一種高精度CVD ZnSe透鏡非球面加工方法
【技術領域】
[0001 ]本發明屬于單點金剛石車削技術領域，涉及一種高精度CVD ZnSe透鏡非球面加工 方法。
【背景技術】
[0002] 中國專利公開號CN 1785560 A，公開日是2006年6月14日，名稱為"硒化鋅和硫化 鋅非球面光學元件的加工方法"中公開了一種非球面光學元件的加工技術，主要用于硒化 鋅和硫化鋅非球面元件的加工。該工藝方法雖然能夠達到批量生產的目的，但其不足之處 是:沒有磨邊工序，中心偏差指標沒有進行工藝控制;元件半精加工切深及進給量較大，后 續精車時損傷層很難消除，車削透鏡表面無法達到高等級表面疵病指標;元件半精加工與 精加工車削參數相差較大，零件面形無法完美復制和重現，很難到到高精度面形指標。隨著 光學系統要求的提高，高精度非球面紅外鏡頭需求迫切，本文涉及到的加工工藝方法可有 效保證高精度CVD ZnSe透鏡非球面的制備。
【發明內容】
[0003] ( - )發明目的
[0004] 本發明的目的是:提供一種能夠保證CVD ZnSe透鏡表面疵病和面形精度的非球面 加工方法，采用單點金剛石車削機床，通過具有一定輪廓度的天然金剛石圓弧刀對CVD ZnSe透鏡進行超精密車削加工。
[0005] (二)技術方案
[0006] 為了解決上述技術問題，本發明提供一種高精度CVD ZnSe透鏡非球面加工方法， 其包括以下步驟：
[0007] 第一步:下料；
[0008] 第二步:磨外圓；
[0009] 第三步:粗磨；
[0010] 第四步:精修工裝；
[0011] 第五步:粗車；
[0012] 第六步:半精車；
[0013] 第七步:精車；
[0014] 第八步:檢測面形；
[0015] 第九步:反饋精修。
[0016] 其中，所述第一步中，用內圓切割機對CVD ZnSe材料切割下料，得到ZnSe透鏡毛 坯，毛坯外圓留有0.5~3mm余量;中心厚留有0.5~4mm余量。
[0017]其中，所述第二步中，用磨邊機將外圓磨削至完工尺寸，外圓圓度不大于lMi。
[0018]其中，所述第三步中，依據設計圖紙中的非球面方程，計算非球面邊緣矢高，采用 三點畫圓法得出非球面的最佳擬合半徑，按照該半徑對上步得到的CVD ZnSe透鏡毛坯進行 粗磨或銑磨開球面，得到透鏡粗磨毛坯；以外圓為基準測量粗磨毛坯的邊緣厚度差、凸面對 端面跳動量在0.01~0.08mm之內。
[0019] 其中，所述第四步中，采用單點金剛石車削機床，以天然金剛石刀具對工裝各個定 位面進行超精密加工，粗磨毛坯的外圓與工裝配合精度應小于0.01mm。
[0020] 其中，所述第五步中，采用單點金剛石車削機床，以天然金剛石刀具對粗磨毛坯進 行粗加工，快速去除余量，粗成形非球面;車削工藝參數:主軸轉速1000~4000r/min，切深 0 · 1~0 · 6mm/次，進給量 5 ~20mm/min。
[0021] 其中，所述第六步中，對粗車毛坯進行半精加工，消除刀差并去除粗車產生的損傷 層，精加工非球面;車削工藝參數:主軸轉速1000~4000r/min，切深0.004~0.1mm/次，進 給量3~8mm/min。
[0022] 其中，所述第七步中，對CVD ZnSe透鏡進行超精密車削加工，車削工藝參數：主軸 轉速 1000 ~4000r/min，切深 0 · 001 ~0 · 05mm/次，進給量 1 ~5mm/min。
[0023] 其中，所述第八步中，用接觸式輪廓儀依據非球面方程進行面形精度的工序檢測， 若面形合格，則為最終產品。
[0024] 其中，所述第九步中，若檢測面形工步不能達到面形精度要求，根據檢測結果再次 精密車削加工非球面，直到面形指標符合技術要求。
[0025](三)有益效果
[0026]上述技術方案所提供的高精度CVD ZnSe透鏡非球面加工方法，具有以下優點：
[0027] (1)磨外圓工序放在首道工序，單點金剛石車削機床加工光學面之后沒有設置定 心磨邊工序，加工不存在因定心磨邊劃傷光學元件表面問題。同時，中心偏差技術指標通過 精加工外圓、粗磨技術指標控制及精密車削加工工裝得到了有效控制，精度優于30"。
