一种带有中心孔的折衍混合表面反射镜车削加工方法技术

本发明专利技术公开了一种带有中心孔的折衍混合表面反射镜车削加工方法，包括下料、镜坯成形、消应力退火、粗车镜面、消应力退火、精密对刀、精车镜面、清洗与包装等步骤。本发明专利技术通过各个加工步骤的精密配合，实现了对带有中心孔的折衍混合表面有色金属反射镜的超精密车削加工，加工精度高，易于实现，操作效率高。

A turning method for refractive diffractive hybrid surface mirrors with central holes

The invention discloses a cutting and processing method of a refractive diffractive surface reflector with a central hole, which includes the steps of the blanking, the forming of the mirror billet, the annealing of the stress elimination, the mirror surface of the rough car, the annealing of the stress elimination, the precision knife, the mirror surface of the fine car, the cleaning and packing. Through the precise coordination of various processing steps, the invention realizes ultra precision turning processing of a mixed surface nonferrous reflector with a center hole, with high machining precision, easy realization and high operating efficiency.

【技术实现步骤摘要】
一种带有中心孔的折衍混合表面反射镜车削加工方法
本专利技术属于光学元件加工
，涉及一种带有中心孔的折衍混合表面反射镜车削加工方法。
技术介绍
在如图1所示的卡式结构光学系统中，使用的主反射镜都需要带有中心孔。随着对光学系统小型化、智能化、灵巧化、无热化、轻量化等要求的逐步提高，小型卡式结构的主反射镜开始采用如图2所示的轴对称折衍混合表面。常规轴对称折衍混合表面分为基底和衍射结构两部分，基底为球面或者轴对称高次曲线，衍射结构包含衍射环带横向分布、衍射环带深度、衍射结构面形等因素，对其加工需使用特定的单晶金刚石刀具。光学面形检测技术的现状是：带有中心孔的二次曲面可使用干涉方法检测；而带有中心孔的轴对称高次非球面和轴对称折衍混合表面，目前仅可在实验室阶段花费很大的代价来实现亚微米精度的面形检测，仍难满足光学成像所需。加工折衍混合表面反射镜，须在工艺方法上严格控制，才能在加工表面面形无法检测的情况下，满足最终镜头成像所需。使用超精密车削加工有色金属反射镜的加工工艺现已基本成熟。使用超精密车削法加工此类反射镜，存在对刀精度控制、消应力处理、表面疵病指标控制三方面工艺难点。
技术实现思路
(一)专利技术目的本专利技术的目的是：提供一种超精密车削加工方法，解决上述工艺问题，最终能够制备出满足当前红外光学系统需要的折衍混合表面有色金属反射镜。(二)技术方案为了解决上述技术问题，本专利技术提供一种带有中心孔的折衍混合表面反射镜车削加工方法，其包括以下步骤：步骤一：下料对金属棒料按预设尺寸切片下料；步骤二：镜坯成形按设计图纸进行反射镜镜坯成形加工，留出反射镜精密车削的光学表面厚度加工余量；步骤三：消应力退火对所成形镜坯执行消应力退火工艺；步骤四：粗车镜面按照预设的基底的形状和尺寸，对镜坯的光学表面厚度加工余量进行去除，去除到零件最终所需厚度的上差值在±0.02mm范围内；步骤五：消应力退火对粗车后的反射镜执行消应力退火工艺；步骤六：精密对刀车削折衍混合表面使用专用刀具，所述专用刀具为：刀具圆弧包角不小于50°，刀具圆弧轮廓度须优于300nm，刀具圆弧半径选择范围0.1～0.2mm，0°前角，10°后角；车削折衍混合表面前，将专用刀具安装在加工机床上，用于车削球面及非球面基底，专用刀具与加工机床之间的安装需满足：对刀偏差Δx值与加工表面Pv值的关系式为Δx≈2×Pv×R/D，R为球面半径或非球面的近似球面半径，D为光学表面口径；步骤七：精车镜面使用专用刀具进行镜面的基底成形、折衍混合表面车削；步骤八：清洗与包装对完成折衍混合表面车削的反射镜进行酒精喷洗，喷洗完成后使用无纺布进行第一层包装，使用脱脂纱布进行第二层包装，然后进行外部包装。其中，所述步骤二中，光学表面厚度加工余量由折衍混合表面的基底决定，反射镜口径较大则需在厚度上留取较大的余量；如果是球面基底，加工余量为0.2～0.5mm；如果是非球面基底，计算该基底的非球面度，若非球面度为负，加工余量为0.2～0.5mm；若非球面度为正，按反射镜口径情况选定的加工余量再增加0.2～0.5mm，其和作为该非球面基底所需的加工余量。其中，所述步骤三中，消应力退火条件为：温度为180℃～200℃，时间2h-4h。其中，所述步骤五中，消应力退火条件为：温度为180℃～200℃，时间6h-8h。