺参数(速度、压力、工具大小、摆幅、 供液量、液温等),可以达到定时定光圈定表面质量的目的.精磨模与抛光模是工作母板, 而合理的工艺参数使工作母板不容易破坏,因而可以较长时间保持面