一种复杂曲面的加工方法技术

本发明专利技术公开一种复杂曲面的加工方法，一、对待加工复杂曲面使用应力盘进行材料去除，直至面形误差峰谷值优于30μm；二、对复杂曲面面形进行误差分析，针对整个面形优于30μm的低阶误差使用应力盘进行加工，对于整个面形优于30μm的中高频误差使用小磨头进行加工，直至面形误差的RMS值优于100nm；三、对复杂曲面面形误差进行误差分析，对RMS值优于100nm的低阶误差采用应力盘加工，对该精度下的局部中高频误差或环带误差使用小磨头进行加工，对该精度下的整个面形的中高频误差使用磁流变进行加工；直至复杂曲面面形误差的RMS优于30nm；四、采用离子束加工技术对复杂曲面加工至满足需求，本发明专利技术能获得高材料去除效率，获得高面形收敛效率。

Method for processing complex curved surface

The invention discloses a machining method of complex surface, and treat complex surface machining materials using the removal of stress, until the surface shape error of peak valley value is better than 30 m; two, the complex surface error analysis for low order error of the whole surface is better than 30 m to conduct processing the stress in the disc, for high frequency error of the whole surface is better than 30 m the use of small grinding processing, until the shape error value of RMS is better than 100nm; three, we analyze the error of complex surface error, the low order error of RMS is better than 100nm with stress on the local disk processing, precision the high frequency error band or error using small grinding head for processing high frequency errors on the whole surface of the precision of using magneto rheological processing; complex until the surface error of RMS is better than 30nm; four, by ion beam processing The invention can obtain high material removal efficiency and obtain high surface shape convergence efficiency when machining complex surfaces to meet the requirements.

