非球面加工工藝

1、非球面加工工藝1第1頁，共21頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)30分，星期四材料去除法是采用研磨、切削及能量束拋光等手段去除零件表面 材料，使零件表面質(zhì)量達(dá)到指標(biāo)要求。該方法主要包括傳統(tǒng)的研磨拋光法、單點(diǎn)金剛石車削和磨削、計(jì)算機(jī)控制銑磨成形和研磨拋光，根據(jù)拋光介質(zhì)的不同又可分為小工具、應(yīng)力盤、離子束、等離子體輔助、磁流變和液體噴射拋光等。變形加工法是用不同的方法是材料產(chǎn)生應(yīng)力變形而得到所需非球面，主要包括應(yīng)力變形、熱沉降、熱壓成形和注射成形等。附加材料法是在光學(xué)元件的表面附加一層非均勻的材料，使之形成所要求的非球面，主要有真空沉積和復(fù)制成形法等。非球面加工方法非球面的加工方法按其特點(diǎn)可大致分成

2、三類 ：第2頁，共21頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)30分，星期四 二次非球面的光學(xué)性質(zhì)1數(shù)控研磨拋光技術(shù)2 非球面的評價(jià)指標(biāo)（技術(shù)要求）3 研磨拋光非球面方式和設(shè)備4 非球面研磨拋光工藝第3頁，共21頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)30分，星期四二次非球面的光學(xué)性質(zhì)1.反射面 二次非球面的反射面是由平面曲線圍繞連接其幾何焦點(diǎn)的軸線旋轉(zhuǎn)而成的。 假設(shè)點(diǎn)光源在幾何焦點(diǎn)之一F1處，則被非球面反射的所有光線都嚴(yán)格交于第二個(gè)幾何焦點(diǎn)F2，且F1和F2是一對無像差點(diǎn)（即：光線以任何角度入社時(shí)在該反射面上都不產(chǎn)生像差）凹拋物面鏡大型天文望遠(yuǎn)鏡，在可見光以外的波段工作的物鏡，探照燈反射鏡等。凹橢球面鏡聚光

3、鏡，反射式物鏡和望遠(yuǎn)鏡的二次反射鏡等。凹雙曲線面鏡卡塞格林系統(tǒng)中的反射鏡第4頁，共21頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)30分，星期四二次非球面的光學(xué)性質(zhì)文字內(nèi)容 偏心率e基本幾何參數(shù)子午曲線頂點(diǎn)的曲率半徑R0決定幾何焦點(diǎn)相對于表面頂點(diǎn)的位置.反射面.折射面第5頁，共21頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)30分，星期四實(shí)際非球面的評價(jià)指標(biāo)面形精度表面輪廓度、光圈和局部光圈表示、Z值的允許偏差彌散圓直徑D=Di-D0常用于消像差系統(tǒng)中的非球面檢測光能集中和能量密度曲線用來判斷非球面的偏差鑒別率非球面系統(tǒng)像面上能分辨的最小線距離面形誤差實(shí)際的非球面與理論曲面在x、y方向上的誤差；特殊曲面的檢測第6頁，

4、共21頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)30分，星期四實(shí)際非球面的評價(jià)指標(biāo)陰影圖利用刀口儀的陰影圖可定性判斷非球面的面形精度最大波相差Wmax 非球面成像后實(shí)際波面相對于理想波面的最大偏差數(shù)（用波長表示）陡度S限定長度內(nèi)非球面面形與理論面形的偏離程度（是最大波相差的補(bǔ)充）哈特曼常數(shù)T其它質(zhì)量指標(biāo)中心誤差、中心厚度、表面疵病允差和表面粗糙度（和球面零件給定一樣）第7頁，共21頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)30分，星期四非球面加工方法根據(jù)非球面光學(xué)零件的精度要求，非球面可大致為高精度、中等精度和低精度三類第8頁，共21頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)30分，星期四研磨拋光非球面方式和設(shè)備非球面研磨

5、拋光方法是非球面加工最基本的方法（傳統(tǒng)的方法）：把零件研磨成最接近球面的形狀用機(jī)器或手工繼續(xù)局部研磨或拋光，邊加工邊測量修磨出非球面面形這種方法適用于大口徑、非球面較小的非球面這種研磨拋光修正法加工精度高，加工效率低，精度重復(fù)性差，只適用于單件或小批生產(chǎn)數(shù)控研磨拋光技術(shù)第9頁，共21頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)30分，星期四數(shù)控研磨拋光技術(shù)粗磨修正成形精磨修正成形拋光修正成形全徑口拋光修正成形研磨拋光修正方式 非球面表面和最接近比較球面在沿光軸方向上的最大偏差值， 。 研磨拋光法加工非球面除了考慮最大非球面外，還要和具體的設(shè)備相關(guān)，一般專門非球面加工設(shè)備有仿形成機(jī)床，采用這種設(shè)備加工非球面

