一种数控小工具抛光辅助大气等离子体加工方法技术

本发明专利技术涉及光学元件表面超光滑精密加工技术领域，具体涉及一种数控小工具抛光辅助大气等离子体加工方法。以解决现有大气等离子体加工时，表面次生附着物二次吸附，光学元件表面质量严重下降，加工效率降低的问题。本发明专利技术的步骤为开启对称旋转工装上的大气电弧等离子体源喷枪，去除光学元件在前期加工过程中表面缺陷，对光学元件表面进行由点及面的刻蚀抛光，然后开启数控柔性小工具磨头，对光学元件表面进行研磨抛光；同时开启大气电弧等离子体源喷枪和数控柔性小工具磨头，加工原件表面质量；再次开始对被加工元件的上表面加工，所产生的二次附着物被数控柔性小工具磨头研磨去除，多次迭代加工后，完成光学元件的加工。

【技术实现步骤摘要】
一种数控小工具抛光辅助大气等离子体加工方法
本专利技术涉及光学元件表面超光滑精密加工
，具体涉及一种数控小工具抛光辅助大气等离子体加工方法。
技术介绍
以降低光学元件表面粗糙度为主要目标的超精密加工技术称为超光滑表面加工技术，而传统的光学加工基于范成法和手工研磨方法的传统方法，加工效率低且加工精度很难达到超光滑表面加工的要求。近年来，以数控小工具为代表的抛光技术成为超精密光学元件加工的重要手段，但是受限于小尺度制造误修正方面的要求，抛光效率虽较传统光学加工方法大幅提高，但仍然受到限制。专利号为CN200710072022.9的专利技术专利介绍了一种电容耦合式大气等离子体抛光方法，专利号为CN201310400822.4的专利技术专利给出了一种基于电弧放电的大气等离子体方法，这些方法均是在大气环境下利用气体辉光放电产生低温等离子体射流，利用引入的含氟活性气体与加工光学元件表面材料的化学反应进行材料的快速去除和抛光。虽然，采用此类方法均可取得高效率的抛光效果，但是由于在抛光过程中通常要引入SF6、CF4、NF3等含氟气体，反应气体于光学元件材料发生化学反应，产生材料去除，所生成的附着物，虽然大部分气化挥发，随着尾气排除，但考虑附着物与大气环境中的N、O乃至水汽等再次反应，形成次生附着物，在光学元件表面产生二次吸附。特别地，为了抑制等离子体对光学元件抛光过程中由于温度引起的变形问题，等离子体抛光过程中多采用低温等离子体，同时在抛光过程中引入降温措施，如此，都会促成二次附着物的产生和增加。二次附着物的存在带来了很多问题，如元件表面质量劣化，工艺稳定性变差等，最为严重的是，为了控制加工过程中的小尺寸误差，在等离子体抛光过程中需要对光学元件表面作用区域进行多次迭代加工，而光学元件表面二次附着层的存在，会对光学元件表面化学反应产生抑制作用，极大地影响迭代加工的效率和收敛精度。因此必须通过新的工艺方法，抑制等离子体抛光过程中二次附着物的产生。
技术实现思路
本专利技术提供一种数控小工具抛光辅助大气等离子体加工方法,以解决现有大气等离子体加工时，表面次生附着物二次吸附，光学元件表面质量严重下降，加工效率降低的问题。为解决现有技术存在的问题，本专利技术的技术方案是：一种数控小工具抛光辅助大气等离子体加工方法，其特征在于：所述的加工方法的步骤为：步骤一：开启对称旋转工装上的大气电弧等离子体源喷枪，以氮气为载气，含氟气体为反应气体，调节通入等离子体源喷枪的载气和反应气体流量比，产生等离子体射流，设定大气等离子体射流对光学元件材料的高刻蚀去除率，快速去除光学元件在前期加工过程中产生的表面及亚表面缺陷，然后根据加工元件面形要求，设定多维运动控制台的加工轨迹，对光学元件表面进行由点及面的刻蚀抛光，加工结束后，开启数控柔性小工具磨头，使之沿等离子体源喷枪加工轨迹对光学元件表面进行研磨抛光，去除等离子加工过程中的附着物；步骤二：同时开启大气电弧等离子体源喷枪和数控柔性小工具磨头，大气电弧等离子体源喷枪和数控柔性小工具磨头研磨的火均作用于被加工件的上表面上，使大气电弧等离子体射流加工作用区位于数控柔性小工具磨头研磨作用区运动方向的前侧，调节等离子体源喷枪的气体流量比、缩小喷枪口径的方法，使其产生的等离子体射流对元件表面材料去除效率降至2mm3/min以下以提高加工原件表面质量；步骤三：再次开始对被加工元件的上表面加工，在加工过程中通过多维度运动控制台和对称旋转工装的联动，使大气电弧等离子体源喷枪和数控柔性小工具磨头加工运动轨迹一致，使喷枪射流作用区位于小工具磨头研磨作用区前端，使被加工表面在等离子体射流刻蚀抛光后，所产生的二次附着物被数控柔性小工具磨头研磨去除，多次迭代加工后，完成光学元件的加工。所述的氮气和含氟气体质量流量比为2:1~5:1，喷枪嘴口径为1.5~2.2mm，施加功率在300~600W。所述的数控柔性小工具磨头抛光采用的磨头材料为聚酰亚胺，磨头进行研磨抛光时采用氧化铈作为抛光液。所述的高刻蚀去除率为>5mm3/min。与现有技术相比，本专利技术的优点如下：1、本专利技术方法是基于大气等离子体体加工方法，是一种非接触式的超精密加工方法，不会引入亚表层损伤；且效率较传统光学精密加工和数控小工具抛光方法高；2、本专利技术方法在大气等离子体抛光方法的基础上，引入了小磨头研磨修抛，兼顾了大气等离子体抛光方法和数控小工具抛光方法的特点，利用数控柔性小工具磨头的修抛不仅有效地去除了二次吸附物，提高了加工效率，可以同时对光学元件的面形和表面粗糙度进行修正，提高面形和粗糙度的收敛精度，实现高质量加工；3、本专利技术方法可针对熔石英、碳化硅、零膨胀玻璃等多种光学元件进行加工，由于本专利技术方法采用由点及面的加工模式，可以在多维度运动装置辅助下实现各种面形的加工，且对光学元件面积没有特别限制，可实现中大口径光学的加工。附图说明图1为本专利技术方法涉及装置的结构示意图；图2为等电弧等离子体炬射流喷枪的结构示意图；图3为数控柔性研磨头的结构示意图；附图标记：1-等电弧等离子体炬射流喷枪，2-对称旋转工装，3-数控柔性研磨头，4-数控柔性研磨头，5-龙门支架，6-冷却抛光液管道，7-待加工光学元件，8-可调节光学元件工装支架，9-支撑平台，10-支撑平台；1-1-辅助气流环，1-2-等离子体源喷枪，1-3-等离子体喷嘴，1-4-分气盒，1-5-高压惰性气体入口，1-6-气环出气孔，1-7-等离子焰体；4-1-自转电机，4-2-偏转电机，4-3-研抛盘，4-4-摆动轴，4-5-连接轴。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本专利技术提供一种数控小工具抛光辅助大气等离子体加工方法，所述方法的方法步骤为：步骤一、开启对称旋转工装上的大气电弧等离子体源喷枪，以氮气为载气，含氟气体为反应气体，调节通入等离子体源喷枪的载气和反应气体流量比，产生等离子体射流，设定大气等离子体射流对光学元件材料的高刻蚀去除率（>5mm3/min），快速去除光学元件在前期加工过程中产生的表面及亚表面缺陷，然后根据加工元件面形要求，设定多维运动控制台的加工轨迹，对光学元件表面进行由点及面的刻蚀抛光，加工结束后，开启数控柔性小工具磨头，使之沿等离子体源喷枪加工轨迹对光学元件表面进行研磨抛光，去除等离子加工过程中的附着物；氮气与含氟气体质量流量比可在2:1~5:1范围调节，喷枪嘴口径可在1.5~2.2范围调节，施加功率在300~600W。步骤二、同时开启大气电弧等离子体源喷枪和数控柔性小工具磨头，大气等离子体喷枪和数控柔性小工具磨头研磨的火作用区均处于被加工件的上表面上，并使大气电弧等离子体射流加工作用区位于数控柔性小工具磨头研磨作用区运动方向的前侧，其中，为了提高加工元件的表面质量，通过调节等离子体喷枪的气体流量比、缩小喷枪口径的方法，使其产生的等离子体射流对元件表面材料去除效率降至2mm3/min以下；步骤三、再次开始对被加工元件的上表面加工，在加工过程中通过多维度运动控制台和旋转对称工装的联动，保证大气等离子体喷枪和数控柔性小工具磨头加工运动轨本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种数控小工具抛光辅助大气等离子体加工方法，其特征在于：所述的加工方法的步骤为：步骤一：开启对称旋转工装上的大气电弧等离子体源喷枪，以氮气为载气，含氟气体为反应气体，调节通入等离子体源喷枪的载气和反应气体流量比，产生等离子体射流，设定大气等离子体射流对光学元件材料的高刻蚀去除率，快速去除光学元件在前期加工过程中产生的表面及亚表面缺陷，然后根据加工元件面形要求，设定多维运动控制台的加工轨迹，对光学元件表面进行由点及面的刻蚀抛光，加工结束后，开启数控柔性小工具磨头，使之沿等离子体源喷枪加工轨迹对光学元件表面进行研磨抛光，去除等离子加工过程中的附着物；步骤二：同时开启大气电弧等离子体源喷枪和数控柔性小工具磨头，大气电弧等离子体源喷枪和数控柔性小工具磨头研磨的火均作用于被加工件的上表面上，使大气电弧等离子体射流加工作用区位于数控柔性小工具磨头研磨作用区运动方向的前侧，调节等离子体源喷枪的气体流量比、缩小喷枪口径的方法，使其产生的等离子体射流对元件表面材料去除效率降至2mm

