單晶硅非球面拋光工藝實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、現(xiàn)今，光學(xué)元件以其良好的性能在各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。非球面元件具有消除像差、減少色散、簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)和降低成本的作用。在紅外光學(xué)系統(tǒng)中，質(zhì)地硬脆、熱變形小、紅外波段透過(guò)率高的非球面單晶硅透鏡需求量越來(lái)越大，并且對(duì)表面粗糙度和面形的要求也越來(lái)越高。而傳統(tǒng)的硅透鏡加工，無(wú)論是從生產(chǎn)效率還是加工精度都無(wú)法滿足光學(xué)系統(tǒng)對(duì)硅透鏡提出的極高加工和表面粗糙度的要求。因此，研究出一種高效、高精度的光學(xué)非球面技術(shù)具有重要意義。
　　本文介紹了一種新形

2、式的拋光技術(shù)：輪式拋光技術(shù)，即通過(guò)計(jì)算機(jī)控制拋光軌跡，利用自行開發(fā)的柔性拋光輪通過(guò)拋光液中的氧化鋁顆粒正壓力作用下，對(duì)工件表面材料進(jìn)行微磨削作用，在非球面表面準(zhǔn)確進(jìn)行材料去除，從而獲得較好的表面粗糙度和面形精度。結(jié)合輪式拋光技術(shù)需要法向加載拋光壓力的特點(diǎn)，搭建了基于B軸的拋光平臺(tái)。針對(duì)拋光主軸安裝在B軸中心的偏置誤差會(huì)使得拋光壓力改變的問(wèn)題，分析安裝偏置誤差影響規(guī)律，并提出了三種偏置誤差測(cè)量方式，并通過(guò)設(shè)計(jì)的三維微位移調(diào)整臺(tái)進(jìn)行調(diào)整，波

3、紋面車削實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明面形誤差在3μm左右。結(jié)合本拋光平臺(tái)特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了離線超精密拋光輪修整方案，圓跳動(dòng)在14μm。結(jié)合Hertz接觸相關(guān)理論知識(shí)，分析了拋光輪與工件接觸區(qū)域的大小、壓力分布等。在此基礎(chǔ)上運(yùn)用運(yùn)動(dòng)學(xué)和Preston假設(shè)的知識(shí)，建立輪式拋光技術(shù)的半經(jīng)驗(yàn)去除函數(shù)模型，并對(duì)此種拋光技術(shù)對(duì)平面工件加工情況進(jìn)行了仿真分析。在理論模型的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了關(guān)于拋光壓力、拋光時(shí)間和拋光輪轉(zhuǎn)速的定點(diǎn)單因素工藝實(shí)驗(yàn)，獲得了不同參數(shù)下的拋光去除體積以

4、及形貌，根據(jù)去除坑輪廓的不對(duì)稱性，將壓力模型下進(jìn)行了修正，更加貼近實(shí)際加工。通過(guò)數(shù)據(jù)擬合計(jì)算出廣義Preston系數(shù)以及速度修正指數(shù)。設(shè)計(jì)環(huán)帶正交拋光工藝實(shí)驗(yàn)，分析了拋光工藝參數(shù)對(duì)輪式拋光技術(shù)加工單晶硅表面的拋光去除效率和表面粗糙度的影響規(guī)律，最后結(jié)合拋光特點(diǎn)優(yōu)選出最佳的拋光工藝參數(shù)。最后結(jié)合去除函數(shù)通過(guò)離散矩陣算法計(jì)算駐留時(shí)間，并對(duì)口徑為30mm的單晶硅平面、半徑300mm的凸球面以及非球面進(jìn)行了拋光加工實(shí)驗(yàn)，得到表面粗糙度分別為3.