用于激光陀螺仪的 Zerodur 腔体的高精度加工

最近，我们定制加工了一批 Zerodur 为一家专门从事精密惯性导航系统的科研机构提供玻璃空腔组件。这些空腔用于激光陀螺仪的核心组件。Zerodur 具有超低的热膨胀系数和出色的光学稳定性，被公认为高稳定性光学系统的关键材料。

加工挑战

该项目遇到了几个关键的技术难题：

方正度/平行度（≤ 0.1 μm）

型腔的方正度和位置公差要求在 0.1 μm 以内，因此需要极高的几何精度和先进的计量支持。

角度公差 ±5″（弧秒）

规定的严格角度公差为 ±5 弧秒（~0.0014°），超过了典型的高精度加工标准。

表面粗糙度 Ra ≤ 5 nm

光学表面需要达到 5 纳米 Ra 的表面光洁度，这属于光学或亚光学范畴。

尺寸公差 ±0.001 毫米

外部尺寸的公差要求非常严格，偏差不得超过 ±1微米。

特定材料的挑战

Zerodur 是一种硬而脆的玻璃陶瓷，给加工带来了极大的挑战。传统工艺很容易造成微裂纹、崩裂或表面缺陷。为了达到预期效果，需要使用特殊的金刚石工具和定制工艺。

我们的解决方案

为了满足这些极高的精度要求，我们采用了以下先进工艺：

利用配备金刚石磨具的五轴超精密加工中心，在一次装夹中完成复杂结构的加工。
在温控环境中运行，具有实时热补偿和夹具稳定性优化功能，可减少应力引起的变形。
应用 非接触式白光干涉仪 用于粗糙度评估和 激光共焦测量系统 用于加工过程中的平面度控制。
为了保证平面度和表面质量，我们采用了多步骤超精密研磨和抛光工作流程，并在每个阶段进行检查和修正补偿。

主要技术要点概述

规格	取得的成果
材料	Zerodur 玻璃陶瓷
尺寸公差	±0.001毫米
方形/平行度	≤ 0.1 μm
角度公差	±5″ (≈0.0014°)
表面粗糙度	Ra ≤ 5 nm
光学表面平整度	< 0.1 μm
检测与可追溯性	全过程可追溯性 + 第三方报告
应用	激光陀螺仪/惯性导航系统

项目成果

我们成功实现了客户的绩效目标：

尺寸公差 所有关键结构表面的误差保持在 ±0.001 毫米以内。
平整度 小于 0.1 μm，其中 表面粗糙度 Ra 达到 5 纳米。
整个加工过程 可追踪并提供了第三方检查报告。
客户对设计结果非常满意，目前已开始批量生产实验原型。

硬脆材料制造商

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