高精度(Δ90°≤0.5″)长方体的制造技术

　　1　引　言

　　在实际的生产中,我们经常会遇到各种各样的屋脊棱镜、直角棱镜、五角棱镜和其它具有直角的零件,这些零件的共同特点是要求有高精度的90°角(一般为Δ90°=2″~5″)。满足这个要求的加工方法是通过长方体(或立方体)这样一个光胶工具经过加工来保证的。当被加工棱镜90°角的误差为Δ90°=±5″,长方体应具有的精度如图1所示。

　　2　传统加工方法简介

　　如图1所示精度的长方体,传统加工方法的步骤是先加工1、2两个面的平行差,然后再加工90°直角。对第1个面通常是采用弹性胶上盘法加工,第2个面通常采用光胶上盘法(成盘)加工。对1、2两个面平行差的控制是在光胶成盘精磨时,用外径千分尺或千分表进行测量,以控制1、2两个面的厚薄差。如果下盘后平行差达不到要求,则调换长方体的方向再重新光胶抛光,以此来消除两面的厚薄差。也就是我们俗称的“错胶”加工。对第3个面的加工是将第1个面光胶在一个尺寸更大、精度更高的长方体(或立方体)上,然后上光胶垫板成盘细度抛光,并在细磨时用外径千分尺或千分表测量第3面与光胶垫板的平行度,以此来控制3面与1、2面的两个90°角的误差。

　　从以上简介可知,长方体的传统的加工方法存在两个主要的缺点:

　　(1)在做平行差和90°角时,都使用了光胶垫板,在加工时无论“错胶”加工几次,只能控制消除测量工具的测量误差和操作造成的加工误差,却消除不了光胶垫板自身的误差和细磨及抛光中光胶垫板面形的变化(主要来自温度的影响)给长方体造成的厚薄差。这种依赖光胶垫板来保证长方体最终平行度要求的加工方法,对于平行度误差θ≤1″的精度是非常困难的。

　　(2)在加工过程中的检测方法和所使用的测量工具,采用的是机械测量方法和机械测量工具,这对于具有高精度平行度要求和直角精度要求的光学工具来说,无疑是十分落后的检测方法和不精确的测量工具。测量精度的低下,扼制了加工精度的提高。以上两个问题是导致传统加工方法无法提高长方体精度的主要原因。

　　3　Δ90°≤0.5″长方体的加工方法与测量

　　当被加工棱镜90°角的误差Δ90°≤2″时,长方体的90°角所应具备的精度为Δ90°≤0·5″,如图2所示,此时,传统的加工方法就无能为力了。要想做出这样精度的长方体,需解决以下两个问题:

　　(a)改变加工方法,减少累计误差,提高平行度的加工精度。

　　(b)改变测量方法和测量工具,提高对平行度和90°角的测量精度。