关于自由光学曲面的超精密慢刀伺服车削技术研究.pdf

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1、数控加工技术现代制造工程（ＭｏｄｅｒｎＭａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ）２０１３年第１１期关于自由光学曲面的超精密慢刀伺服车削技术研究１２１２包琼琼，王宇，潘骏，范玉峰（１浙江理工大学，杭州３１００１８；２浙江科技学院，杭州３１００２３）摘要：对自由曲面光学元件的超精密慢刀伺服车削技术进行研究，探讨了不同自由曲面ＣＮＣ编译程序算法对加工结果的影响。并对口径矱１２ｍｍ的双二次凸曲面镍铜合金光学元件进行车削试验，二次曲面的交叉基轴球面半径分别为R１＝７．５ｍｍ和R２＝９．５ｍｍ。最终通过泰勒-霍普森ＰＧＩ-１２４０轮廓测量仪的检

2、测，在基轴球面半径R１＝７．５ｍｍ的曲面上获得了PV＝０．１５μｍ的面形精度和Ra＝３ｎｍ的表面粗糙度；在基轴球面半径R２＝９．５ｍｍ的曲面上获得了PV＝０．１μｍ的面形精度和Ra＝２ｎｍ的表面粗糙度。关键词：自由曲面；慢刀伺服；光学零件；超精密；面形精度中图分类号：ＴＧ５１　文献标志码：Ａ文章编号：１６７１—３１３３（２０１３）１１—００６０—０４Theprocessingofopticalelementforfree-formsurface-ultraprecisionmachiningtechnologyofslowtoolservo

3、１２１２ＢａｏＱｉｏｎｇｑｉｏｎｇ，ＷａｎｇＹｕ，ＰａｎＪｕｎ，ＦａｎＹｕｆｅｎｇ（１ＺｈｅｊｉａｎｇＳｃｉ．Ｔｅｃ．Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｈａｎｇｚｈｏｕ３１００１８，Ｃｈｉｎａ；２ＺｈｅｊｉａｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈａｎｇｚｈｏｕ３１００２３，Ｃｈｉｎａ）Abstract：Ｒｅｐｏｒｔｓａｒｅｓｅａｒｃｈｏｆｕｌｔｒａｐｒｅｃｉｓｉｏｎｍａｃｈｉｎｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆｓｌｏｗｔｏｏｌｓｅｒｖｏｆｏｒｔｈｅｆｒｅｅ-ｆｏｒｍｓｕｒｆａｃｅｏｐｔｉｃａｌｐａｒｔｓ，ａｎｄｔｈｅｅｆｆｅｃ

4、ｔｓｏｆｔｈｅｔｕｒｎｉｎｇｒｅｓｕｌｔａｒｅｄｉｓｃｕｓｓｅｄｉｎｔｈｅｄｉｆｆｅｒｅｎｔＣＮＣｃｏｍｐｉｌｅｒａｌｇｏｒｉｔｈｍｓｆｏｒｔｈｅｆｒｅｅｆｏｒｍｓｕｒｆａｃｅ．Ａｎｄｔｈｅｂｉ-ｃｏｎｉｃｓｃｏｎｖｅｘｓｕｒｆａｃｅｓｏｆｏｐｔｉｃａｌｐａｒｔｓｕｓｉｎｇｎｉｃｋｅｌｃｏｐｐｅｒａｌｌｏｙｗａｓｔｕｒｎｅｄｆｏｒｔｅｓｔ，ｔｈｅｒａｄｉｕｓｏｆｔｈｅｔｗｏｃｕｒｖｅｄｓｕｒｆａｃｅｗｉｔｈｔｈｅｉｎｔｅｒ-ｓｅｃｔｉｎｇｂａｓｅａｘｉｓｓｐｈｅｒｉｃａｌａｒｅｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙR１＝７．５ｍｍａｎｄR２＝９．５ｍｍ．

5、Ｆｉｎａｌｌｙ，ｔｅｓｔｉｎｇｂｙＴａｙｌｏｒＨｏｐｓｏｎＰＧＩ-１２４０ｃｏｎｔｏｕｒｍｅａｓｕｒｉｎｇｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ，ｔｈｅｆｏｒｍａｃｃｕｒａｃｙｏｆPV＝０．１５μｍａｎｄｔｈｅｓｕｒｆａｃｅｒｏｕｇｈｎｅｓｓｏｆRa＝３ｎｍｗａｓｏｂｔａｉｎｅｄｉｎｔｈｅｃｕｒｖｅｄｓｕｒ-ｆａｃｅｏｆｔｈｅｒａｄｉｃａｌａｘｉｓｓｐｈｅｒｉｃａｌｒａｄｉｕｓR１＝７．５ｍｍ；ｔｈｅｆｏｒｍａｃｃｕｒａｃｙｏｆPV＝０．１μｍａｎｄｔｈｅｓｕｒｆａｃｅｒｏｕｇｈｎｅｓｓｏｆRa＝２ｎｍｉｎｔｈｅｃｕｒｖｅｄｓｕｒｆａｃｅｏｆｔｈｅｒａｄｉｃ

6、ａｌａｘｉｓｓｐｈｅｒｉｃａｌｒａｄｉｕｓR２＝９．５ｍｍｗａｓｏｂｔａｉｎｅｄ．Keywords：ｆｒｅｅｓｕｒｆａｃｅ；ｓｌｏｗｔｏｏｌｓｅｒｖｏ；ｏｐｔｉｃａｌｐａｒｔｓ；ｕｌｔｒａｐｒｅｃｉｓｉｏｎ；ｓｕｒｆａｃｅｐｒｅｃｉｓｉｏｎ构的曲面，其形状复杂、精度要求很高。通常要求亚０　引言［４］微米的面形精度和纳米的表面粗糙度。而且高精随着科学技术的不断发展，超精密加工技术也迅度自由曲面光学关键元件的成功制造，不仅依赖数控猛发展，利用单点金刚石切削技术（ＳＰＤＴ）可以加工红机床的精度，更依赖于先进光学设计、加工工艺和自外晶体、有色金属和

7、部分激光晶体以及光学塑料等，由曲面测量技术的综合考虑，因此，自由曲面加工技［５］它主要用于结构复杂和特殊要求的光学零件的制术脱颖而出，并有着很好的前景。［１-２］造。然而，随着制造业向着高增值高精度高科技本文从理论上分析了超精密慢刀伺服车削技术的方向发展，很多高价值性能的光学元件向着具有微原理，发展了自由曲面特性刀具参数的确定技术。最结构表面特征的、非回转对称的、复杂的自由曲面光后使用超精密慢刀伺服车削技术对双二次凸曲面镍学元件的方向发展，它们是光电产品及光通讯产品中铜合金光学元件进行了加工试验。［３］至关重要的部件。例如数码摄像镜头、衍射

8、光学器１　超精密慢刀伺服车削技术件和车灯的反射镜等。自由曲面的光学元件在全球市场上有着越来越大的应用和需求，因此，开展自由１．１　慢刀伺服车削技术原理曲面光学元件加工的研究有着越