摘要：采用環(huán)行拋光技術(shù)實(shí)現(xiàn)大尺寸、高面形精度和細(xì)表面粗糙度要求的方形或長(zhǎng)方形平面元件批量化加工的一條有效途徑。介紹了利用環(huán)行拋光工藝實(shí)際制作了兩塊320mm×320mm×35mm.和320×320×48mmUBK7材料的工藝實(shí)驗(yàn)樣品。加工的結(jié)果是，透射元件獲得了鍍膜后雙次透射波前0.293λ(P-V,λ=0.6328um)和反射元部件的反射波前0.22λ(P-V,λ=0.6328um)的結(jié)果。
關(guān)鍵詞：環(huán)行浮動(dòng)拋光技術(shù)；工藝實(shí)驗(yàn)；透射波前；反射波前
1.前言
為了滿足大型光學(xué)系統(tǒng)對(duì)大口徑高精度平面光學(xué)元部件的需要，環(huán)行拋光技術(shù)越來(lái)越廣泛地應(yīng)用到實(shí)際光學(xué)元部件的生產(chǎn)中。采用環(huán)行拋光技術(shù)（本文中主要涉及大玻璃校正盤(pán)修磨的單環(huán)行拋光機(jī)）加工的光學(xué)元部件可以獲得較高的面形精度。對(duì)于圓形光學(xué)元部件來(lái)說(shuō)，使用環(huán)行拋光技術(shù)可以得到λ/8（P-V），有多年光學(xué)加工經(jīng)驗(yàn)的加工者可以加工到λ/20~λ/40。環(huán)形拋光技術(shù)在加工大口徑高精度平面光學(xué)元部件中，同傳統(tǒng)的加工方法相比，可以獲得更好的面形精度或波前精度，在加工異形光學(xué)元部件中更有優(yōu)勢(shì)。
2.大玻璃校正盤(pán)修磨的單環(huán)行拋光機(jī)環(huán)行拋光原理
在原理上，環(huán)行拋光運(yùn)轉(zhuǎn)特性與傳統(tǒng)盤(pán)相同。任何兩個(gè)工件表面如能在任一部分任一方向上向彼此都能均勻接觸，其表面形狀必定是球面，其曲率可以是正、負(fù)或零。當(dāng)校正盤(pán)沿著徑向向外移動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)力矩增大，使瀝青膠盤(pán)變凸；當(dāng)校正盤(pán)沿著徑向向內(nèi)移動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)力矩減小，使瀝青膠盤(pán)變凹。
假設(shè)一個(gè)工件以角速度ω旋轉(zhuǎn)，以Ω旋轉(zhuǎn)的磨盤(pán)中心到工件旋轉(zhuǎn)中心距離為R，距工件旋轉(zhuǎn)中心距離為r，并相對(duì)磨盤(pán)中心和工件中心連線的角度為θ。磨盤(pán)的相對(duì)速度為V(r,θ)=.[R2Ω2+(Ω-ω)2+2rR(Ω-ω)cosθ]1/2.(1).當(dāng)Ω等于ω時(shí)，磨盤(pán)與工件之間的速度關(guān)系在任意位置都是一個(gè)常數(shù)。由于在環(huán)拋加工時(shí)加工件及校正盤(pán)處于自由狀態(tài)壓力均勻，從而使整個(gè)表面均勻磨削；當(dāng)Ω不等于ω.時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)徑向的磨損變化，使表面的磨削不均勻。
整個(gè)表面磨削量dh/dt.可由Preston.方程表示為：dh/dt=kPv=kP(ds/dt)。
式中，k.比例常數(shù)，它與被拋光材料、拋光膜層材料、拋光粉種類(lèi)、拋光液濃度、PH值及拋光溫度等參數(shù)有關(guān)；P為局部壓力；V為相對(duì)速度，等于在dt.時(shí)間內(nèi)的行程ds的比值。
3.工藝實(shí)驗(yàn)
3.1.環(huán)拋設(shè)備簡(jiǎn)介
