寧波珩磨機(jī)公司超精密加工的工藝方法

根據(jù)被加工件的材料和形面的不同，常用的超精密加工工藝方法主要分三大類：切削加工法、磨削加工（含研、拋）法和電物理加工法。 

切削加工法主要是采用優(yōu)質(zhì)的天然金剛石作刀具的切削刃，對(duì)有色金屬、玻璃或陶瓷工件進(jìn)行車削和銑削加工，可以加工端面、球面和拋物面等曲面。超精密車削加工中，金剛石刀具的刃磨是關(guān)鍵。刀尖的圓弧半徑應(yīng)為被加工表面要求值的五分之一左右，一般γc小于10nm，用鑄鐵研具進(jìn)行研拋時(shí)，可獲得γc=3~5nm。再小的γc值則要用離子束加工來獲得。實(shí)踐證明，采用這樣的刀具，便于切削速度在很大（V=120~3600m/min）的范圍內(nèi)變化，而不影響被加工表面的粗糙度值。常選的切削用量是：加工有色金屬時(shí)V=120~4000m/min，加工玻璃或陶瓷時(shí)V=15~120m/min；根據(jù)刀尖圓弧末徑γc值的不同，進(jìn)給量可在0.1~10μm/r的范圍內(nèi)選取，切削深度則為t=0.05~0.1μm。 在用霧化酒精或溫度可控的礦物潤(rùn)滑油冷卻的情況下，高質(zhì)量的單晶金剛石刀具的耐用度（用一次刃磨後切刃可以有效地進(jìn)行切削的長(zhǎng)度來衡量）可達(dá)1500km。切削加工法所能達(dá)到的最高水平：面形精度為0.025μm、表面粗糙度為Ra=2~4nm。 

磨削加工法是采用精細(xì)磨粒的砂輪或砂帶進(jìn)行磨削和研、拋的加工。此法多用于硬度較高的黑色金屬材料加工，也可用于玻璃及陶瓷等非金屬材料的加工。它可以加工比用切削法加工更大的工件表面――平面、圓柱面、球面和非球面。 圓柱形鏡面通常用磨削方法加工，磨削速度選V=25~35m/s，粗磨時(shí)t=0.02~0.07mm，精磨時(shí)t=3~10μm；當(dāng)用油石研、拋時(shí)，V=10~50m/min，材料的去除速度為0.1μm~1μm/min。超精磨削可達(dá)到0.01μm的圓度和Ra 0.002μm的表面粗糙度。球形鏡面研、拋時(shí)要求研具保持在被加工表面的法向上，有兩種保證方法一是通過研具本身的自定位機(jī)構(gòu)來達(dá)到；二是通過采用數(shù)控系統(tǒng)使研磨頭傾斜一φ角來實(shí)現(xiàn)。球形鏡面的磨拋加工法是建立在借助激光干涉儀行表面的誤差測(cè)量的基礎(chǔ)上。測(cè)量時(shí)，激光干涉儀沿X和Y坐標(biāo)移動(dòng)，或沿X，Y中之一的方向移動(dòng)和工作臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)，鏡面誤差的測(cè)量結(jié)果被記錄在模擬量或數(shù)字量的記憶裝置中，然後進(jìn)行處理。根據(jù)來自數(shù)控系統(tǒng)的指令磨頭（研具）被移動(dòng)到標(biāo)有對(duì)給定面形誤差最大的偏差處并磨除材料。之後表面被重新檢測(cè)和重復(fù)加工工序。就這樣以逐步趨近的方法去達(dá)到所要求的面形精度。平面形鏡面的加工主要采用磨削和研拋工藝方法來加工，目前此法所能達(dá)到的最高平面度<0.2μm/300mm，表面粗糙度Ra<1nm。 

電物理加工的方法有多種，其中獲得最廣泛應(yīng)用的是電磨料拋光和離子束表面加工。前者的實(shí)質(zhì)是使電解加工過程中所產(chǎn)生并留下的氧化膜由磨料從被加工表面上去掉以獲得鏡面；後者則是借助離子發(fā)生器射出的離子束對(duì)表面進(jìn)行研、拋。離子束表面加工法：經(jīng)過預(yù)磨削加工的工件被放置入真空度保持在1.33×10-3Pa的真空室中，離子發(fā)生器射出的離子束以高達(dá)30K電子伏的強(qiáng)度作用在被加工的表面上，并以1μm ~5μm/h的速率去除表層材料，從而達(dá)到10nm乃至更高的形狀精度。在工作過程中，離子發(fā)生器射出的離子束打在工件上的強(qiáng)度和加工過程均由計(jì)算機(jī)及程序軟件來實(shí)現(xiàn)，而根據(jù)激光干涉儀對(duì)被加工表面形狀的檢測(cè)結(jié)果，借助驅(qū)動(dòng)裝置來調(diào)節(jié)光欄（掩蓋物）改變離子束強(qiáng)度，通過控制器控制離子發(fā)生器，通過驅(qū)裝置和控制工件位置，并由傳感器來測(cè)量和控制真空室中的溫度，使之保持恒定。 

其他的超精密復(fù)合加工方法，如電火花成形加工後繼而采用的流體拋光法、電化學(xué)拋光法、超聲化學(xué)拋光法、動(dòng)力懸浮研磨法、磁流體研磨法以及采用ELID技術(shù)的磨削法等。采用ELID技術(shù)進(jìn)行光學(xué)玻璃非球面透鏡加工時(shí)面形精度可達(dá)0.2μm，表面粗糙度則達(dá)Ra=20nm。