光学收集器芯轴缩比样件超精密车削加工技术研究

摘要

在光刻加工中，为了收集更多光子传递给下级光照系统，需要制造出反射性能好、收集效率高的精密光接收器。目前，对于光接收器最具前景的光学构造是掠入射内嵌式Wolter-1型反射镜结构。加工该反射镜最先进的方法是采用芯轴复制法。此方法要求芯轴的外表面与反射镜内表面具有相同的结构形式及高精度的表面质量。由于其结构的特殊性且面形精度通常要求高于3μm，导致制造出高精度的芯轴表面非常困难，并且缺乏与之配套的高精度的检测技术。本文拟采用单点金刚石车削技术对芯轴缩比样件进行加工，并对其中一些关键技术进行研究。
　　合理的规划芯轴的车削刀具轨迹是获得高精度表面质量的前提条件。本文针对直线插补模式和样条插补模式进行芯轴的超精密车削加工刀具轨迹规划，并基于刀尖圆弧半径补偿技术优化车削加工轨迹。针对实际加工中在奇异点处表面质量不易保证的缺点，提出在曲面相交处采用圆弧过渡进行平滑处理。
　　为了提高车削加工效率，本文采用先粗加工，后半精加工及精加工的车削工艺流程。在粗加工阶段，利用MasterCAM软件对芯轴的数控加工自动编程进行研究，以达到最大去除材料、缩短了整个加工过程时间的目的。在精加工阶段，基于VERICUT软件对不同插补模式下芯轴的精加工过程进行仿真，以避免在实际加工中发生干涉碰撞现象。根据仿真结果能够直接得出车削后芯轴表面的过切及残留量。最后对芯轴相交处的平滑过渡处理过程进行加工仿真，验证了所提出理论的正确性。
　　利用超精密金刚石车床进行芯轴的超精密车削加工实验，并利用Taylor Hobson轮廓仪对表面粗糙度进行检测，采用具有超高精度的三坐标测量机对样件进行面形精度检测，并比较两种插补模式下芯轴的面形精度，以验证上述理论的正确性。最后，本文对超精密加工过程中影响面形精度的主要因素进行了综合分析，并提出了减小上述误差的方法。

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第1章 绪 论

1.1课题研究的目的和意义

1.2超精密车削加工技术研究发展现状

1.3非球面接触式轮廓测量技术

1.4课题研究的主要内容

第2章 芯轴缩比样件超精密车削加工轨迹规划

2.1引言

2.2基于直线插补模式的超精密车削刀具轨迹规划

2.3基于样条插补模式的超精密车削刀具轨迹规划

2.4曲面相交奇异点处平滑过渡处理的研究

2.5基于刀尖圆弧半径补偿的刀具轨迹优化

2.6本章小结

第3章 芯轴缩比样件超精密车削加工仿真

3.1引言

3.2光学收集系统芯轴粗加工仿真及实验

3.3光学收集系统芯轴的精加工轨迹仿真

3.4曲面相交处平滑过渡加工仿真

3.5本章小结

第4章 芯轴超精密车削加工实验及检测

4.1引言

4.2超精密车削实验设备

4.3芯轴超精密车削加工实验研究

4.4芯轴表面质量检测及误差分析

4.5本章小结

结论

参考文献

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致谢