[0028] (2)將單點金剛石車削工步分為半精車和精車，有效的減小了粗車毛坯材料時產 生的損傷層，表面疵病達ΠΙ級，表面粗糙度達3nm，非球面面形輪廓誤差Ρν〈0.15μπι，制備出 了高精度CVD ZnSe透鏡。
【附圖說明】
[0029]圖1是本發明的一種高精度CVD ZnSe透鏡非球面加工工藝流程示意圖。
[0030] 圖2是本發明使用的真空吸附彈性工裝。
[0031] 圖3是本發明的高次非球面光學元件加工實施例圖。
【具體實施方式】
[0032]為使本發明的目的、內容和優點更加清楚，下面結合附圖和實施例，對本發明的具 體實施方式作進一步詳細描述。
[0033]按照本發明方法，針對高次非球面CVD ZnSe透鏡，采用單點金剛石車削機床及天 然金剛石圓弧刀對其進行超精密車削加工。下面結合附圖和實施例對本發明涉及到的一種 高精度CVD ZnSe透鏡非球面車削加工方法進行描述，其加工工藝流程見圖1。
[0034] 第一步:下料；
[0035] 第二步:磨外圓；
[0036] 第三步:粗磨；
[0037]第四步:精修工裝；
[0038]第五步:粗車；
[0039]第六步:半精車；
[0040] 第七步:精車；
[0041] 第八步:檢測面形；
[0042]第九步:反饋精修；
[0043] 1.如上所述的下料工步，用內圓切割機對CVD ZnSe材料切割下料，得到ZnSe透鏡 毛坯，毛坯外圓留有0.5~3mm余量;中心厚留有0.5~4mm余量。
[0044] 2.如上所述的磨外圓工步，用磨邊機將外圓磨削至完工尺寸，外圓圓度不大于1μ m〇
[0045] 3.如上所述的粗磨工步，依據設計圖紙中的非球面方程，計算非球面邊緣矢高，采 用三點畫圓法(一個中心點和兩個邊緣點)得出非球面的最佳擬合半徑，按照該半徑對上步 得到的CVD ZnSe透鏡毛坯進行粗磨或銑磨開球面，得到透鏡粗磨毛坯；以外圓為基準測量 粗磨毛坯的邊緣厚度差、凸面對端面跳動量在0.01~0. 〇8_之內。
[0046] 4.如上所述的加工工裝工步，采用單點金剛石車削機床，以天然金剛石刀具對工 裝各個定位面進行超精密加工，粗磨毛坯的外圓與工裝配合精度應小于〇.〇1_。
[0047] 5.如上所述的粗車工步，采用單點金剛石車削機床，以天然金剛石刀具對粗磨毛 還進行粗加工，快速去除余量，粗成形非球面。車削工藝參數:主軸轉速1000~4000r/min， 切深0 · 1~0 · 6mm/次，進給量5~20mm/min。
[0048] 6.如上所述的半精車工步，對粗車毛坯進行半精加工，消除刀差并去除粗車產生 的損傷層，精加工非球面。車削工藝參數:主軸轉速1000~4000r/min，切深0.004~0.1mm/ 次，進給量3~8mm/min。
[0049] 7.如上所述的精車工步，對CVD ZnSe透鏡進行超精密車削加工，得到具有一定精 度和表面疵病的透鏡。車削工藝參數:主軸轉速1000~4000r/min，切深0.001~0.05mm/次， 進給量1~5mm/min 〇
[0050] 8.如上所述的檢測面形工步，用接觸式輪廓儀依據非球面方程進行面形精度的工 序檢測，若面形合格，則為最終產品。
[0051] 9.如上所述反饋精修工步，若檢測面形工步不能達到面形精度要求，根據檢測結 果反饋編程，按照反饋程序再次精密車削加工非球面，直到面形指標符合技術要求。
[0052]參照圖2,本實施例采用的吸附式彈性工裝結構由基體A和夾緊套B組成。C為透鏡 加工定位面，D為被吸附面。
[0053]下面以一個具體的實例來進一步詳細說明本發明的技術方案。
[0054] 加工一種10次CVD ZnSe彎月透鏡雙面非球面透鏡，見圖3。材料:CVD ZnSe，直徑 φ丨:·=16,4:? mm，凹面非球面有效口徑<i>2=12.59mm，中心厚51 = 7±0.05mm，凹面矢高δ2 = 1 · 58