6、稱為仿形成形法。第10頁，共21頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)30分，星期四數(shù)控研磨拋光技術(shù)拋光非球面粗磨、精磨機(jī)第11頁，共21頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)30分，星期四研磨拋光法關(guān)鍵點(diǎn)關(guān)鍵：研磨的起始球面確定無論采用何種研磨拋光法加工非球面，通常都是先加工出一個(gè)起始球面，它是通過非球面最接近 比較球面來確定的一個(gè)研磨起始球面，然后修磨此球面的各帶成為一個(gè)非球面。 是非球面的最大非球面；實(shí)際加工工藝中還要考慮加工余量。數(shù)控研磨拋光技術(shù)第12頁，共21頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)30分，星期四自動(dòng)定中心磨邊數(shù)控研磨拋光技術(shù)依零件圖選擇原材料 非球面研磨拋光法工藝流程切斷（計(jì)算切割余量

7、）滾圓、滾邊（倒角）起始球面粗磨非球面精磨和拋光檢驗(yàn)面形精度、鑒別率、面形誤差清洗外觀檢驗(yàn)包裝（入庫或下道工序）第13頁，共21頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)30分，星期四起始球面的粗磨 起始球面曲率半徑，毛坯準(zhǔn)備、粗磨工藝、測量方法同球面加工，粗磨完后留有適當(dāng)?shù)木ビ嗔糠乔蛎娴木?精磨是修改非球面的主要工序（采用手工和機(jī)器修磨）精磨方法、精磨磨具、精磨檢驗(yàn)非球面拋光 拋光磨具、二次非球面的研磨拋光要點(diǎn) 非球面研磨加工工藝 非球面的毛坯一般定制成球面透鏡形狀，通常情況：起始球面粗磨開始 修改起始球面，改成非球面 數(shù)控研磨拋光技術(shù)第14頁，共21頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)30分，星期四

8、 精磨磨具數(shù)控研磨拋光技術(shù) 靜磨磨具修改面形的原理，是基于磨具工作表面相對于非球面不同帶區(qū)有不同接觸面積，產(chǎn)生不均勻磨損。單塊靜磨磨具整盤靜磨磨具精磨磨具的選擇要依據(jù)加工非球面的類型、面度大小和精度而定。第15頁，共21頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)30分，星期四 精磨前調(diào)整零件軸線與機(jī)床主軸軸線重合，對于面形精度越高的零件來說，同軸度要求越高 精磨非球面時(shí)，一般先修磨非球面度最大、帶寬最寬的部位，此時(shí)盡可能地減少磨和球面接近的部位可以保持曲面平滑數(shù)控研磨拋光技術(shù) 精磨注意事項(xiàng)！第16頁，共21頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)30分，星期四 精磨非球面時(shí)通常多采用金屬樣板、千分表球徑計(jì)、線條

9、板法等進(jìn)行檢驗(yàn)。其具體方法的選擇，通常依據(jù)非球面面形的精度要求和非球面度的大小而定。.面形精度低、非球面度大的（如低精度和最大非球面度在零點(diǎn)幾毫米以上的）：除采用金屬樣板粗步檢驗(yàn)外，還需要用千分表球徑計(jì)或線條樣板進(jìn)行檢驗(yàn).非球面度較小的零件，靜磨后仍為球面：用球面光學(xué)樣板或球徑儀檢驗(yàn)精磨檢驗(yàn)數(shù)控研磨拋光技術(shù)第17頁，共21頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)30分，星期四 非球面的拋光（1）拋光磨具整盤拋光磨具；局部拋光磨具數(shù)控研磨拋光技術(shù)(a)常用拋光模具 (b)帶充氣腔拋光模具 (c)帶套箍拋光模具.整盤拋光磨具第18頁，共21頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)30分，星期四 氣囊拋光磨具加工零件通常邊緣較差，采用氣壓拋光零件夾具，可以保證非球面零件的正確定位和提高面形的加工精度.局部拋光磨具氣壓拋光零件夾具 局部拋光模具1拋光柏油；2泡沫塑料或毛氈；3模具座。數(shù)控研磨拋光技術(shù)第19頁，共21頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)30分，星期四 直接用來修改非球面面形的拋光磨具，外徑一般和被加工零件外徑相同，工作表面曲率半徑為被加工球面的最