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非球面光学零件超精密加工技术分析

2013-01-10 15:14
黯影冰风
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  ① ELID镜面磨削原理

  ELID磨削系统包括:金属结合剂超微细粒度超硬磨料砂轮、电解修整电源、电解修整电极、电解液(兼作磨削液)、接电电刷和机床设备。磨削过程中,砂轮通过接电电刷与电源的正极相接,安装在机床上的修整电极与电源的负极相接,砂轮和电极之间浇注电解液,这样,电源、砂轮、电极、砂轮和电极之间的电解液形成一个完整的电化学系统。

  采用 ELID磨削时,对所用的砂轮、电源、电解液均有一些特殊要求。要求砂轮的结合剂有良好的导电性和电解性、结合剂元素的氢氧化物或氧化物不导电,且不溶于水,ELID磨削使用的电源,可以采用电解加工的直流电源或采用各种波形的脉冲电源或直流基量脉冲电源。在 ELID磨削过程中,电解液除作为磨削液外,还起着降低磨削区温度和减少摩撩的作用,ELID磨削一般采用水溶性磨削液,全属基结合剂砂轮的机械强度高,通过设定合适的电解量,砂轮磨损小。同时能得到高的形状精度。应用这个原理,能实现从平面到非球面,各种形状的光学元件的超精密镜面磨削。

  ②ELID镜面磨削实验系统

  在 Rank Pneumo公司的 ASG―2500T机床上,装上由砂轮、电源、电极、磨削液等组成大森整 ELID系统毛坯粗成形加工时使用400#、半精加工时使用1000#或2000#、作镜面磨削时使用4000#(平均粒径约为4μm)或8000#(平均粒径约为2μm)的铸铁结合剂金刚石砂轮,电解修锐电源(ELID电源),使用的是直流高频脉冲电压式专用电源,工作电压为60V,电流为 lOA。所用的磨削液,使用时要求用纯水将水溶性磨削液 AFH―M和 CEM稀释50倍。

  ③ ELID镜面磨削实验方法和实验结果

  作非球面加工时,通过安装在工件轴上的碗形砂轮(325#铸铁结合剂金刚石砂轮为φ30×W2mm)进行平砂轮的只成形体整,作10min的电解初期修锐之后,经过400#的粗磨和1000#的半精加工,最后再用4000#进行 ELID镜面磨削,在超精密非球面加工机床上,借助 ELID磨削技术,成功地加工出了光学玻璃 BK―7非球面透镜。面型精度达到优于 0.2μm,表面粗糙度达Ra20nm,而对于稍软如 LASFN30和Ge等材料的非球面加工,同样能达到面型精度优于 0.2-0.3μm,表面粗糙度达 Ra30nm。

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