1概述
1.1非球面光(guang)學零件的作用(yong)
非(fei)球面(mian)(mian)光(guang)(guang)學(xue)零(ling)(ling)(ling)(ling)件是一種(zhong)非(fei)常(chang)重要的(de)(de)光(guang)(guang)學(xue)零(ling)(ling)(ling)(ling)件，常(chang)用的(de)(de)有拋物(wu)面(mian)(mian)鏡、雙曲(qu)面(mian)(mian)鏡、橢(tuo)球面(mian)(mian)鏡等。非(fei)球面(mian)(mian)光(guang)(guang)學(xue)零(ling)(ling)(ling)(ling)件可以獲得(de)球面(mian)(mian)光(guang)(guang)學(xue)零(ling)(ling)(ling)(ling)件無可比(bi)擬的(de)(de)良好的(de)(de)成(cheng)(cheng)像質(zhi)量，在(zai)光(guang)(guang)學(xue)系統中能夠很(hen)好的(de)(de)矯正多種(zhong)像差，改善成(cheng)(cheng)像質(zhi)量，提高系統鑒別能力，它能以一個或幾個非(fei)球面(mian)(mian)零(ling)(ling)(ling)(ling)件代替多個球面(mian)(mian)零(ling)(ling)(ling)(ling)件，從而簡化儀(yi)器(qi)結構，降低(di)成(cheng)(cheng)本并有效的(de)(de)減輕儀(yi)器(qi)重量。
非球面光學(xue)零(ling)件在(zai)軍用(yong)和民用(yong)光電產(chan)品上(shang)的(de)應用(yong)也很廣泛(fan)，如在(zai)攝影鏡頭(tou)(tou)(tou)和取景器、電視(shi)攝像(xiang)(xiang)管、變焦鏡頭(tou)(tou)(tou)、電影放影鏡頭(tou)(tou)(tou)、衛(wei)星紅外望遠鏡、錄像(xiang)(xiang)機鏡頭(tou)(tou)(tou)、錄像(xiang)(xiang)和錄音光盤讀出(chu)(chu)頭(tou)(tou)(tou)、條(tiao)形碼讀出(chu)(chu)頭(tou)(tou)(tou)、光纖通信的(de)光纖接頭(tou)(tou)(tou)、醫療儀(yi)器等中(zhong)。
1.2國外非球面零件的超精(jing)密(mi)加工技術的現狀
80年代以來，出現了許多種新的非球面超(chao)精密加(jia)工(gong)技術，主(zhu)要有：
計(ji)算機(ji)數控(kong)單(dan)點金剛石車削(xue)技(ji)(ji)術、計(ji)算機(ji)數控(kong)磨削(xue)技(ji)(ji)術、計(ji)算機(ji)數控(kong)離子束成形技(ji)(ji)術、計(ji)算機(ji)數控(kong)超精(jing)密(mi)拋光技(ji)(ji)術和非球(qiu)面復(fu)印技(ji)(ji)術等，這些加(jia)工(gong)方法，基(ji)本上解決了(le)各種非球(qiu)面鏡(jing)加(jia)工(gong)中所存在的問題(ti)。前四種方法運用了(le)數控(kong)技(ji)(ji)術，均(jun)具有加(jia)工(gong)精(jing)度較高，效率高等特點，適于批量生(sheng)產。
進(jin)(jin)行非(fei)球面零(ling)(ling)件加(jia)工(gong)(gong)(gong)時(shi)，要(yao)考慮所加(jia)工(gong)(gong)(gong)零(ling)(ling)件的(de)材料(liao)、形狀、精度和(he)(he)口徑等因素(su)，對于(yu)銅、鋁等軟質材料(liao)，可(ke)以(yi)用(yong)單點金剛(gang)石切削(SPDT)的(de)方(fang)法進(jin)(jin)行超精加(jia)工(gong)(gong)(gong)，對于(yu)玻(bo)璃或塑(su)料(liao)等，當前主要(yao)采用(yong)先超精密(mi)(mi)加(jia)工(gong)(gong)(gong)其模(mo)具，而后再用(yong)成形法生(sheng)產非(fei)球面零(ling)(ling)件，對于(yu)其它一些(xie)高硬度的(de)脆性材料(liao)，目前主要(yao)是(shi)通過超精密(mi)(mi)磨削和(he)(he)超精密(mi)(mi)研磨、拋光等方(fang)法進(jin)(jin)行加(jia)工(gong)(gong)(gong)的(de)，另外．還有非(fei)球面零(ling)(ling)件的(de)特(te)種加(jia)工(gong)(gong)(gong)技術(shu)如離子束拋光等。
