行業(yè)情況簡介
隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展以及精密儀器設(shè)備等超精密裝備的廣泛應(yīng)用，對(duì)于光學(xué)系統(tǒng)中的關(guān)鍵光學(xué)元件也提出了越來越高的質(zhì)量要求，形狀從原來的平面、球面、柱面升級(jí)為非球面、非球柱面、自由曲面等，精度也由原來的RMS1/30~1/50λ（1λ=632.8nm）提升到RMS1/100~1/200λ。
現(xiàn)如今我國的光學(xué)制造加工大部分還是處于傳統(tǒng)的加工方法，如雙面拋、環(huán)拋和多軸拋。
該類方法主要應(yīng)用平面、球面、柱面，具有設(shè)備成本低，批量性好等優(yōu)勢，然而面對(duì)非球面、自由曲面、大尺寸薄壁件等光學(xué)元件則顯得心有余而力不足，同時(shí)傳統(tǒng)方法加工時(shí)間相對(duì)較長、廣泛依賴于老師傅，可控性相對(duì)較差難以滿足市場上定制化、復(fù)雜化的超精密光學(xué)元件需求。
目前廣泛應(yīng)用于超精密光學(xué)元件拋光的主要數(shù)控拋光方法包括：
小磨頭拋光(CCOS)、應(yīng)力盤拋光(SLP)、液體射流拋光(FJP)、離子束拋光(IBF)、氣囊拋光(Bonnet Polishing)和磁流變拋光(MRF)，各種拋光方法都有其相應(yīng)的加工特點(diǎn)，各有所長。咨詢電話：13522079385
磁流變拋光技術(shù)：
是利用磁流變液在磁場中具有流變性的特點(diǎn)，對(duì)光學(xué)元件表面進(jìn)行拋光。
未加磁場時(shí)，磁流變液的流變特性與普通牛頓流體相似，當(dāng)磁流變液受到一強(qiáng)磁場作用時(shí)，磁流變液粘度和硬度顯著上升，就會(huì)變成類似“固體”的凸起狀態(tài)形成“柔性拋光?！保趻伖廨喌膸?dòng)下實(shí)現(xiàn)以剪切應(yīng)力為主的柔性去除。
由于磁流變液的粘度和硬度可以通過磁場、流量等參數(shù)控制保持恒定，所以磁流變拋光技術(shù)的去除函數(shù)具有極高的穩(wěn)定性和可控性，在長時(shí)間的加工中，去除函數(shù)的大小及去除效率可以保持不變，相對(duì)于傳統(tǒng)拋光中出現(xiàn)的磨料磨損和拋光模變形等問題，其影響很小。
正是因?yàn)檫@些特性MRF以一種確定性加工技術(shù)被廣泛的應(yīng)用于光學(xué)元件的高精度修形階段，RMS可達(dá)1/200λ。
同時(shí)在加工中，主要以剪切去除為主，加工正應(yīng)力小，對(duì)光學(xué)元件幾乎不造成亞表面損傷，即使在面對(duì)徑厚比大的工件時(shí)，加工殘留應(yīng)力小，也不會(huì)產(chǎn)生加工變形，具有適應(yīng)性廣，加工表面質(zhì)量好，收斂快，高精度等加工特點(diǎn)。
磁流變加工過程示意圖
磁流變拋光機(jī)床，機(jī)床多采用天然大理石基底，具有穩(wěn)定性高、抗震性好、車身表面精度高等特點(diǎn)，磁流變機(jī)床設(shè)備可保證長期高精度運(yùn)行，能滿足超精密機(jī)床高精度加工各類光學(xué)零件需求，大理石臺(tái)面熱膨脹系數(shù)低，不易產(chǎn)生變形。
磁流變拋光機(jī)床能實(shí)現(xiàn)X、Y、Z、A、B、U六軸聯(lián)動(dòng)，采用伺服電機(jī)、滾珠絲杠、直線導(dǎo)軌驅(qū)動(dòng)，其工作定位精度高、魯棒性好、誤差抑制效果穩(wěn)定，根據(jù)各軸選配的運(yùn)動(dòng)行程最大可加工φ3000mm尺寸工件并支持設(shè)備定制化；同時(shí)為了適應(yīng)不同拋光元件曲率和加工效率，現(xiàn)天創(chuàng)提供5種拋光輪：φ20mm、φ50mm、φ100mm、φ200mm及φ340mm，可供客戶實(shí)際選擇，拋光輪的直徑與拋光效率、加工工件曲率息息相關(guān)，拋光輪越大，加工效率越高，而小拋光則適應(yīng)的曲率范圍廣，在設(shè)備選配上，一般建議客戶根據(jù)自身加工零件的特點(diǎn)選配多個(gè)不同規(guī)格的拋光輪。
