一種硒化鋅鏡片的超精密車削工藝的制作方法
【技術領域】
[0001]發明一種用于硒化鋅鏡片的恒定微夾角超精密車削工藝。
【背景技術】
[0002]硒化鋅晶體(SeZn)是一種黃色透明的多晶材料，在光學上表現為各向同性，具有優異的物理與化學性質，可用于制造藍光半導體激光器、光探測器件、非線性光學器件、波導調制器等。同時，作為優秀的紅外材料，在0.5-22 μ m透光范圍內有良好的透射性能，基本覆蓋可見一紅外波段范圍，是一種全天候光學裝置的優良材料。特別在10.6μπι處有極好的透過率，更是紅外透鏡、激光窗口、紅外熱像儀和高功率C02激光器系統中光學器件的首選材料。
[0003]它可用來制作全反射鏡、半反射鏡、擴束鏡、平場透鏡、中紅外鏡片、遠紅外大小功率激光器上各種平凸透鏡、凸凹月牙切割透鏡、鍍金反射鏡、圓偏振鏡、擴束鏡、平場透鏡等多種光學零件，廣泛應用于激光、醫學、天文學和紅外夜視等領域中。
[0004]由于硒化鋅晶體材質較軟、易產生劃痕，而且材料折射率較大，在其表面需要鍍制高硬度減反射膜來加以保護并獲得較高的透過率，特別在用做高功率激光器件時，需要嚴格控制材料內部結構缺陷，并要求納米級的表面粗糙度和極低的亞表面損傷。這對硒化鋅晶體材料的表面加工技術提出很高的要求，一般采用最小破壞程度的拋光技術。
[0005]對于普通的平面、球面等形狀的硒化鋅光學元件來說，通過傳統的磨削和研拋技術就能夠保證其表面粗糙度和形狀精度的要求。但隨著光電信息技術和紅外成像技術的迅猛發展，各種高附加值的光電產品，已經轉向各種復雜的光學曲面，譬如非球面、非回轉對稱的自由曲面等，這些光學元件除了繼承高要求的表面光潔度外，對形狀精度也提出了嚴格的要求。傳統的研拋工藝和技術則很難實現復雜曲面的光學元件加工，特別是形狀精度的要求。因此，需要采用新的加工技術來突破工藝瓶頸。
[0006]在眾多超精密加工技術中，超精密金剛石車削技術可實現復雜結構曲面和有特殊要求光學零件的加工，能獲得納米級別的表面粗糙度和亞微米級別的形狀精度，特別針對光學紅外晶體和激光電子晶體材料。硒化鋅晶體脆性大、硬度低，采用金剛石車削技術加工復雜曲面時，雖然能夠保證形狀精度的要求，但由于硒化鋅晶體的高脆性，在車削過程中材料表層很容易發生破碎和崩裂，并造成嚴重的亞表面損傷，表面粗糙度較難控制。
【發明內容】
[0007]本發明要解決的技術問題是:
[0008]提出一種恒定微夾角金剛石車削工藝，實現對平面和不同曲面形狀的硒化鋅鏡片的超精密加工。與傳統的單點金剛石車削工藝相比，相同的加工參數下，采用新工藝所獲得的表面粗糙度要明顯優于傳統金剛石車削后的結果，與精細拋光后的效果相近，材料表面破損現象大為降低。
[0009]本發明的技術解決方案是，刀具選用V型的小圓弧刃的金剛石車刀，工件始終保持V型金剛石車刀一側的切削刃與過工件表面切削點的切線，這兩者之間的夾角為固定值，并且夾角值小于2度，針對平面和曲面分別通過X、Z兩軸聯動和X、Z、B三軸聯動實現的加工。
[0010]以下結合圖1所示實施例對本發明的恒定微夾角金剛石車削工藝做出進一步說明。
[0011]本發明工藝的工作過程是，以曲面加工為例，參見圖1。刀具I選用V型的小圓弧刃的金剛石車刀，圓弧刃半徑小于等于0.1mm,刀具前角為O度。工件2繞Hi軸為回轉中心以角速度Oi旋轉，通過B軸的旋轉控制，始終保持V型金剛石車刀I 一側的切削刃與過工件2表面切削點的切線，這兩者之間的夾角k為固定值，并且夾角值小于I度，這樣通過X、Z、B三軸聯動實現曲面的加工。
[0012]本發明的技術原理是采用恒定微夾角金剛石車削時，與傳統的單點金剛石車削相t匕，在相同的進給和切削深度情況下，未變形切屑厚度會更小，特別針對例如硒化鋅晶體這類脆性較高的材料，可以盡量保證整個切削過程都在塑性切削模式下進行。這樣可以提高工件被加工面的表面完整性，減少切削過程中材料表面的破損現象，更能降低亞表面損傷，達到獲得光學級的表面光潔度的目的。
