影響方形非球面光學元件加工精度的工藝研究

王毅 許貴陽

摘 要：本文主要對方形非球面光學元件的再加工檢測過程中進行了試驗和研究，并且分析了影響到加工精度產生誤差的原因。對于方形非球面光學元件的精密磨削過程來說，是能夠檢測出工程技術的關鍵步驟，是直接關系著方形非球面光學元件精度，能夠體現(xiàn)工程的好壞。本文通過對方形非球面光學元件在加工中各個工件旋轉軸（A，B，X，Y，C）等不同軸的速度與位置進行了精確的檢測，并且對以上軸速與軸距做出了一定的調整，目的是為了更好更加順利的完成對方形非球面光學元件的加工與檢測，對工藝的改造不僅能夠實現(xiàn)方形非球面光學元件的精密磨削，還能夠滿足設計提出的相關要求，更好的提升元器件的精密品質。

關鍵詞：方形非球面;磨削精度;影響;工藝研究

0 引言

雖然近年來我國市場經濟一直處于高速發(fā)展的階段，但是我國對于方形非球面光學元件的加工起步較晚，工藝依然只是處于初級階段，在工藝技術上還無法與國外起步較早的國家相提并論，且自身存在著加工精度低，生產效率低等影響。對于整個加工方形非球面光學元件的加工精度的主要影響因素就是在生產過程中的檢測問題。對于方形非球面的加工過程一般是有三個步驟即：元件成型、元件精磨、元件拋光。在這三個步驟中尤其是在精磨階段的時候，需要對其精度有著嚴格的把控這樣才能夠制作成精磨的元件。因此需要在精磨的過程中需要加入數(shù)據(jù)測量來對其進行指導補償加工，需要反復的進行加工——檢測——再加工——再檢測，才能夠達到最終精密的加工要求。

1 對于方形非球面系統(tǒng)的加工原理介紹

對于在非球面光學元件的高精度加工磨削過程中，可以使用圓弧砂輪、平面砂輪、球面砂輪等砂輪進行加工。但是對于各個砂輪有著不同的應用，如平面砂輪只能夠加工凸面非球面光學元件，如果在凹面非球面加工過程中使用的是平面砂輪那么會對生產的精度產生一定的影響與干涉，最終造成對生產精度影響，致使工程制作達不到標準。對于凹面非球面光學元件的加工只能使用圓弧砂輪來對其進行打磨。并且在打磨過程中還需要注意圓弧砂輪的弧度半徑必須要大于光學元器件的弧度半徑。但是因為以上三種砂輪機對光學元器件的修整作用精度有限，而且修正花費的時間較長，因此會對后續(xù)測量部分造成困難，也會對生產后的精度有影響。想要降低方形非球面光學元件的精度影響，可以在加工選擇上針對不同的光學元器件來選取不同的砂輪機，當然原則上最優(yōu)選取平面砂輪加工。另外對于提升加工精度方面可以在加工的時候，對方形非球面光學元件軸對稱的中心為起點，向著軸對稱非球面母線沿著加工點運動精磨，與此同時還需要工件繞著運動方向旋轉軸進行旋轉，這樣做就會有加工痕跡在工件表面上形成螺旋狀，對于后續(xù)的加工有著精密的指導作用，能夠提高對光學元件的精度。

2 對于補償加工的作用與原理

在非球面光學元件高精度的加工過程中，如果只是對其進行一次加工顯然無法滿足設計上的精度要求，因此需要補償加工。在補償加工之前，首先需要對光學元件初次砂輪機的加工軌跡，來擬出一條合理的連續(xù)的誤差曲線，然后再用誤差曲線與理想曲線對比，對于各個值之間進行求和平均，最終得到實際的補償加工量，按照補償加工量的曲線進行實際的操作加工。然受使用傳感器測量的出初始加工曲面與理想加工曲面之間的誤差，對于誤差數(shù)據(jù)的處理首先要去除粗大誤差這樣是為了保持誤差能在一定的精度內，拋棄偏離過大的誤差，并還需要根據(jù)實測數(shù)據(jù)來擬定出能夠疊加在軸對稱的非球面母線上的誤差連續(xù)曲線，然后根據(jù)加工所需生成能夠補償?shù)臄?shù)據(jù)。將生成的數(shù)據(jù)送入到加工系統(tǒng)中生成NC數(shù)據(jù)系統(tǒng)，并且還需要進行多次反復的補償加工，這樣才能夠保證最終的成品能夠達到精度的要求。

3 在伺服系統(tǒng)中的速度和位置檢測

對于大口徑非球面光學元件的加工方法是使用伺服電機使得機床五軸震動的，而對伺服電機的控制則是利用數(shù)控系統(tǒng)來完成的。在此過程中為了能夠保證砂輪對工件的精準工作和能夠實現(xiàn)限位控制。想要保證加工精度就需要在此過程中對工件和砂輪直線位移進行實時的檢測，并且同時能夠對數(shù)控系統(tǒng)有反饋信息，另外還需要能夠可控制砂輪和工件的給進速度。基于此，對于此過程中不僅需要控制工件平移軸（X軸）還需要對砂輪平移軸（Y軸）以及控制工作臺的水平位移做出良好精準的移動，除此之外還需要控制電機轉速，通過這樣多重的控制才能夠實現(xiàn)位置與速度實現(xiàn)良好的雙閉環(huán)控制。在對于工件軸，回轉軸以及砂輪軸來說，需要能夠對其角度轉速有著精準的控制，并且還能夠對其的位移量有著實時的檢測，同時還能夠將檢測到的數(shù)據(jù)反饋給數(shù)控系統(tǒng)，讓數(shù)控系統(tǒng)能夠隨時掌握，避免數(shù)據(jù)偏差對工程造成影響，以及能夠第一時間做出調整。

4 結束語

綜上所述，本文主要根據(jù)測量非球面光學元件的加工過程以及對選擇原則和系統(tǒng)控制精度等方面有著詳細的描寫，分別對光學元件加工過程中的各個軸的速度測量以及位置需要選取不同型號的測量元件，并在加工過程中需要針對不同的光學元件選取不同的加工型號設備。并在加工過程中，對目前存在對方形非球面光學元件加工精度的一些影響給出了相應的解決辦法，能夠在一定程度上增強在加工過程中的精度。并且對于三種不同的系統(tǒng)給出了詳細的原理解釋和各自不同的性能闡述，并且對于以上建議的可行性已經在一定程度上得到了驗證，且成果相對較為不錯，希望本文能夠對實現(xiàn)非球面光學元件提高加工精度有一定的幫助與參考的價值。

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