本发明涉及制造领域，具体地说是一种单晶硅透镜的超精密车削加工方法。
背景技术：
随着光学仪器的飞速发展尤其是军用光学侦查等应用需求不断更新，基于单晶硅材料的光学元件广泛地应用于红外光学系统中，并提出了越来越高的面形精度和表面粗糙度要求，且形状由传统的球面演变为非球面甚至更复杂的自由形式曲面。
单晶硅球面透镜可以用经典抛光的方法得到，但是非球面透镜，尤其是与理想球面偏离较大的非球面难以用经典抛光的方法得到，一般诸如磁流变抛光、离子束抛光等更复杂的计算机控制组合抛光工艺实现，生产成本高、效率低。超精密车削加工方法可以快速、经济地得到非球面光学表面，但是在加工单晶硅材料时由于刀具磨损过快，较难得到光学级别的表面粗糙度，与其自身的高效率低成本冲突，限制了其在单晶硅材料上的深度应用。
本发明即针对这一问题，描述了一种能适应单晶硅材料的超精密车削方法，并对正反两面均要加工的透镜这一特殊性，设计了专门的真空吸盘，以保护先加工完毕的光学表面不在后续加工过程中产生划痕和麻点。本发明对于单晶硅透镜在红外光学系统中的应用起到加工技术支持作用。
技术实现要素：
本发明的目的是建立一套适用于单晶硅透镜的超精密车削加工方法，以实现单晶硅透镜的高面形精度、低表面粗糙度的加工和生产。
本发明的一种单晶硅透镜的超精密车削加工方法，用来对弯月形的单晶硅透镜进行超精密车削加工，实现光学级别的面形精度和表面粗糙度，包括如下步骤：
(1)采用多孔质石墨材料经车削后做成分段仿形的真空吸盘的装夹方式；
(2)采用超声振动切削技术进行车削加工；
(3)采用水基纳米球状颗粒悬浮切削液进行润滑。
进一步，加工对象的红外光学系统中使用的非球面单晶硅透镜，正反两面一般为一面凹一面凸的弯月形，两面均要求达到光学级别的面形精度和表面粗糙度，无明显划痕和麻点。
进一步，所述步骤(1)中真空吸盘由多孔质石墨材料制成，用金刚石车刀加工成与待吸附表面倒模的形状，并根据待吸附表面的大小将石墨吸盘表面若干环带加工成低于倒模表面的高度，减小接触面积，进一步避免真空吸附变形。
进一步，所述步骤(2)中切削过程采用超声振动切削技术，即在传统超精密车削的工艺条件下金刚石刀尖始终处于微米量级的振动状态，振动频率为几十千赫兹到几百千赫兹，从而使得加工过程中的切削力和切削热得以下降，增加金刚石车刀加工单晶硅材料耐用度。
进一步，所述步骤(3)中切削过程采用水基纳米球状颗粒悬浮切削液进行润滑，即以水为切削液载体，增加切削热携带能力，同时纳米球状颗粒可以进入前刀面和切屑接触界面，将原来的滑动摩擦部分转变为滚动摩擦，进一步降低切削力和切削热。本发明采用采用多孔质石墨材料经车削后做成分段仿形的真空吸盘进行单晶硅透镜的装夹，并在加工过程中采用超声振动切削技术和水基纳米球状颗粒悬浮液润滑的方式，改善切削过程中的切削力和切削热，从而降低刀具磨损，提升表面质量。
本发明的有益效果是：
1.采用特制的真空吸盘，既能减小透镜的真空吸附变形而得到高的加工面形精度，又能避免刮伤已加工表面；
2.采用超声振动切削技术和纳米润滑技术，使切削状态由连续切削变为断续切削的同时，提升润滑效果，从而降低切削力和切削温度，增加金刚石刀具寿命。
本发明适用于红外光学系统中应用的单晶硅光学透镜元件的超精密车削加工，实现此类透镜的快速低成本高精度制造，通过特殊的工艺制程，增加金刚石刀具的寿命，提升加工的面形精度和表面质量，尤其适用于较大口径和较长时间的单晶硅透镜车削加工中。
具体实施方式
本发明的一种单晶硅透镜的超精密车削加工方法，其步骤包括：
(1)将多孔质石墨材料粘附在铝合金的外壳上，组装成真空吸盘本体；
(2)将组装好的真空吸盘本体加工成待切表面的倒模形状，并根据待切表面的面积制作若干低于倒模表面的沟槽，以减小吸盘与工件的接触面积，减小吸附变形；
(3)采用超声振动车削装置进行车削加工，并采用水基的纳米球状颗粒悬浮液进行喷雾润滑；
(4)加工完毕后拆除工件和吸盘，换面加工；
(5)采用同样的方法进行另一个面的切削加工；
(6)加工完毕后拆除工件和吸盘，清洗封装。