[0013]上述有關發明的簡單說明以及后面的詳細說明僅為較佳的實施例，并非限制。其他不脫離本發明的精神的等效改變或替換均應包含在本發明的專利范圍內。
[0014]由上可知，相同的加工參數下，采用新工藝所獲得的表面粗糙度要明顯優于傳統金剛石車削后的結果，與精細拋光后的效果相近，材料表面破損現象大為降低。并且通過實驗表明，恒定微夾角金剛石車削工藝能更好的應用于硒化鋅鏡片的超精密加工。
【附圖說明】
[0015]為了讓本發明上述的其他目的、特征和優點更加明顯易懂，下文特舉一較佳的實例并配合附圖進行詳細說明。
[0016]圖1是本發明工藝針對曲面工件的加工原理圖。
[0017]在圖1中:
[0018]1-V型金剛石車刀，2-曲面工件。
[0019]圖2是本發明工藝的硒化鋅平面和非球面鏡片的實際加工過程。
[0020]1-硒化鋅平面鏡片，2-V型金剛石車刀，3-硒化鋅非球面鏡片。
[0021]圖3是本發明工藝加工完成后硒化鋅平面和非球面鏡片的外觀圖。
[0022]1-硒化鋅平面鏡片，2-硒化鋅非球面鏡片。
[0023]圖4是本發明工藝與傳統單點金剛石車削工藝在相同加工條件下，加工完成后的對比微觀圖，放大倍數200倍。
[0024]1-傳統單點金剛石車削工藝，2-本發明工藝。
【具體實施方式】
[0025]在此必須說明的是以下描述的結構并不包含完整的制程。本發明可以藉助各種制程技術來實施，在此僅提及了解本發明所需的制程與結構。以下將根據本發明所附圖示進行詳細的說明，請注意圖示均為簡單的形式且未依照比例描繪，而尺寸均被夸大以利于了解本發明。參見圖2。
[0026]在采用本發明工藝的加工過程中，車刀2選用V型的小圓弧刃的金剛石車刀，刀具圓弧刃半徑0.1mm。平面硒化鋅鏡片I和非球面硒化鋅鏡片3繞工件軸為回轉中心以一定角速度旋轉，分別通過X、Z兩軸聯動和X、Z、B三軸聯動始終保持V型金剛石車刀2 —側的切削刃與過平面硒化鋅鏡片I和非球面硒化鋅鏡片3表面切削點的切線，這兩者之間的夾角k為固定值，并且夾角值小于I度，實現超精密加工。
【主權項】
1.一種用于硒化鋅鏡片的超精密車削工藝，其特征是，車刀選用V型小圓弧刃的金剛石車刀，硒化鋅鏡片繞工件軸為回轉中心以一定角速度旋轉；對平面硒化鋅鏡片，通過X、Z兩軸聯動，并始終保持參與切削的V型金剛石車刀一側的直線切削刃與過平面硒化鋅鏡片表面切削點的切線，這兩者之間的夾角為恒定微夾角，實現超精密加工；對回轉對稱曲面硒化鋅鏡片，通過X、Z、B三軸聯動，并始終保持參與切削的V型金剛石車刀一側的直線切削刃與過平面硒化鋅鏡片表面切削點的切線，這兩者之間的夾角為恒定微夾角，實現超精密加工。
2.所選用V型小圓弧刃的金剛石車刀圓弧刃半徑小于等于0.1mm，刀具前角為O度。
3.參與切削的V型金剛石車刀一側的直線切削刃與過平面硒化鋅鏡片表面切削點的切線，這兩者之間的夾角為恒定微夾角，且夾角值小于等于2度。
【專利摘要】一種用于硒化鋅鏡片的恒定微夾角超精密車削工藝，車刀選用V型小圓弧刃的金剛石車刀。加工時工件繞工件軸為回轉中心以一定角速度旋轉，且工件始終保持V型金剛石車刀一側的切削刃與過工件表面切削點的切線，這兩者之間的夾角為固定值，并且夾角值小于2度，針對平面和曲面分別通過X、Z兩軸聯動和X、Z、B三軸聯動實現的加工。相同的加工參數下，采用新工藝所獲得的表面粗糙度要明顯優于傳統金剛石車削后的結果，與精細拋光后的效果相近，材料表面破損現象大為降低。并且通過實驗表明，恒定微夾角金剛石車削工藝能更好的應用于硒化鋅鏡片的超精密加工。
【IPC分類】B23B1-00
【公開號】CN104607658
【申請號】CN201310544473
【發明人】王宇, 袁鈺平, 袁紅君, 朱勇建
【申請人】丹陽華恩光學鏡片有限公司
【公開日】2015年5月13日
【申請日】2013年11月5日