其中，所述步骤六中，专用刀具与加工车床之间进行调整对刀时，选用试车表面为球面的试车件，试车件的R/D值小于零件待车削表面的R/D值；试车件的面形与零件面形相同；试车件的口径与零件口径不同，试车件的口径取10～20mm；对刀过程为：首先在高度上对刀，对刀之后在球面试车件上先行验证，完成指标为在100×显微镜下观察不到车削中心残留；其后开展X方向上对刀，完成要求为：试车件试车面形不能观察到因对刀误差引入的“W”形或“M”形，用数字化指标界定为Pv值与刀具轮廓度接近，即面形分析短波截止频率设定在0.8mm时，测试面形整体Pv值须优于0.3μm。其中，所述步骤八中，所述酒精清洗的过程为：完成车削加工的零件保持在加工机床上，主启动加工机床主轴转速提升到3000rpm，使零件高速旋转，同时在零件已加工表面连续喷射无水酒精，无水酒精喷射位置处于零件中心孔边缘，喷射距离在15-25cm。(三)有益效果上述技术方案所提供的，通过各个加工步骤的精密配合，实现了对带有中心孔的折衍混合表面有色金属反射镜的超精密车削加工，加工精度高，易于实现，操作效率高。附图说明图1为现有技术中卡式光学系统结构示意图；图2为现有技术中折衍混合表面示意图；图3为本专利技术实施例方法的流程图。具体实施方式为使本专利技术的目的、内容和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本专利技术的具体实施方式作进一步详细描述。折衍混合表面反射镜的加工过程通常为：使用普通机械加工方式加工镜坯，然后，在镜坯的基础上，使用超精密车削加工折衍混合表面。为解决对刀精度控制、消应力处理、表面疵病指标控制三方面工艺难点，本实施例相应对精密对刀方法、消应力处理方法、清洁包装方法做出了改进。本专利技术实施例车削加工方法的实施条件如下：加工设备镜坯成形使用普通车床、数控车床或数控加工中心。光学表面加工使用超精密数控车床，加工表面面形精度须达到微米级，表面粗糙度须达到纳米级。机床的跟随误差越小，加工出的表面质量越好。消应力退火使用高温试验箱。下料使用金属下料机。加工刀具镜坯成形使用普通车刀。整个加工光学表面过程均使用单晶金刚石刀具。车削基底，刀具要求为：圆弧轮廓度须优于300nm，刀具圆弧半径选择范围0.5～1mm，0°前角，10°后角。车削最终的轴对称折衍混合表面，使用刀具要求为：刀具圆弧包角不小于50°，刀具圆弧轮廓度须优于300nm，刀具圆弧半径选择范围0.1～0.2mm，0°前角，10°后角。常加工的有色金属：7A04铝合金、2A12铝合金、6061铝合金、黄铜、紫铜。环境控制要求：温度范围17～23℃，温度变化速率低于1℃/h；湿度30％～70％。仪器与量具：中心测厚仪、TalysurfPGI式轮廓仪、杠杆千分表、游标卡尺、放大镜等。本专利技术实施例车削加工方法的加工流程如图3所示，包括以下步骤：步骤一：下料对金属棒料按所需尺寸切片下料。使用设备：金属下料机。步骤二：镜坯成形按图纸依照常规机械加工工艺基本完成反射镜的加工，仅留出最终需要超精密车削的表面。厚度加工余量的选取，主要由折衍混合表面的基底决定，反射镜口径较大则需在厚度上留取较大的余量。如采用的是球面基底，考虑到常规机械的面形、形位等指标的加工精度，为使整个镜面完成精加工，加工余量直接需在0.2～0.5mm内选取。如采用的是非球面基底，则需对该基底的非球面度进行计算，如非球面度为负，则直接在0.2～0.5mm内选取；如非球面度为正，则需要在非球面计算值的基础上，按反射镜口径情况加上0.2～0.5mm，其和作为该非球面基底所需的加工余量。使用设备：普通车床、数控车床或数控加工中心。步骤三：消应力退火按照相应有色金属材料的消应力退火工艺执行，退火条件：温度为180℃～200℃，时间2h-4h。使用设备：高温试验箱。步骤四：粗车镜面按照基底的曲线方程，对镜坯在光学表面上加工余量进行去除。去除到零件最终所需厚度的上差值在±0.02mm范围本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种带有中心孔的折衍混合表面反射镜车削加工方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：下料对金属棒料按预设尺寸切片下料；步骤二：镜坯成形按设计图纸进行反射镜镜坯成形加工，留出反射镜精密车削的光学表面厚度加工余量；步骤三：消应力退火对所成形镜坯执行消应力退火工艺；步骤四：粗车镜面按照预设的基底的形状和尺寸，对镜坯的光学表面厚度加工余量进行去除，去除到零件最终所需厚度的上差值在±0.02mm范围内；步骤五：消应力退火对粗车后的反射镜执行消应力退火工艺；步骤六：精密对刀车削折衍混合表面使用专用刀具，所述专用刀具为：刀具圆弧包角不小于50°，刀具圆弧轮廓度须优于300nm，刀具圆弧半径选择范围0.1～0.2mm，0°前角，10°后角；车削折衍混合表面前，将专用刀具安装在加工机床上，用于车削球面及非球面基底，专用刀具与加工机床之间的安装需满足：对刀偏差Δx值与加工表面Pv值的关系式为Δx≈2×Pv×R/D，R为球面半径或非球面的近似球面半径，D为光学表面口径；步骤七：精车镜面使用专用刀具进行镜面的基底成形、折衍混合表面车削；步骤八：清洗与包装对完成折衍混合表面车削的反射镜进行酒精喷洗，喷洗完成后使用无纺布进行第一层包装，使用脱脂纱布进行第二层包装，然后进行外部包装。...