【技术特征摘要】
1.一种数控小工具抛光辅助大气等离子体加工方法，其特征在于：所述的加工方法的步骤为：步骤一：开启对称旋转工装上的大气电弧等离子体源喷枪，以氮气为载气，含氟气体为反应气体，调节通入等离子体源喷枪的载气和反应气体流量比，产生等离子体射流，设定大气等离子体射流对光学元件材料的高刻蚀去除率，快速去除光学元件在前期加工过程中产生的表面及亚表面缺陷，然后根据加工元件面形要求，设定多维运动控制台的加工轨迹，对光学元件表面进行由点及面的刻蚀抛光，加工结束后，开启数控柔性小工具磨头，使之沿等离子体源喷枪加工轨迹对光学元件表面进行研磨抛光，去除等离子加工过程中的附着物；步骤二：同时开启大气电弧等离子体源喷枪和数控柔性小工具磨头，大气电弧等离子体源喷枪和数控柔性小工具磨头研磨的火均作用于被加工件的上表面上，使大气电弧等离子体射流加工作用区位于数控柔性小工具磨头研磨作用区运动方向的前侧，调节等离子体源喷枪的气体流量比、缩小喷枪口径的方法，使其产生的等离子体射流对元件表面材料去除效率降...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘卫国，惠迎雪，陈智利，张进，周顺，刘兆丰，赵杨勇，
申请(专利权)人：西安工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61