【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于精密光学制造领域，特别涉及一种大口径高精度红外非球面光学成像透镜的加工方法。
技术介绍
1、随着光学遥感等领域对光学系统的性能指标需求不断提升，在红外光学成像系统中大口径高精度非球面透镜的需求日益增加。这类透镜与普通红外领域涉及的透镜在以下几个方面存在显著差异：1)在口径上本文所提的透镜尺寸远超普通红外透镜，普遍超过100mm，2)在加工指标上，本文所提的透镜面型精度要求优于λ/50rms，同时要求表面光洁度达到iv级、表面粗糙度优于2nm、有效通光口径单元余量＜2mm，其加工精度要求远高于普通红外透镜；3)在加工方法上，普通红外透镜往往采用模压、车削或古典抛光等工艺，很少涉及多个工艺的组合加工，无法满足本文所提透镜的加工指标，必须采用多工艺组合的技术路线。
2、根据当前文献和专利，目前已有的针对大口径透镜的全链路数控加工工艺路线是基于铣磨-车削-机械手复合抛光-离子束精抛的工艺路线，但仍存在以下问题：1)透镜车削后面型精度通常可优于λ/10rms，采用机械手粗抛虽然可以去除车削残留的亚表面损伤，但无法保留单点金刚石车削后的面型精度和表面粗糙度，仍需采取较长周期的机械手平滑和精抛才能修复，工艺上存在必然的精度退化，无法充分发挥单点金刚石车削工艺的技术优势；2)由于透镜在机械手抛光阶段经过多轮粗抛光、平滑和精抛光工序的迭代，机械手抛光造成的边缘效应逐渐显现，加工轨迹叠加产生的中高频误差逐渐加重，为后续离子束精抛光增加了难度，势必采用半高宽更小的去处函数实现中高频误差及边缘效应的修正，这将导致离子束精抛时间
技术实现思路
1、本专利技术解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种大口径高精度红外非球面光学成像透镜的加工方法。
2、本专利技术解决技术的方案是：一种大口径高精度红外非球面光学成像透镜的加工方法，包括：
3、s1、根据设计图纸，利用铣磨机对透镜镜坯双面轮廓和外圆基准进行粗加工，并保留中心厚度余量；铣磨成型后，透镜形位公差优于10μm，双面面型轮廓优于30μm pv；
4、s2、以透镜外圆和凸面/凹面平台为基准，将其安装在单点金刚石车床主轴上，先对透镜外圆和凹面/凸面面型进行初步车削，使外圆圆柱度优于0.005μm，面型初步车削完成后采用轮廓仪测试面型并根据面型误差进行补偿车削；
5、s3、以透镜外圆和凹面/凸面平台为定位基准翻面，采用与s2中相同的方式车削凸面/凹面面型；
6、s4、对透镜面型进行均匀无偏心平滑抛光，直至车削亚表面损伤被完全去除，同时表面粗糙度优于2nm；
7、s5、安装透镜结构件并重新测试面形，进行磁流变精抛，磁流变精抛的工艺参数选择抛光轮转速150～250rpm，缎带厚度控制在1.25～1.75mm，磁流变液压入深度为0.15～0.3mm，迭代加工使其满足透镜加工指标。
8、优选的，铣磨粗加工保留的中心厚度余量0.1～0.2mm。
9、优选的，对透镜外圆和任一面面型进行初步车削的刀具参数为前角-15～-25°，后角10～15°，圆弧半径1.5～2mm，波纹度90～120nm，车削工艺参数为转速1500～3000rpm，进给速度5～10mm/min，进给深度10～20μm，步进间距0.005～0.01mm。
10、优选的，所述的补偿车削刀具与初步车削刀具相同，换另一侧刀刃并设置于初步车削时相反的主轴转向和进刀方向进行补偿车削，车削工艺参数为转速1500～3000rpm，进给速度2～5mm/min，进给深度2～5μm，步进间距0.002～0.005mm。
11、优选的，采用无偏心抛光工具头进行平滑抛光，所述无偏心抛光工具为φ10～30mm的无偏心抛光工具盘，抛光介质为沥青+黑色阻尼布，抛光辅料为氧化铈抛光液，颗粒度为0.5～2μm，无偏心抛光头转速为100～200rpm，运动轨迹点间距为抛光工具盘口径的1/10～1/5，单点驻留时间不超过15s，无偏心均匀抛光后透镜面型误差与车削后面型误差的差值不大于5％。
12、优选的，根据颗粒度从大到小的原则逐步过渡抛光辅料。
13、优选的，s3中双面车削完成后透镜中心厚应满足图纸上公差要求，且双面面型精度优于λ/10rms，亚表面损伤＜2μm。
