大口径平面光学元件超精密加工技术的研究

为了解决激光核聚变装置中大口径平面光学元件的批量制造难题,将先进制造技术和传统抛光技术相结合,提出了一种新的工艺方法,即使用ELID(在线电解)磨削代替传统的铣磨和初抛工序,以提高生产效率。利用数控抛光将工件抛光至最终的面形精度,以提高生产效率和减少边缘效应。将连续抛光作为最终加工工序,使加工工件的表面粗糙度和波纹度达到工程要求。实验证明这一新的工艺方法是可行的。     

光学元件超精密气囊抛光关键技术研究现状

空间光学元件对面形精度和表面质量有着极高的要求,气囊抛光采用了新型的抛光工具和特殊的运动形式,是一种高精度、高效率的光学元件加工方法,尤其适用于非球面的加工,具有广阔的应用前景.分析了气囊抛光技术的基本原理及该技术的发展过程,介绍了气囊抛光相关技术的研究情况和实验结果,对几项关键技术的研究现状进行综述,重点介绍材料去除特性、驻留时间控制算法、边缘精度控制以及最新开发的喷液抛光技术的研究情况.     

脆性光学材料超精密加工技术

如何在光学晶体、光学玻璃等脆性材料上高效地制取纳米级光学表现是现代超精密加工技术领域的重点研究课题。近年来，此项技术取得了突破性进展，出现了浮法抛光、离子束加工、韧性加工等新一代脆性光学材料超精密加工技术。从加工机理、加工精度、表面质量、生产率等方面对其进行分析比较，并讨论了令人瞩目的韧性加工技术。     

纳米级光学超精密加工技术

纳米级光学超精密加工是软X射线光学和光电子学元件制备的重要基础技术之一。本文概述这一技术研究的主要内容并介绍近10年来特别是80年代后期在这一研究领域的最新进展，例如单点金刚石车削、可延展磨削、浮法抛光以及离子束抛光等。超精密加工的最终目标是直接操纵原则，本文还介绍了用扫描隧道显微镜（STM）实现亚纳米级超精密加工的可能性。亚纳米级超精密加工技术将成为下个世纪重要的高技术。     

金刚石超精密切削加工技术

简要介绍超精密金刚石切削技术的概念及应用。介绍超精密金刚石加工技术应用实例。详细阐述影响金刚石超精密切削加工的因素。     

光学非球曲面器件的超精密磨削加工技术研究

为磨削加工出高精度、高质量的光学非球曲面器件。详尽分析了砂轮的安装及半径等误差对零件加工精度的影响。设计研制出了一套非球曲面磨削系统 ,并用它进行了实验研究。实验结果表明 :要获得高精度的非球曲面器件 ,只有当金刚石砂轮的平均磨粒尺寸低于 10 μm ,并在采用较高的砂轮线速度和较小的进给量的情况下 ,才能实现光学非球曲面的超精密磨削加工 ,经过各种磨削参数的优化选择 ,其非球曲面最终的零件轮廓精度为 0 4 μm ,表面粗糙度Ra优于 0 0 1μm。     

高效光学加工技术

本工作主要包括KDP晶体单点金刚石车削加工和是非球面透镜数控抛光技术。     

玻璃光学元件精密模压成形技术

介绍了玻璃光学元件精密模压成形技术的原理、玻璃材料、模具制造、模具表面镀膜、结合有限元仿真的模压工艺优化和模压成形设备等核心技术的研究进展,并讨论了当前存在的问题。通过探讨玻璃模压成形技术在自由曲面、微结构、衍射结构表面和晶圆阵列等光学元件中的应用现状,对玻璃元件精密模压成形技术的发展趋势和挑战进行了展望。     

KDP光学零件超精密车削加工误差的频谱特性与控制

超精密车削技术适于加工KDP(磷酸二氢钾)等频率转换类型的强光光学零件,但车削表面存在明显的加工纹理,导致抗激光损伤阈值降低。以加工表面误差幅值及其频谱分布为对象,分析了KDP光学零件超精密车削的加工特征和误差形态,采用功率谱密度(PSD)评价方法研究了工艺参数与误差频谱的内在关系,结果表明:不同进给速度及主轴转速将使螺旋形刀痕的间距发生变化,进而影响KDP表面误差的频率成分;切削深度虽然对误差频谱影响很小,但会改变PSD的幅值;当主轴转速高于500 r/min、进给速度小于2 mm/min、切削深度小于2 μm时能够加工出rms值优于20 nm的KDP面形。在此基础上,以典型KDP光学零件加工为例,通过超精密补偿车削方法将低频误差的PSD控制在300 nm2·mm以内,中高频误差的PSD控制到国家点火装置(NIF)标准线以下,满足强光系统的工作要求。     

高效光学加工技术

为验证国产大口径KDP晶体金刚石车床（图1）的加工能力，进行了多次试验。加工的φ150mm小于0．52的铝镜面已达到与俄罗斯机床同等水平。但同时进行的一轮KDP晶体车削试验，结果并不满意，其单次透射波前畸变近4λ，原因可能是KDP晶体的装夹存在问题，导致加工效率不佳。而且加工中还产生周期性波纹，可能是由于机床压缩空气供给系统的周期性启动，造成周期性的压力波动。     