國外(wai)許多公(gong)司己將(jiang)超(chao)精密車削(xue)、磨削(xue)、研(yan)磨以及拋光加(jia)工(gong)集成為(wei)一(yi)體，并且(qie)研(yan)制出超(chao)精密復(fu)合(he)加(jia)工(gong)系統，如Rank Pneumo公(gong)司生產的Nanoform300、 Nanoform250、 CUPE研(yan)制的 Nanocentre、日本的 AHN60―3D、ULP一(yi)100A(H)都具有復(fu)合(he)加(jia)工(gong)功能(neng)，這(zhe)樣可以便非球(qiu)面零件的加(jia)工(gong)更加(jia)靈活。
1.3我國非球面零件超精密加工(gong)技(ji)術(shu)的現狀
我國從80年(nian)代初才開始超(chao)精(jing)密加(jia)工(gong)技術的研究，比(bi)國外整(zheng)整(zheng)落后(hou)了20年(nian)。近年(nian)來，該(gai)項工(gong)作開展較好的單位有北京機(ji)床研究所(suo)、中國航空精(jing)密機(ji)械研究所(suo)、哈(ha)爾濱工(gong)業大學、中科院長春光機(ji)所(suo)應用光學重點實驗室等。
為更好的開展對此(ci)項超精(jing)(jing)密(mi)(mi)加工技(ji)術的研究，國(guo)防(fang)科工委(wei)于1995年在中國(guo)航空精(jing)(jing)密(mi)(mi)機械研究所首(shou)先建立了國(guo)內第一個(ge)從事超精(jing)(jing)密(mi)(mi)加工技(ji)術研究的重(zhong)點(dian)實驗(yan)室。
2非球(qiu)面零(ling)件超精密切削加工技術
美國Union Carbide公司于(yu)1972年研(yan)制成功(gong)了 R―θ方式的(de)非球面創成加(jia)(jia)工機床。這是(shi)一臺具有位置反饋(kui)的(de)雙(shuang)坐標數控(kong)車床，可實(shi)時改變刀座導軌的(de)轉角θ和半(ban)徑 R，實(shi)現非球面的(de)鏡面加(jia)(jia)工。加(jia)(jia)工直徑達φ380mm，加(jia)(jia)工工件的(de)形(xing)狀(zhuang)精(jing)度為(wei)±0.63μm，表(biao)面粗糙度為(wei)Ra0.025μm。
摩爾公司于1980年(nian)首先開發出(chu)了用3個坐標控制的(de)M―18AG非(fei)球(qiu)面加工機床(chuang)，這種(zhong)(zhong)機床(chuang)可(ke)加工直徑(jing)356mm的(de)各(ge)種(zhong)(zhong)非(fei)球(qiu)面的(de)金(jin)屬反射鏡。
英國 Rank Pneumo公(gong)司(si)于(yu)(yu)1980年向(xiang)市(shi)場推(tui)出了利(li)用激光反(fan)饋(kui)控制的(de)(de)兩軸(zhou)聯動加工(gong)機床(MSG―325)，該機床可加工(gong)直徑為350mm的(de)(de)非(fei)球(qiu)面(mian)金屬反(fan)射鏡，加工(gong)工(gong)件形狀(zhuang)精(jing)度(du)達 0.25-0.5μm，表面(mian)粗糙度(du) Ra在0.01-0.025μm之間。隨(sui)后又(you)推(tui)出了 ASG2500、ASG2500T、Nanoform300等機床，該公(gong)司(si)又(you)在上述機床的(de)(de)基(ji)礎(chu)上，于(yu)(yu)1990年開發出Nanoform600，該機床能(neng)加工(gong)直徑為600mm的(de)(de)非(fei)球(qiu)面(mian)反(fan)射鏡，加工(gong)工(gong)件的(de)(de)形狀(zhuang)精(jing)度(du)優于(yu)(yu)0.1μm，表面(mian)粗糙度(du)優于(yu)(yu)0.01μm。
代(dai)表當(dang)今員高水(shui)平的超精(jing)密金剛(gang)石車床是(shi)美國勞倫斯．利弗莫爾(LLNL)實驗室于(yu)1984年研制(zhi)成(cheng)功的 LODTM，它(ta)可加工(gong)(gong)(gong)直徑達2100mm，重達4500kg的工(gong)(gong)(gong)件其加工(gong)(gong)(gong)精(jing)度可達0.25μm，表面(mian)粗糙(cao)度Ra0.0076μm，該機床可加工(gong)(gong)(gong)平面(mian)、球(qiu)面(mian)及非(fei)球(qiu)面(mian)，主(zhu)要(yao)用(yong)于(yu)加工(gong)(gong)(gong)激光(guang)核聚變工(gong)(gong)(gong)程所需的零(ling)件、紅外線裝置(zhi)用(yong)的零(ling)件和(he)大型(xing)天體反射鏡等。
