1.前言

　　為了滿足大型光學(xué)系統(tǒng)對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,。對于圓形光學(xué)元部件來說，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。

　　2.大玻璃校正盤修磨的單環(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)校正盤沿著徑向向外移動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)力矩增大,，使瀝青膠盤變凸,；當(dāng)校正盤沿著徑向向內(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,，并相對磨盤中心和工件中心連線的角度為θ。磨盤的相對速度為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為比例常數(shù),，它與被拋光材料,、拋光膜層材料、拋光粉種類,、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)備簡介

　　成都精密光學(xué)工程研究中心目前配備了三臺一米,，三臺二米和一臺二點(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臺一個(gè)機(jī)組配置,，這樣的機(jī)組培植比單臺培植更有利于光學(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,、大理石及上面的拋光膜、校正盤,、夾持用輔助工裝及可以檢查的正盤面形的帶翻轉(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)整校正盤比較方便,，視野開闊，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)可以方便校正盤面形的檢測及在設(shè)備休整或停機(jī)時(shí)存放校正盤。由于校正盤夾持器較長,，夾持器在工作中尤其是校正盤與拋光膠盤面形不吻合的時(shí)候容易出現(xiàn)顫抖,，影響膠盤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,、大理石及拋光膜,、校正盤及夾持校正盤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)增大了校正盤的剛性,。但校正盤和工件的調(diào)整比較煩瑣，在調(diào)整過程中臟東西容易掉在拋光膠盤上,，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,，沒有新的道子及外傷,。

　　（2）方形元件的初拋光,?？蓪⒎叫卧命c(diǎn)膠上盤進(jìn)行初拋光。剛開始時(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。

　?。?）方形元件的環(huán)行精拋光,。大口徑方形元件的精拋光采用環(huán)形拋光技術(shù)加工。在環(huán)形拋光過程中,，首先需要膠盤的面形要良好,，在上拋光工件之前就應(yīng)該將拋光膠盤修正到一定的精度，并且希望在加工過程中膠盤一直保持這種良好狀態(tài),，直到光學(xué)元部件達(dá)到所要求的精度為止,。在實(shí)際加工的整個(gè)過程中，保持一致狀態(tài)是不太現(xiàn)實(shí)的,，需要根據(jù)膠盤面形及工件面形的實(shí)際情況而定,。通過調(diào)整校正盤的位置狀態(tài)，讓膠盤盡可能保持所需要的面形,，以便高效地加工相應(yīng)的工件,。

　　在實(shí)際的環(huán)行拋光加工過程中，總是將3臺一組的環(huán)拋機(jī)群中的一臺膠盤面形保持微凹,，一臺膠盤面形保持微凸,，一臺用作最后的面形修正。這樣可以針對不同初拋光的不同加工件的不同面形狀況選擇相應(yīng)的環(huán)行拋光機(jī),，節(jié)約修正膠盤面形的時(shí)間,，提高工件的加工效率。

　　在加工工件的過程中,，最重要的盡可能保證膠盤面形良好,。在精拋光過程中,，調(diào)整校正盤的位置時(shí)，調(diào)整幅度盡可能小一些,，有利于膠盤與校正盤的面形相互磨合,。當(dāng)校正盤的調(diào)節(jié)量較大時(shí)容易出現(xiàn)校正盤顫動(dòng)現(xiàn)象，影響膠盤的修正,，同時(shí)校正的面形難以保證,，容易出現(xiàn)帶差，導(dǎo)致修整膠盤的時(shí)間比較多,，真正加工工件的時(shí)間少,，降低了加工效率。

　　在加工大口徑方形元件的過程中容易出現(xiàn)四個(gè)角"踏"或"翹"的現(xiàn)象,。為了克服加工過程中的邊緣效應(yīng),，在實(shí)際加工過程中通過對專用工裝進(jìn)行改進(jìn)，同時(shí)在加工過程中有意識地控制被加工件的工作位置狀態(tài),，可以大大緩減大口徑方形元件加工"塌邊"或"翹邊"問題,。

　　被加工的方形元件在加工過程中容易出現(xiàn)對角塌角現(xiàn)象，筆者認(rèn)為是被加工件面形與膠盤面形不吻合或?qū)Ｓ霉ぱb設(shè)計(jì)上存在的一些不足引起的,，通過改進(jìn)專用工裝,，比較好地解決了這一問題。

　　環(huán)拋大口徑高精度光學(xué)元部件時(shí),，加工精度達(dá)到0.8λ(P-V,λ=0.6328um)左右是容易的,，收斂速度也比較快。當(dāng)精度越往上加工難度就越大,，甚至出現(xiàn)加工精度反復(fù),。當(dāng)加工精度達(dá)到λ/2(P-V,λ=0.6328um)左右時(shí)，工件單次加工時(shí)間就越來越短,，檢測的頻率就更快,，以便保證被加工件的收斂趨勢及精度。

　　用環(huán)行拋光技術(shù)加工,，需在投射波前要求的高精度光學(xué)元部件透射兩面的面形精度及材料參數(shù)所引起的波前誤差,，因此在加工透射波前所要求的光學(xué)部件時(shí)，在實(shí)際加工中常將方形元件的單面面形精度控制在λ/3左右,。然后進(jìn)行第二面精度的修正,，在第二面精度達(dá)到負(fù)λ/3左右時(shí)進(jìn)行透射波前檢驗(yàn),，并進(jìn)行小量的修正,，知道加工精度單次透射波前達(dá)到λ/6(P-V,λ=0.6328um)。加工反射波前所要求的光學(xué)元部件相對難度就要難度大一些,，加工過程中主要解決"塌角"或"翹角"（主要是"塌角"）現(xiàn)象,，只要將"塌角"或"翹角"控制在一定范圍及精度內(nèi),，則整個(gè)表面的反射波前達(dá)到λ/4(P-V,λ=0.6328um)是可能的。所加工的320×320×48mm和320×320×35mmUBK7材料的光學(xué)樣件經(jīng)24''相移干涉儀檢測,。

　　4.結(jié)論

　　雖然筆者在大型環(huán)拋機(jī)加工方面有了一定的加工經(jīng)驗(yàn),，但還存在許多不足的地方。2m,、2.5m環(huán)拋機(jī)加工工藝還不成熟,，還有很多細(xì)節(jié)需要進(jìn)一步的研究。1m環(huán)拋技術(shù)與2m環(huán)拋技術(shù)雖然在拋光原理上是一樣的,，但直接將1m環(huán)拋上的加工經(jīng)驗(yàn)移植到2m環(huán)拋機(jī)上進(jìn)行加工又不太適宜,，而且2m環(huán)拋機(jī)對環(huán)境的要求比1m環(huán)拋機(jī)對環(huán)境的要求要嚴(yán)格得多。

　　加工設(shè)備性能不穩(wěn)定,。由于2m及2.5m環(huán)拋機(jī)在國內(nèi)都屬于新研制的大型光學(xué)加工設(shè)備,，設(shè)備制造廠商缺少實(shí)際加工大口徑光學(xué)元部件設(shè)備的經(jīng)驗(yàn)，有一些地方需要作進(jìn)一步的改進(jìn),。

　　環(huán)拋加工受環(huán)境影響較大,，對環(huán)境溫度及其波動(dòng)大小、濕度,、環(huán)境清潔都有較高的要求,。下一步準(zhǔn)備進(jìn)一步凈化環(huán)拋加工環(huán)境，提高環(huán)拋設(shè)備加工的環(huán)境條件,。