【技术实现步骤摘要】
一种复杂曲面的加工方法
本专利技术属于光学系统加工的
，具体涉及一种复杂曲面的加工方法。
技术介绍
随着现代光学技术的不断发展，光学系统的光学性能指标要求不断提高。高精度大口径非球面反射镜是现代光学系统的核心部件，广泛应用于高分辨率现代光学系统中。随着反射镜口径的增大，对光学加工的效率提出了更高的要求。当前，非球面光学元件的加工方法有很多，如CCOS小磨头子孔径加工方法、应力盘加工法、磁流变加工法、离子束加工法等。这些方法已经实际运用于大口径非球面反射镜加工过程中。但这些方法均有其局限性，如CCOS小磨头子孔径抛光与应力盘抛光这两种方法可以增大磨头尺寸提高材料去除效率，但是，随着磨头尺寸的增大，其对小尺度面形误差的控制能力下降，即面形收敛效率下降。磁流变加工法与离子束加工法是确定性更高的加工方法，并且在加工过程中磨头不会磨损，可以得到更稳定的去除函数，因此其面形收敛效率较高，但是这两种方法的磨头尺寸较小，因此材料去除效率较低，在大口径非球面反射镜中无法满足加工效率的要求。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种复杂曲面的加工方法，能够获得高材料去除效率，获得高面形收敛效率，从而实现大口径复杂曲面的高效率高精度加工。实现本专利技术的技术方案如下：一种复杂曲面的加工方法，包括以下步骤：步骤一、研磨阶段对于待加工复杂曲面使用应力盘进行材料去除，直至面形误差峰谷值优于30μm；步骤二、粗抛光阶段对复杂曲面面形进行误差分析，针对整个面形优于30μm的低阶误差使用应力盘进行加工，对于整个面形优于30μm的中高频误差使用小磨头进行加工，直至面形误差的RMS值优于100nm；步骤三、精抛光阶段对复杂曲面面形误差进行误差分析，对RMS值优于100nm的低阶误差采用应力盘加工，对该精度下的局部中高频误差或环带误差使用小磨头进行加工，对该精度下的整个面形的中高频误差使用磁流变进行加工；直至复杂曲面面形误差的RMS优于30nm；步骤四、离子束加工阶段采用离子束加工技术对复杂曲面加工至满足需求。有益效果：本专利技术通过对现有成熟加工技术进行分析，对于不同加工方法进行优势互补，根据不同加工阶段复杂曲面的面形特征如PV值、RMS值和中高频分布建立组合加工策略，进行更有针对性的加工，有效提高了大口径复杂曲面加工过程中的材料去除效率与面形收敛效率。附图说明图1是主要加工方法材料去除效率与面形收敛效率定性分析示意图。图2是组合加工技术粗抛光阶段流程图。图3是组合加工技术精抛光阶段流程图。具体实施方式下面结合附图并举实施例，对本专利技术进行详细描述。本专利技术中组合加工技术主要使用的加工方法包括：CCOS小磨头子孔径加工方法、应力盘加工法、磁流变加工法(MRF)、离子束加工法(IBF)。将其材料去除效率与面形收敛效率进行定性分析结果如图1所示。通过图1可看出，不同加工方法的材料去除效率与面形收敛效率成反比，即使用单一加工方法无法达到最高加工效率。为解决该问题，本专利技术提供了一种复杂曲面的加工方法，包括以下步骤：步骤一、研磨阶段如图2所示，对于待加工复杂曲面使用应力盘进行材料去除并检测面形误差，直至面形误差峰谷值优于30μm，进入粗抛光阶段。大口径复杂曲面经过铣磨后首先需要进行研磨，这一阶段面形误差特点是面形精度较低，材料去除量大。该阶段使用PV值评价面形，使用应力盘加工方法进行快速材料去除。步骤二、粗抛光阶段如图2所示，对复杂曲面面形进行误差分析，这一阶段面形误差通常包含两种成分，第一种是低阶成分，主要包括离焦、像散、球差等覆盖整个面形的大尺度误差。针对整个面形优于30μm的低阶误差使用应力盘进行加工。第二种是中高频成分，主要包括环带误差、边缘误差、小尺度局部误差，对于整个面形优于30μm的中高频误差使用CCOS小磨头进行加工，检测面形误差，直至面形误差的RMS值优于100nm进入精抛光阶段。步骤三、精抛光阶段如图3所示，对复杂曲面面形误差进行误差分析，对RMS值优于100nm的低阶误差采用应力盘加工，对于中高频面形误差，需要进一步进行分析：对该精度下的局部中高频误差或环带误差使用CCOS小磨头进行加工，对该精度下的均匀分布于整个面形的中高频误差使用磁流变进行加工；对面形误差进行检测，直至复杂曲面面形误差的RMS优于30nm进入离子束加工阶段。步骤四、离子束加工阶段采用离子束加工技术对复杂曲面加工至满足需求。上述加工方法中离子束方法的确定性最好，但是材料去除量最小，因此只有当面形精度优于30nm时使用离子束进行加工，最终达到所需面形，完成加工。为详细描述上述流程，使用实际加工实例对上述流程进行介绍：实际加工工件为直径1450mmSiC非球面反射镜。初始面形误差PV值为72μm，根据组合加工策略，该阶段使用应力盘进行加工。随着面形收敛至PV小于30μm后，使用应力盘与小磨头结合的方式进行下一步加工。随着面形进一步收敛，至RMS小于100nm后，进入抛光阶段，这一阶段面形误差较为复杂，包括低阶面形误差，中高频误差，局部中高频误差等。对于分布于整个面形的中高频面形误差主要使用MRF进行去除。磁流变加工至面形精度至RMS为30nm后主要使用离子束加工方式进行加工，经过离子束加工后，面形精度满足需求，完成整个加工流程。综上所述，以上仅为本专利技术的较佳实施例而已，并非用于限定本专利技术的保护范围。凡在本专利技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本专利技术的保护范围之内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种复杂曲面的加工方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、研磨阶段对于待加工复杂曲面使用应力盘进行材料去除，直至面形误差峰谷值优于30μm；步骤二、粗抛光阶段对复杂曲面面形进行误差分析，针对整个面形优于30μm的低阶误差使用应力盘进行加工，对于整个面形优于30μm的中高频误差使用小磨头进行加工，直至面形误差的RMS值优于100nm；步骤三、精抛光阶段对复杂曲面面形误差进行误差分析，对RMS值优于100nm的低阶误差采用应力盘加工，对该精度下的局部中高频误差或环带误差使用小磨头进行加工，对该精度下的整个面形的中高频误差使用磁流变进行加工；直至复杂曲面面形误差的RMS优于30nm；步骤四、离子束加工阶段采用离子束加工技术对复杂曲面加工至满足需求。

【技术特征摘要】
1.一种复杂曲面的加工方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、研磨阶段对于待加工复杂曲面使用应力盘进行材料去除，直至面形误差峰谷值优于30μm；步骤二、粗抛光阶段对复杂曲面面形进行误差分析，针对整个面形优于30μm的低阶误差使用应力盘进行加工，对于整个面形优于30μm的中高频误差使用小磨头进行加工，直至面形误差的RMS值优于...

【专利技术属性】
技术研发人员：张学军，刘振宇，薛栋林，王孝坤，罗霄，
申请(专利权)人：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，
类型：发明
国别省市：吉林,22