英國 Cranfield大(da)學精密工程研究所(suo)(CUPE)研制(zhi)的大(da)型超(chao)精密金剛(gang)(gang)右鏡(jing)(jing)面(mian)切削(xue)機床(chuang)，可以加工大(da)型 X射(she)(she)線天體望(wang)遠鏡(jing)(jing)用的非球面(mian)反(fan)射(she)(she)鏡(jing)(jing)(最(zui)大(da)直徑可達1400mm，最(zui)大(da)長度為(wei)600mm的圓錐鏡(jing)(jing))。該(gai)研究所(suo)還研制(zhi)成功了可以加工用于 X射(she)(she)線望(wang)遠鏡(jing)(jing)內側回(hui)轉(zhuan)拋物面(mian)和外側回(hui)轉(zhuan)雙曲(qu)面(mian)反(fan)射(she)(she)鏡(jing)(jing)的金剛(gang)(gang)石切削(xue)機床(chuang)。
日本開發的(de)(de)超(chao)精密(mi)加工(gong)機(ji)床(chuang)主要是用于加工(gong)民(min)用產品所需(xu)的(de)(de)透鏡(jing)和(he)反(fan)射鏡(jing)，目前日本制造的(de)(de)加工(gong)機(ji)床(chuang)有：東芝機(ji)械研制的(de)(de) ULG―l00A(H)不二越公司的(de)(de) ASP―L15、豐田工(gong)機(ji)的(de)(de) AHN10、 AHN30×25、 AHN60―3D非(fei)球面加工(gong)機(ji)床(chuang)等(deng)。
3非球面零(ling)件(jian)超精密磨(mo)削加工技術
3.1非球面零件超(chao)精磨(mo)削裝置(zhi)
英國 Rank Pneumo公司1988年(nian)開發了改進(jin)(jin)(jin)型的(de)(de)(de)(de) ASG2500、 ASG2500T、Nanoform300機(ji)床(chuang)，這些機(ji)床(chuang)不僅能(neng)夠(gou)進(jin)(jin)(jin)切削(xue)(xue)(xue)加(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)(gong)，而且也可(ke)以用金剛石砂(sha)輪進(jin)(jin)(jin)行(xing)(xing)(xing)磨削(xue)(xue)(xue)，能(neng)加(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)(gong)直(zhi)(zhi)(zhi)徑為300mm的(de)(de)(de)(de)非球(qiu)面(mian)金屬反射鏡，加(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)(gong)工(gong)(gong)(gong)(gong)件的(de)(de)(de)(de)形狀精(jing)度(du)為0.3-0.16μm，表(biao)面(mian)粗糙度(du)達(da)Ra0.01μm。最近又(you)推出(chu)(chu) Nanoform250超精(jing)密加(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)(gong)系(xi)統，該系(xi)統是一個兩軸(zhou)超精(jing)密 CNC機(ji)床(chuang)，在該機(ji)床(chuang)上既能(neng)進(jin)(jin)(jin)行(xing)(xing)(xing)超精(jing)密車削(xue)(xue)(xue)又(you)能(neng)進(jin)(jin)(jin)行(xing)(xing)(xing)超揚密磨削(xue)(xue)(xue)．還能(neng)進(jin)(jin)(jin)行(xing)(xing)(xing)超精(jing)密拋光(guang)(guang)。最突出(chu)(chu)的(de)(de)(de)(de)特(te)點是可(ke)以直(zhi)(zhi)(zhi)接磨削(xue)(xue)(xue)出(chu)(chu)能(neng)達(da)到光(guang)(guang)學系(xi)統要求的(de)(de)(de)(de)具有光(guang)(guang)學表(biao)面(mian)質(zhi)量和面(mian)型精(jing)度(du)的(de)(de)(de)(de)硬脆(cui)材料(liao)光(guang)(guang)學零(ling)件。