成都精密光學(xué)工程研究中心目前配備了三臺(tái)一米，三臺(tái)二米和一臺(tái)二點(diǎn)五米的環(huán)形平面拋光機(jī)，其中一米的設(shè)備主要加工Ф330毫米以內(nèi)的平面光學(xué)元部件，二米的設(shè)備主要加工Ф600毫米以內(nèi)的平面光學(xué)元部件，二點(diǎn)五米環(huán)拋設(shè)備主要用于Ф800毫米以內(nèi)的平面光學(xué)元部件。并且一米、二米的環(huán)拋設(shè)備均按照3臺(tái)一個(gè)機(jī)組配置，這樣的機(jī)組培植比單臺(tái)培植更有利于光學(xué)元部件面形的控制，使面形修正精度達(dá)到了用戶的要求，提高了工作效率，縮短了加工周期。
一米環(huán)拋設(shè)備和二米環(huán)拋設(shè)備主要由變頻器控制的調(diào)速電機(jī)、蝸輪蝸桿減速箱、基座、安放在平面軸承上的托盤(pán)、大理石及上面的拋光膜、校正盤(pán)、夾持用輔助工裝及可以檢查的正盤(pán)面形的帶翻轉(zhuǎn)裝置的翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)組成。機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速為0.3~3r/min。；該設(shè)備調(diào)整校正盤(pán)比較方便，視野開(kāi)闊，上下被加工元件也比較方便，夾持器調(diào)整范圍比較大，翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)可以方便校正盤(pán)面形的檢測(cè)及在設(shè)備休整或停機(jī)時(shí)存放校正盤(pán)。由于校正盤(pán)夾持器較長(zhǎng)，夾持器在工作中尤其是校正盤(pán)與拋光膠盤(pán)面形不吻合的時(shí)候容易出現(xiàn)顫抖，影響膠盤(pán)的修正及被加工件的加工。
2.5m環(huán)拋設(shè)備主要由調(diào)速電機(jī)、齒輪減速箱、基座、安放在大齒圈上的托盤(pán)、大理石及拋光膜、校正盤(pán)及夾持校正盤(pán)和工件的橫梁支撐結(jié)構(gòu)及其他輔助工裝組成。機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速為0~4r/min。該設(shè)備設(shè)計(jì)時(shí)將主機(jī)部分與橫梁支撐結(jié)構(gòu)分離，減少了主機(jī)與衡量結(jié)構(gòu)相互間的互相影響，同時(shí)采用橫梁支撐結(jié)構(gòu)增大了校正盤(pán)的剛性。但校正盤(pán)和工件的調(diào)整比較煩瑣，在調(diào)整過(guò)程中臟東西容易掉在拋光膠盤(pán)上，使被加工件出現(xiàn)道子。在光學(xué)加工中尤其是精拋光時(shí)最忌諱被加工件出現(xiàn)道子，這將直接影響到加工質(zhì)量、效率及加工單位的信譽(yù)。
3.2.工藝實(shí)驗(yàn)
（1）方形元件的精細(xì)研磨。將方形元件用膠條或?qū)Ｓ霉ぱb上盤(pán)進(jìn)行精細(xì)研磨。一般大口徑光學(xué)元部件的精細(xì)研磨最后一道砂用W14金剛砂研磨，研磨時(shí)必須將兩面磨透，并將等厚控制在0.01以內(nèi)，面形微凹一些，有利于基板的拋光修面形精度。觀察表面砂眼粗細(xì)均勻，沒(méi)有新的道子及外傷。
（2）方形元件的初拋光。可將方形元件用點(diǎn)膠上盤(pán)進(jìn)行初拋光。剛開(kāi)始時(shí)應(yīng)該勤加拋光粉，拋光粉的濃度要大一些，以降低光學(xué)表面粗糙度和提高拋光效率，并在將光學(xué)元部件基板拋亮的過(guò)程中逐步修正面形精度，最終將面形控制在1.5λ左右，表面疵病控制在Ⅲ級(jí)。[/R]