單晶硅非球面拋光工藝實驗研究.pdf

1、現(xiàn)今，光學(xué)元件以其良好的性能在各個領(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、紅外波段透過率高的非球面單晶硅透鏡需求量越來越大，并且對表面粗糙度和面形的要求也越來越高。而傳統(tǒng)的硅透鏡加工，無論是從生產(chǎn)效率還是加工精度都無法滿足光學(xué)系統(tǒng)對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)，即通過計算機控制拋光軌跡，利用自行開發(fā)的柔性拋光輪通過拋光液中的氧化鋁顆粒正壓力作用下，對工件表面材料進行微磨削作用，在非球面表面準(zhǔn)確進行材料去除，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，搭建了基于B軸的拋光平臺。針對拋光主軸安裝在B軸中心的偏置誤差會使得拋光壓力改變的問題，分析安裝偏置誤差影響規(guī)律，并提出了三種偏置誤差測量方式，并通過設(shè)計的三維微位移調(diào)整臺進行調(diào)整，波

3、紋面車削實驗結(jié)果表明面形誤差在3μm左右。結(jié)合本拋光平臺特點，設(shè)計了離線超精密拋光輪修整方案，圓跳動在14μm。結(jié)合Hertz接觸相關(guān)理論知識，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)上運用運動學(xué)和Preston假設(shè)的知識，建立輪式拋光技術(shù)的半經(jīng)驗去除函數(shù)模型，并對此種拋光技術(shù)對平面工件加工情況進行了仿真分析。在理論模型的基礎(chǔ)上，設(shè)計了關(guān)于拋光壓力、拋光時間和拋光輪轉(zhuǎn)速的定點單因素工藝實驗，獲得了不同參數(shù)下的拋光去除體積以

4、及形貌，根據(jù)去除坑輪廓的不對稱性，將壓力模型下進行了修正，更加貼近實際加工。通過數(shù)據(jù)擬合計算出廣義Preston系數(shù)以及速度修正指數(shù)。設(shè)計環(huán)帶正交拋光工藝實驗，分析了拋光工藝參數(shù)對輪式拋光技術(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)通過離散矩陣算法計算駐留時間，并對口徑為30mm的單晶硅平面、半徑300mm的凸球面以及非球面進行了拋光加工實驗，得到表面粗糙度分別為3.