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光学平面研磨抛光加工简介-以直径485mm陶瓷盘为例

发表时间:2020-04-16 22:40

光学加工是十分复杂的过程,单独的一种加工方法很难加工满足各项加工质量指标所要求的光学元件。光学平面研磨抛光加工的基础是对加工材料的微量去除,实现这种微量去除的方式有磨料加工、微粉颗粒抛光和纳米材料的修整等,根据不同的加工目的选择不同的加工方式。

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光学平面的超精密加工,一般需要经过粗研磨、精研磨、抛光,以不断提高加工件的面形精度,减小表面粗糙度。超精密研磨范围较广,主要包括机械研磨、弹性发射加工、浮动研磨等加工方法。光学平面研磨技术通常是指利用硬度比被加工材料更高的微米级磨粒,在硬质研磨盘的作用下产生微切削和滚轧作用对被加工表面进行微量的材料去除,减小加工变质层、降低加工表面的粗糙度,从而达到工件形状和尺寸精度的目标值。

本文以氧化铝陶瓷盘双面加工为例,对光学平面的一般加工工艺进行介绍和分析,并对加工工艺进行实现。

氧化铝陶瓷盘平面元件的加工质量参数要求如表所示。

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针对光学平面的加工质量要求,首先对加工要求进行分析和工艺设计,进而选择合适的技术和方法、确定各个工序所达到的精度,最终进行加工实践、并达到预定的加工目标。

对于氧化铝陶瓷盘的平面度要求,采用金刚石微粉散粒磨料研磨工艺进行研磨加工,并根据当前加工的面形进行调整,最终达成平面度要求;对于氧化铝陶瓷盘的双面平行度要求,选择圆台平面磨床对工件的平面进行磨削加工;对于氧化铝陶瓷盘的表面粗糙度要求,采用金刚石丸片固着磨料进行氧化铝陶瓷盘的平面抛光加工,并将抛光作为加工的最后工序。抛光工艺选择固着磨料的抛光形式,可以解决游离磨料研磨抛光过程中暴露的缺点,固着磨料是将散粒的磨料固结起来,可以在研磨抛光机上对工件进行高速的研磨和抛光。

在陶瓷盘平面加工工艺中除了有圆台平面磨床、平面研磨、平面抛光加工步骤以外,还有对加工面的贴保护膜,以便于在后续加工或加工件的保存中,保护加工件的已加工面的完整,避免因磨料磨粒的划擦和污染对加工件表面造成划伤和破坏。

加工和检测向来不可分割。为确定加工件是否满足加工质量精度的要求,需要相应的测量仪器进行测量,并将测量结果作为加工件加工过程中的数据反馈和已加工完成面的确认。对于氧化铝陶瓷平面的加工质量要求,采用数显千分尺对陶瓷盘加工件的平行度进行测量,使用表面粗糙度仪对氧化铝陶瓷盘平面的表面粗糙度进行测量,使用激光平面干涉仪对氧化铝陶瓷盘平面的面形进行测量。

可由此得出,本氧化铝陶瓷盘平面加工工艺可以实现将氧化铝陶瓷盘加工至平面度优于5个光圈、陶瓷盘双面平行度小于等于2um、陶瓷盘表面粗糙度Ra优于0.1um,可以满足加工目标,达到氧化铝陶瓷盘的平面加工质量要求。

圆台平面磨床对陶瓷盘毛坯进行修整。

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研磨抛光工艺是达成陶瓷盘预定精度的重要环节。采用金刚石微粉作为磨料,对陶瓷盘平面进行研磨抛光加工。

研磨抛光机采用南京利生光学机械有限公司的单轴研磨抛光机,型号JP100.B,适用于光学元件的研磨和抛光工序,下盘直径为1米。

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采用固着金刚石丸片对陶瓷盘进行抛光。

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面形的检测策略和结果如下:


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经过检测,对于直径485mm和直径600mm的陶瓷盘:

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本文作者:Jie Wang