【技术特征摘要】
1.一种带有中心孔的折衍混合表面反射镜车削加工方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：下料对金属棒料按预设尺寸切片下料；步骤二：镜坯成形按设计图纸进行反射镜镜坯成形加工，留出反射镜精密车削的光学表面厚度加工余量；步骤三：消应力退火对所成形镜坯执行消应力退火工艺；步骤四：粗车镜面按照预设的基底的形状和尺寸，对镜坯的光学表面厚度加工余量进行去除，去除到零件最终所需厚度的上差值在±0.02mm范围内；步骤五：消应力退火对粗车后的反射镜执行消应力退火工艺；步骤六：精密对刀车削折衍混合表面使用专用刀具，所述专用刀具为：刀具圆弧包角不小于50°，刀具圆弧轮廓度须优于300nm，刀具圆弧半径选择范围0.1～0.2mm，0°前角，10°后角；车削折衍混合表面前，将专用刀具安装在加工机床上，用于车削球面及非球面基底，专用刀具与加工机床之间的安装需满足：对刀偏差Δx值与加工表面Pv值的关系式为Δx≈2×Pv×R/D，R为球面半径或非球面的近似球面半径，D为光学表面口径；步骤七：精车镜面使用专用刀具进行镜面的基底成形、折衍混合表面车削；步骤八：清洗与包装对完成折衍混合表面车削的反射镜进行酒精喷洗，喷洗完成后使用无纺布进行第一层包装，使用脱脂纱布进行第二层包装，然后进行外部包装。2.如权利要求1所述的带有中心孔的折衍混合表面反射镜车削加工方法，其特征在于，所述步骤二中，光学表面厚度加工余量由折衍混合表面的基底决定，反射镜口径较大则需在厚度上留取较大的余量；如果是球面基底，加工余量为0.2～0.5mm；如果是非球面基底，计算该基底的非球面度，若非球面度为负，加工余...

【专利技术属性】
技术研发人员：李伟皓，杨坤，王朋，
申请(专利权)人：天津津航技术物理研究所，
类型：发明
国别省市：天津,12