一种高精度CVD ZnSe透镜非球面加工方法
【技术领域】
[0001 ]本发明属于单点金刚石车削技术领域，涉及一种高精度CVD ZnSe透镜非球面加工 方法。
【背景技术】
[0002] 中国专利公开号CN 1785560 A，公开日是2006年6月14日，名称为"硒化锌和硫化 锌非球面光学元件的加工方法"中公开了一种非球面光学元件的加工技术，主要用于硒化 锌和硫化锌非球面元件的加工。该工艺方法虽然能够达到批量生产的目的，但其不足之处 是:没有磨边工序，中心偏差指标没有进行工艺控制;元件半精加工切深及进给量较大，后 续精车时损伤层很难消除，车削透镜表面无法达到高等级表面疵病指标;元件半精加工与 精加工车削参数相差较大，零件面形无法完美复制和重现，很难到到高精度面形指标。随着 光学系统要求的提高，高精度非球面红外镜头需求迫切，本文涉及到的加工工艺方法可有 效保证高精度CVD ZnSe透镜非球面的制备。
【发明内容】
[0003] ( - )发明目的
[0004] 本发明的目的是:提供一种能够保证CVD ZnSe透镜表面疵病和面形精度的非球面 加工方法，采用单点金刚石车削机床，通过具有一定轮廓度的天然金刚石圆弧刀对CVD ZnSe透镜进行超精密车削加工。
[0005] (二)技术方案
[0006] 为了解决上述技术问题，本发明提供一种高精度CVD ZnSe透镜非球面加工方法， 其包括以下步骤：
[0007] 第一步:下料；
[0008] 第二步:磨外圆；
[0009] 第三步:粗磨；
[0010] 第四步:精修工装；
[0011] 第五步:粗车；
[0012] 第六步:半精车；
[0013] 第七步:精车；
[0014] 第八步:检测面形；
[0015] 第九步:反馈精修。
[0016] 其中，所述第一步中，用内圆切割机对CVD ZnSe材料切割下料，得到ZnSe透镜毛 坯，毛坯外圆留有0.5~3mm余量;中心厚留有0.5~4mm余量。
[0017]其中，所述第二步中，用磨边机将外圆磨削至完工尺寸，外圆圆度不大于lMi。
[0018]其中，所述第三步中，依据设计图纸中的非球面方程，计算非球面边缘矢高，采用 三点画圆法得出非球面的最佳拟合半径，按照该半径对上步得到的CVD ZnSe透镜毛坯进行 粗磨或铣磨开球面，得到透镜粗磨毛坯；以外圆为基准测量粗磨毛坯的边缘厚度差、凸面对 端面跳动量在0.01~0.08mm之内。
[0019] 其中，所述第四步中，采用单点金刚石车削机床，以天然金刚石刀具对工装各个定 位面进行超精密加工，粗磨毛坯的外圆与工装配合精度应小于0.01mm。
[0020] 其中，所述第五步中，采用单点金刚石车削机床，以天然金刚石刀具对粗磨毛坯进 行粗加工，快速去除余量，粗成形非球面;车削工艺参数:主轴转速1000~4000r/min，切深 0 · 1~0 · 6mm/次，进给量 5 ~20mm/min。
[0021] 其中，所述第六步中，对粗车毛坯进行半精加工，消除刀差并去除粗车产生的损伤 层，精加工非球面;车削工艺参数:主轴转速1000~4000r/min，切深0.004~0.1mm/次，进 给量3~8mm/min。
[0022] 其中，所述第七步中，对CVD ZnSe透镜进行超精密车削加工，车削工艺参数：主轴 转速 1000 ~4000r/min，切深 0 · 001 ~0 · 05mm/次，进给量 1 ~5mm/min。
[0023] 其中，所述第八步中，用接触式轮廓仪依据非球面方程进行面形精度的工序检测， 若面形合格，则为最终产品。
[0024] 其中，所述第九步中，若检测面形工步不能达到面形精度要求，根据检测结果再次 精密车削加工非球面，直到面形指标符合技术要求。
[0025](三)有益效果
[0026]上述技术方案所提供的高精度CVD ZnSe透镜非球面加工方法，具有以下优点：
[0027] (1)磨外圆工序放在首道工序，单点金刚石车削机床加工光学面之后没有设置定 心磨边工序，加工不存在因定心磨边划伤光学元件表面问题。同时，中心偏差技术指标通过 精加工外圆、粗磨技术指标控制及精密车削加工工装得到了有效控制，精度优于30"。