光学元件精密加工中的磁流变抛光技术工艺参数

为了充分掌握磁流变抛光中磁场强度、浸入深度、抛光轮转速、磁流变液水分含量等工艺参数对抛光结果的影响规律,以期提高元件的面形精度和表面的质量,在研究了磁流变抛光材料的去除数学模型的基础上,结合实验室的PKC100-P1型抛光设备,对上述的关键工艺参数分别进行了研究,设置了一系列的实验参数,进行了详细的实验探索,分析了单因素条件下材料的去除量以及元件表面质量同关键工艺参数的内在联系,得出了相应影响关系曲线。从关系曲线表明：工艺参数对抛光斑的去除效率以及被加工元件表面质量存在着明显的影响规律,掌握这些影响关系就能用于分析和优化磁流变加工的结果,为高精度光学表面的加工提供可靠的保障,同时实验的结果也很好地验证了磁流变抛光材料去除理论的正确性。     

陶瓷加工中的激光技术应用研究

工程陶瓷作为２１世纪的三大应用材料之一，其有效的加工方法已成为国内外专家学者探索的热点。而激光技术由于是非接触式加工，没有切削力，加工速度快，能加工一些特殊型面等优点，在陶瓷的加工方面得到了一定的应用，并取得了一定的进展。本文介绍了应用激光技术加工陶瓷和激光技术在陶瓷磨削中的辅助应用，并阐述了各种技术的基本原理和加工质量评价，同时展望各种激光技术在陶瓷加工中的发展趋势。尽早开发应用于陶瓷加工的各种激光新技术，对推动陶瓷的应用发展和激光技术的发展应用都有着深远的意义。     

磁流变技术研究及其在光学加工中的应用

介绍了磁流变技术的基本原理及其应用。利用磁流变液在磁场作用下形成的高剪切应力,可以利用磁场形成可变硬度的磁流变液对光学零件进行可控的抛光加工。美国Rochester大学率先进行了应用磁流变液对光学零件进行抛光方面的研究。磁流变抛光获得的表面具有纳米级表面粗糙度。     

轨迹成型法加工球面光学零件新原理的研究

针对在现行球面光学零件加工的基本工序中存在的问题，提出了用轨迹成型法加工球面光学零件的新原理，并对其进行了深入研究。轨迹成型法加工新原理是零件在自身旋转的同时，以某一设定的曲率半径摆动的复合运动与磨轮的圆周运动相互干涉，形成凸或凹的球面。此加工原理的机床能够使加工工序集中化、磨床多用化、加工范围扩大化，而且使工件的面形精度和表面粗糙度容易得到保证，并且加工效率得到了提高，加工成本得到了降低。因此，该加工原理具有广泛的推广应用价值。     

光学零件加工主要难点的分析

本文根据光学零件在当今科学技术中的重要作用,阐述了球面及非球面光学零件的各种加工方法及其难点,讨论解决加工难点的方向和可行方法。     

非球面元件精密铣磨加工技术研究

通过对Φ42 mm和Φ82 mm口径非球面光学零件精密铣磨成型过程的加工特点和加工误差因素的分析,在工艺中引入刀具与工件变形、刀具半径误差等因素,结合经典Hertz接触理论建立了刀具与工件变形量及刀具半径误差和补偿理论模型,并且应用在精密铣磨成型过程中,通过实验,Φ42 mm口径非球面光学零件经一次精密铣磨成型后元件面形精度PV值为1.91μm,RMS值达到0.288μm;Φ82 mm口径非球面光学零件经一次精密铣磨成型后元件面形精度PV值为1.60μm,RMS值达到0.385μm,完全满足加工精度要求,加工时间节省了50%以上。实验验证了理论分析及误差补偿方法的正确性,实现了精密光学非球面元件的快速精密铣磨成型加工。     

超薄光学元件精密加工关键技术

针对超薄光学元件在加工过程中因重力和磨头产生应力形变的特点,提出了一种高效、先进的超薄光学元件综合加工方法。该方法综合运用了精密铣磨、精密抛光、离子束修形等先进技术进行面形控制。在铣磨阶段采用受力分析和误差补偿的方法降低了元件变形引入的面形误差;在抛光阶段通过气囊抛光和沥青抛光的迭代实现了面形快速收敛;在离子束加工阶段充分利用其非接触、无应力的加工特点实现了高精度面形修正。实验选择径厚比为34(边长152 mm,厚度6.35 mm)的方形融石英材料进行加工实验。结果表明:在铣磨、抛光、修形阶段的各项指标都达到了精密光学元件的加工水平,最终的面形精度为PV=25 nm,RMS=1.5 nm。该加工方法可以广泛应用于超薄光学元件的高精度加工。     

光学胶合件的拆胶

本文从实践出发，介绍了光学胶合件的几种拆胶方法及其工艺条件。同时进一步建议：对光学环氧胶、光学光敏胶等合成树脂光学胶的光学胶合件来说，在光学工艺全过程中，应建立严格的质量检验制度，不使不合格光学胶合件流入后固化工序，以减少拆胶返修困难，并进一步提高光学胶合件的质量。