[发明专利]一种数控小工具抛光辅助大气等离子体加工方法

说明书

本发明涉及光学元件表面超光滑精密加工技术领域，具体涉及一种数控小工具抛光辅助大气等离子体加工方法。以解决现有大气等离子体加工时，表面次生附着物二次吸附，光学元件表面质量严重下降，加工效率降低的问题。本发明的步骤为开启对称旋转工装上的大气电弧等离子体源喷枪，去除光学元件在前期加工过程中表面缺陷，对光学元件表面进行由点及面的刻蚀抛光，然后开启数控柔性小工具磨头，对光学元件表面进行研磨抛光；同时开启大气电弧等离子体源喷枪和数控柔性小工具磨头，加工原件表面质量；再次开始对被加工元件的上表面加工，所产生的二次附着物被数控柔性小工具磨头研磨去除，多次迭代加工后，完成光学元件的加工。

技术领域

本发明涉及光学元件表面超光滑精密加工技术领域，具体涉及一种数控小工具抛光辅助大气等离子体加工方法。

背景技术

以降低光学元件表面粗糙度为主要目标的超精密加工技术称为超光滑表面加工技术，而传统的光学加工基于范成法和手工研磨方法的传统方法，加工效率低且加工精度很难达到超光滑表面加工的要求。近年来，以数控小工具为代表的抛光技术成为超精密光学元件加工的重要手段，但是受限于小尺度制造误修正方面的要求，抛光效率虽较传统光学加工方法大幅提高，但仍然受到限制。

专利号为CN200710072022.9的发明专利介绍了一种电容耦合式大气等离子体抛光方法，专利号为CN201310400822.4的发明专利给出了一种基于电弧放电的大气等离子体方法，这些方法均是在大气环境下利用气体辉光放电产生低温等离子体射流，利用引入的含氟活性气体与加工光学元件表面材料的化学反应进行材料的快速去除和抛光。虽然，采用此类方法均可取得高效率的抛光效果，但是由于在抛光过程中通常要引入SF₆、CF₄、NF₃等含氟气体，反应气体于光学元件材料发生化学反应，产生材料去除，所生成的附着物，虽然大部分气化挥发，随着尾气排除，但考虑附着物与大气环境中的N、O乃至水汽等再次反应，形成次生附着物，在光学元件表面产生二次吸附。特别地，为了抑制等离子体对光学元件抛光过程中由于温度引起的变形问题，等离子体抛光过程中多采用低温等离子体，同时在抛光过程中引入降温措施，如此，都会促成二次附着物的产生和增加。二次附着物的存在带来了很多问题，如元件表面质量劣化，工艺稳定性变差等，最为严重的是，为了控制加工过程中的小尺寸误差，在等离子体抛光过程中需要对光学元件表面作用区域进行多次迭代加工，而光学元件表面二次附着层的存在，会对光学元件表面化学反应产生抑制作用，极大地影响迭代加工的效率和收敛精度。因此必须通过新的工艺方法，抑制等离子体抛光过程中二次附着物的产生。

发明内容

本发明提供一种数控小工具抛光辅助大气等离子体加工方法,以解决现有大气等离子体加工时，表面次生附着物二次吸附，光学元件表面质量严重下降，加工效率降低的问题。

为解决现有技术存在的问题，本发明的技术方案是：一种数控小工具抛光辅助大气等离子体加工方法，其特征在于：所述的加工方法的步骤为：

步骤一：开启对称旋转工装上的大气电弧等离子体源喷枪，以氮气为载气，含氟气体为反应气体，调节通入大气电弧等离子体源喷枪的载气和反应气体流量比，产生大气电弧等离子体射流，设定大气电弧等离子体射流对光学元件材料的高刻蚀去除率，快速去除光学元件在前期加工过程中产生的表面及亚表面缺陷，然后根据被加工原件面形要求，设定多维运动控制台的加工轨迹，对光学元件表面进行由点及面的刻蚀抛光，加工结束后，开启数控柔性小工具磨头，使之沿大气电弧等离子体源喷枪加工轨迹对光学元件表面进行研磨抛光，去除等离子加工过程中的附着物；

步骤二：同时开启大气电弧等离子体源喷枪和数控柔性小工具磨头，大气电弧等离子体源喷枪和数控柔性小工具磨头研磨的火花均作用于被加工原件的上表面上，使大气电弧等离子体射流加工作用区位于数控柔性小工具磨头研磨作用区运动方向的前侧，通过调节大气电弧等离子体源喷枪的气体流量比、缩小喷枪嘴口径的方法，使其产生的大气电弧等离子体射流对元件表面材料去除效率降至2mm³/min以下以提高加工原件表面质量；