磁流變拋光超精密加工機(jī)床
同時(shí)，多款磁流變液，客戶可根據(jù)加工需求自由選擇，材料加工范圍涵蓋了：單晶硅、鎳、鋁、普通玻璃、熔石英，碳化硅等多種材料，粗糙度Ra可達(dá)0.5nm。
應(yīng)用案例
磁流變拋光技術(shù)廣泛應(yīng)用于各種形狀、各種性質(zhì)光學(xué)元件的超精密制造，滿足航空航天、超精密光學(xué)器件裝備、光電器件、電子信息產(chǎn)業(yè)和國防軍工等領(lǐng)域光學(xué)元件的超精密加工需求。
磁流變拋光技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)光學(xué)元件的納米精度加工，天創(chuàng)精工的磁流變機(jī)床其加工精度可達(dá)到RMS1/200λ(λ=632.8nm)，表面粗糙度Ra優(yōu)于0.5nm，被廣泛應(yīng)用于徑厚比大的平面、球面、柱面、非球面和自由曲面高精度加工領(lǐng)域，可以滿足航空航天、超精密光學(xué)器件裝備、光電器件、電子信息產(chǎn)業(yè)和國防軍工等領(lǐng)域光學(xué)元件的超精密加工需求。
以下是幾個(gè)經(jīng)典案例：
（1）D100mm熔石英光學(xué)元件
該元件只有5mm厚度，徑厚比為20，來料PV值為1/2λ，圖紙要求PV為1/20λ，最終經(jīng)過40分鐘的加工，有效口徑內(nèi)PV30.58nm(＜1/20λ),RMS3.59nm(＜1/170λ)。
（2）微晶元件
左圖為D350mm微晶平面鏡加工結(jié)果，RMS為6.14nm優(yōu)于1/100λ,該零件在加工前具有明顯的Power,其PV值在4um,在加工約25小時(shí)后達(dá)到精度需求，可作為光學(xué)檢測補(bǔ)償鏡使用。右圖是一個(gè)非球面微晶，加工后有效口徑內(nèi)RMS6.665nm(約1/100λ)。
（3）非球面硅鏡
單晶硅具有較高的導(dǎo)熱性和較低的熱膨脹性（在高能量的光路中不易變形），而且容易實(shí)現(xiàn)微溝槽等冷卻結(jié)構(gòu)的加工，被較多地應(yīng)用在高能激光器中。同時(shí)由于良好的紅外透過性，被廣泛應(yīng)用各種紅外光學(xué)制導(dǎo)系統(tǒng)。磁流變現(xiàn)具備單晶硅加工及打樣能力，單晶硅非球面加工RMS可達(dá)1/50λ。
（4）鋁鏡加工
鋁具有質(zhì)量輕、反射率高、可加工性好等特點(diǎn)，可用于光機(jī)一體化設(shè)計(jì)，同時(shí)也被應(yīng)用于激光雷達(dá)上以及各類光學(xué)系統(tǒng)。磁流變可用來加工鋁鏡，其加工精度RMS最高可達(dá)1/70λ。
結(jié)束語
對(duì)于超精密光學(xué)加工領(lǐng)域來說，磁流變拋光技術(shù)的出現(xiàn)是一個(gè)關(guān)鍵性技術(shù)突破，相較其它納米級(jí)加工精度的拋光技術(shù)而言，其具有去除效率高、去除函數(shù)穩(wěn)定性好、加工表面質(zhì)量優(yōu)異、工件材料可適應(yīng)面廣、幾乎無表面及亞表面損傷等優(yōu)勢，能穩(wěn)定、可靠實(shí)現(xiàn)光學(xué)元件超精密加工，廣泛應(yīng)用于光學(xué)、儀器儀表、激光雷達(dá)、空間成像等多個(gè)領(lǐng)域，具有極大的市場價(jià)值和廣闊的應(yīng)用前景。