[0028] (2)将单点金刚石车削工步分为半精车和精车，有效的减小了粗车毛坯材料时产 生的损伤层，表面疵病达ΠΙ级，表面粗糙度达3nm，非球面面形轮廓误差Ρν〈0.15μπι，制备出 了高精度CVD ZnSe透镜。
【附图说明】
[0029]图1是本发明的一种高精度CVD ZnSe透镜非球面加工工艺流程示意图。
[0030] 图2是本发明使用的真空吸附弹性工装。
[0031] 图3是本发明的高次非球面光学元件加工实施例图。
【具体实施方式】
[0032]为使本发明的目的、内容和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具 体实施方式作进一步详细描述。
[0033]按照本发明方法，针对高次非球面CVD ZnSe透镜，采用单点金刚石车削机床及天 然金刚石圆弧刀对其进行超精密车削加工。下面结合附图和实施例对本发明涉及到的一种 高精度CVD ZnSe透镜非球面车削加工方法进行描述，其加工工艺流程见图1。
[0034] 第一步:下料；
[0035] 第二步:磨外圆；
[0036] 第三步:粗磨；
[0037]第四步:精修工装；
[0038]第五步:粗车；
[0039]第六步:半精车；
[0040] 第七步:精车；
[0041] 第八步:检测面形；
[0042]第九步:反馈精修；
[0043] 1.如上所述的下料工步，用内圆切割机对CVD ZnSe材料切割下料，得到ZnSe透镜 毛坯，毛坯外圆留有0.5~3mm余量;中心厚留有0.5~4mm余量。
[0044] 2.如上所述的磨外圆工步，用磨边机将外圆磨削至完工尺寸，外圆圆度不大于1μ m〇
[0045] 3.如上所述的粗磨工步，依据设计图纸中的非球面方程，计算非球面边缘矢高，采 用三点画圆法(一个中心点和两个边缘点)得出非球面的最佳拟合半径，按照该半径对上步 得到的CVD ZnSe透镜毛坯进行粗磨或铣磨开球面，得到透镜粗磨毛坯；以外圆为基准测量 粗磨毛坯的边缘厚度差、凸面对端面跳动量在0.01~0. 〇8_之内。
[0046] 4.如上所述的加工工装工步，采用单点金刚石车削机床，以天然金刚石刀具对工 装各个定位面进行超精密加工，粗磨毛坯的外圆与工装配合精度应小于〇.〇1_。
[0047] 5.如上所述的粗车工步，采用单点金刚石车削机床，以天然金刚石刀具对粗磨毛 还进行粗加工，快速去除余量，粗成形非球面。车削工艺参数:主轴转速1000~4000r/min， 切深0 · 1~0 · 6mm/次，进给量5~20mm/min。
[0048] 6.如上所述的半精车工步，对粗车毛坯进行半精加工，消除刀差并去除粗车产生 的损伤层，精加工非球面。车削工艺参数:主轴转速1000~4000r/min，切深0.004~0.1mm/ 次，进给量3~8mm/min。
[0049] 7.如上所述的精车工步，对CVD ZnSe透镜进行超精密车削加工，得到具有一定精 度和表面疵病的透镜。车削工艺参数:主轴转速1000~4000r/min，切深0.001~0.05mm/次， 进给量1~5mm/min 〇
[0050] 8.如上所述的检测面形工步，用接触式轮廓仪依据非球面方程进行面形精度的工 序检测，若面形合格，则为最终产品。
[0051] 9.如上所述反馈精修工步，若检测面形工步不能达到面形精度要求，根据检测结 果反馈编程，按照反馈程序再次精密车削加工非球面，直到面形指标符合技术要求。
[0052]参照图2,本实施例采用的吸附式弹性工装结构由基体A和夹紧套B组成。C为透镜 加工定位面，D为被吸附面。
[0053]下面以一个具体的实例来进一步详细说明本发明的技术方案。
[0054] 加工一种10次CVD ZnSe弯月透镜双面非球面透镜，见图3。材料:CVD ZnSe，直径 φ丨:·=16,4:? mm，凹面非球面有效口径<i>2=12.59mm，中心厚51 = 7±0.05mm，凹面矢高δ2 = 1 · 58