14、优选的，磁流变精抛的迭代加工为2-3轮。
15、优选的，无偏心抛光后先安装透镜结构件再重新测试面形，后接磁流变抛光，避免透镜装调时结构变形造成的精度损失。
16、本专利技术与现有技术相比的有益效果是：
17、本专利技术对大口径红外透镜的高精度加工方法提出了改进，通过工艺链路的优化不仅实现了全链路的数字化确定性加工，而且克服了加工过程中精度反复、表面质量与加工周期互相制约、无法实现组件级精抛等问题。
18、本专利技术采用无偏心抛光，不仅能够有效避免抛光阶段出现边缘效应，影响透镜有效通光口径，而且具有很好的保形抛光效果，能够使透镜抛光后仍保持车削后较好的面型精度，克服了机械手抛光后面型精度下降的工艺缺陷，从而避免了原工艺中因抛光表面损伤造成面型精度降低、多轮抛光导致中高频误差累积等工艺瓶颈。
19、本专利技术在透镜精抛前先进行结构件预装配，能够真实反映透镜在装调时的变形量，此时再改用磁流变抛光，相比当前方法中采用离子束精抛的方法，避免了多轮离子束精抛镜面热积累造成的镜面光洁度下降的问题，最关键的是实现了组件级透镜的精抛，保证了透镜加工与装调面型精度的一致性。
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1.一种大口径高精度红外非球面光学成像透镜的加工方法，其特征在于包括：
2.根据权利要求1所述的加工方法，其特征在于铣磨粗加工保留的中心厚度余量0.1～0.2mm。
3.根据权利要求1所述的加工方法，其特征在于：对透镜外圆和任一面面型进行初步车削的刀具参数为前角-15～-25°，后角10～15°，圆弧半径1.5～2mm，波纹度90～120nm，车削工艺参数为转速1500～3000rpm，进给速度5～10mm/min，进给深度10～20μm，步进间距0.005～0.01mm。
4.根据权利要求3所述的加工方法，其特征在于：所述的补偿车削刀具与初步车削刀具相同，换另一侧刀刃并设置于初步车削时相反的主轴转向和进刀方向进行补偿车削，车削工艺参数为转速1500～3000rpm，进给速度2～5mm/min，进给深度2～5μm，步进间距0.002～0.005mm。
5.根据权利要求1所述的加工方法，其特征在于：采用无偏心抛光工具头进行平滑抛光，所述无偏心抛光工具为φ10～30mm的无偏心抛光工具盘，抛光介质为沥青+黑色阻尼布，抛光辅料为氧化铈抛光
6.根据权利要求5所述的加工方法，其特征在于：根据颗粒度从大到小的原则逐步过渡抛光辅料。
7.根据权利要求1所述的加工方法，其特征在于：S3中双面车削完成后透镜中心厚应满足图纸上公差要求，且双面面型精度优于λ/10rms，亚表面损伤＜2μm。
8.根据权利要求1所述的加工方法，其特征在于：磁流变精抛的迭代加工为2-3轮。
9.根据权利要求1所述的加工方法，其特征在于：无偏心抛光后先安装透镜结构件再重新测试面形，后接磁流变抛光，避免透镜装调时结构变形造成的精度损失。
...【技术特征摘要】
1.一种大口径高精度红外非球面光学成像透镜的加工方法，其特征在于包括：
2.根据权利要求1所述的加工方法，其特征在于铣磨粗加工保留的中心厚度余量0.1～0.2mm。
3.根据权利要求1所述的加工方法，其特征在于：对透镜外圆和任一面面型进行初步车削的刀具参数为前角-15～-25°，后角10～15°，圆弧半径1.5～2mm，波纹度90～120nm，车削工艺参数为转速1500～3000rpm，进给速度5～10mm/min，进给深度10～20μm，步进间距0.005～0.01mm。
4.根据权利要求3所述的加工方法，其特征在于：所述的补偿车削刀具与初步车削刀具相同，换另一侧刀刃并设置于初步车削时相反的主轴转向和进刀方向进行补偿车削，车削工艺参数为转速1500～3000rpm，进给速度2～5mm/min，进给深度2～5μm，步进间距0.002～0.005mm。
5.根据权利要求1所述的加工方法，其特征在于：采用...
【专利技术属性】
技术研发人员：王国燕，王经华，张建华，孟晓辉，王超，张兆健，
申请(专利权)人：北京空间机电研究所，
类型：发明
国别省市：
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