现代数控超精密光学加工

细磨
细磨——LOH铣床
特性 • 加工工件最大直径500mm • 加工材料：玻璃、陶瓷、晶体及类似材料 • 可加工球面、非球面、平面、柱面、棱镜、 圆顶、棒料和其他复杂面型
抛光
特征用途： IRP600为7轴数控抛光机，专门用于对玻璃及蓝宝石等工件进行极精密的面型 加工，可以实现大口径非球面，自由曲面制造及精密光学面型抛光修正。
现代光学加工
• 随着近代光学和光电子技术的飞速发展， 光电仪器，以及构成这些光电仪器的光学 元件发生了深刻而巨大的变化； • 用作光学零件或光电元件的材料已不仅仅 是玻璃或晶体，而塑料、金属、陶瓷及半 导体等其他材料也已得到了广泛的应用 • 光学零件的类型也不仅仅是球面透镜或棱 镜，而是越来越多地采用非球面透镜和衍 射光学元件等新兴光学元件。
现代Βιβλιοθήκη Baidu学加工步骤
• • • • • • 开粗 粗磨 细磨 抛光 镀膜 其他
开粗
切割范围 = 1.3m x 1.3m 直线定位精度 = +/- 0.08mm 切割速度范围 = 0 – 500 ipm
开粗方式——水刀
优点： 1. 原料损耗小； 2. 切割时材料温度变化较小； 3. 粗坯毛刺少； 缺点： 1. 随着切割材料变厚，射流锥角误差越发明 显； 2.切割速度过快，容易造成崩边；
粗磨
通过集成5轴铣削和超声波加工，适用于硬脆材料的高精度加工
粗磨——铣床
性能指标 • 5轴联动（X/Y/Z/A/C） • 行程：X*Y*Z轴650mm×650mm×560mm A轴+120°~-120°，C轴360° • 旋转工件台尺寸≥Φ650mm • 机床精度：X/Y/Z轴≤8μm • 表面粗糙度Ra≤0.6μm
特征用途 • 高精度四轴联动数控坐标磨床，适用于加 工冲模，塑胶模的凸凹模型腔和高精度夹 具、检具，以及特高精度的零件。可以磨 削孔、外圆、内、外轮廓、台肩、底平面 和三维曲面。
加工中心
特征用途 • 可实现车削、铣面、钻孔、攻丝、钻削、 镗削和插削等加工，主要用于模具和夹具 工具的制造等。
性能参数 • 轴数：五轴/三轴 • 最大行程：X*Y*Z轴762×406×508mm A轴±120°，B轴360° • 刀库容量：24把 • 最大刀具直径：76mm（刀塔装满刀） • 定位精度：（X、Y、Z轴）±0.005mm • 重复定位精度：（X、Y、Z轴） ±0.003mm
镀膜
特征用途： 高真空专用光学镀膜机可适应大批量生产，可以高精 度，高均匀地镀制金属、氧化物等材料的多层膜，适 用于镀制各类中大尺寸的金属、玻璃灯光学制品。
镀膜——韩一真空镀膜机
性能参数 • 真空室面积：2050×1673mm • 真空极限：8.0E-7Torr（无基片/无加热） • 工件架温度稳定度：300℃±10℃ • 真空泄漏率：5.0E-7Torr.m3/sec以下 • 镀膜光学特性：550nm±2%
抛光——Zeeko IRP 600
性能参数： • 七轴：线性轴X/Y/Z，旋转轴 C/A/B/H • X/Y轴700mm，Z轴300mm，A轴±180°， B轴±90° • 可抛光工件：自由形状或立轴工件尺寸 700×700mm 旋转对称工件尺寸1000mm×1000mm • 抛光面型精度：可达λ/10
抛光
特征用途： 可实现大口径平面、球面、非球面以及自由曲面制造及精密光学面型 抛光修正。是亚洲地区唯一一台一米级口径埃米级精度磁流变加工设 备。
抛光——QED Q22-950F
性能参数 • 可加工材料：光学玻璃，熔石英，单晶材料（硅、 锗、氟化钙、蓝宝石等），陶瓷（碳化钨、碳化 硅）等； • 可加工面型：平面、球面、共轴/离轴非球面、自 由曲面等 • 可加工元件尺寸：圆形Φ900mm 长方形/自由曲面1100×900mm • 面型加工精度：（P-V）可达λ/20 • 表面粗糙度：（RMS）可达0.3nm
单点金刚石车床
特征用途： 可用于平面、球面、非球面，以及大口径非对称自由 面的光学元件加工，也可用于其它超精密机械元件加 工。可加工各种材料的光学镜片模具，光学透镜和反 射镜，微阵列和微结构器件，非球面眼睛镜片和渐变 式镜片，F-θ 透镜，各种显示屏和照明屏幕等。
性能参数 • 轴数：五轴/三轴 • 最大车削直径：350mm • 程序分辨率：0.1nm • 面型精度：（P-V）≤0.1μm • 表面粗糙度：（Ra）≤2μm • 配备快刀伺服FTS系统，光学对刀装置和非 球面程序生成软件等
Preston假设
• 1927年Preston指出，在很大的数值范围内， 抛光可以描述成一个线性方程： dz K 'VP dt 式中，K'为比例常数，它由除速度和压力以 外的其他因素所决定； V为表面某一点(x,y)和瞬时(t)的抛光速度， V=V(x,y,t)； P为该点(x,y)和瞬时(t)时的压力，P=P(x,y,t)；
坐标磨床
性能参数 • 行程：X*Y轴1220×820mm，W*Z轴 380×140mm • 锥度加工范围：±1.5度 • 磨削孔径能力：Φ0.4~Φ343mm • 磨头转速：6000~175000转/分 • X轴/Y轴定位精度：2.5μm/2.0μ • 轮廓加工精度（X，Y，C）：3.0μm • 系统分辨率为：直线轴最小分辨率0.0001mm C轴最小分辨率0.0001°
• 非球面光学数控加工技术 • 超光滑表面加工技术 • 衍射光学元件制造技术
• 非球面表面加工和检测比较困难的主要原因： 1. 大多数非球面只有一根对称轴，而球面有无数对 称轴，所以非球面不能采用球面加工方法加工。 2.非球面各点的曲率半径不同，球面则是各点都相 同，所以非球面面型不易修正。 3. 非球面表面对该零件的另一面（平面或球面）的 偏斜无法用球面透镜时所使用的定中心磨边的方 法来解决。 4. 非球面一般不能用光学样板来检验光圈，所以检 验方法复杂而费时。
• 数控加工精度主要取决于测量的精度和所 采用的误差校正方法。机床精度对加工的 影响不会成为非常主要的因素。 • 研究和开发数控加工方法的目的在于不需 完全依赖熟练的加工技能而加工出精度高， 价格较低的非球面光学表面。
• 对于直径较小或非球面度很大的非球面零 件，一般先用计算机控制的精密磨床将零 件表面磨削成所要求的面型，再用柔性抛 光模将此表面抛光。对于直径较大，非球 面度不大的精密非球面透镜或反射镜，则 先用通常的研磨抛光方法将其表面加工成 最接近的球面，然后用计算机控制的抛光 机将此表面修改成所要求的非球面。