該機(ji)床(chuang)采用了許多(duo)先進(jin)(jin)(jin)的(de)(de)(de)(de) Nanoform600、Optoform50設計思想，機(ji)床(chuang)最大加(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)(gong)工(gong)(gong)(gong)(gong)件直(zhi)(zhi)(zhi)徑達(da)250mm，它通過一個升高裝置使機(ji)床(chuang)的(de)(de)(de)(de)最大加(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)(gong)工(gong)(gong)(gong)(gong)件直(zhi)(zhi)(zhi)徑達(da)到450mm，另外通過控(kong)制垂直(zhi)(zhi)(zhi)方向(xiang)的(de)(de)(de)(de)液體(ti)靜壓導軌(Y軸(zhou))還能(neng)磨削(xue)(xue)(xue)非軸(zhou)對稱零(ling)件，機(ji)床(chuang)數控(kong)系(xi)統的(de)(de)(de)(de)分(fen)辨率(lv)達(da) 0.001μm，位置反饋元件采用了分(fen)辨率(lv)為8.6nm的(de)(de)(de)(de)光(guang)(guang)柵或(huo)分(fen)辨率(lv)為1.25nm的(de)(de)(de)(de)激光(guang)(guang)干涉儀，加(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)(gong)工(gong)(gong)(gong)(gong)件的(de)(de)(de)(de)面(mian)型精(jing)度(du)達(da)0.25μm，表(biao)面(mian)粗糙度(du)優于 Ra0.01μm。
Nanocentre250、 Nanocentre600是一種(zhong)三軸(zhou)超精(jing)密(mi) CNC非球面(mian)(mian)(mian)(mian)范成裝置，它(ta)可(ke)以滿足單點和(he)(he)延性磨(mo)削兩個方(fang)面(mian)(mian)(mian)(mian)的(de)(de)(de)使用要求，通過合理化(hua)機(ji)床(chuang)(chuang)結構設計(ji)、利用高剛(gang)度伺服(fu)驅(qu)動(dong)系統和(he)(he)液體靜(jing)壓軸(zhou)承使機(ji)床(chuang)(chuang)具(ju)有較高的(de)(de)(de)閉環剛(gang)度， x和(he)(he) Z軸(zhou)的(de)(de)(de)分辨率(lv)為1.25nm，這(zhe)個機(ji)床(chuang)(chuang)被認為是符合現代(dai)工(gong)藝規范的(de)(de)(de)。 CUPE生產的(de)(de)(de) Nanocentre非球面(mian)(mian)(mian)(mian)光(guang)學零件加(jia)(jia)工(gong)機(ji)床(chuang)(chuang)，加(jia)(jia)工(gong)直(zhi)徑達(da)600mm．面(mian)(mian)(mian)(mian)型精(jing)度優(you)于0.1μm，表面(mian)(mian)(mian)(mian)粗糙度優(you)于 Ra0.01μm。 CUPE還為美國柯(ke)達(da)公司研究(jiu)、設計(ji)和(he)(he)生產了當今(jin)世界上最大的(de)(de)(de)超精(jing)密(mi)大型 CNC光(guang)學零件磨(mo)床(chuang)(chuang)“0AGM2500”，該(gai)機(ji)床(chuang)(chuang)主要用于光(guang)學玻璃等(deng)硬脆(cui)材料的(de)(de)(de)加(jia)(jia)工(gong)，可(ke)加(jia)(jia)工(gong)和(he)(he)測量2.5m×2.5m×0.61m的(de)(de)(de)工(gong)件，它(ta)能加(jia)(jia)工(gong)出2m見方(fang)的(de)(de)(de)非對(dui)稱光(guang)學鏡面(mian)(mian)(mian)(mian)，鏡面(mian)(mian)(mian)(mian)的(de)(de)(de)形狀誤差僅為1μm。
日本豐田工(gong)(gong)機(ji)研制(zhi)的(de)(de)(de) AHN60―3D是一臺 CNC三維(wei)截形磨(mo)(mo)削(xue)和(he)車(che)削(xue)機(ji)床，它(ta)能在 X、 Y、和(he) Z三軸(zhou)(zhou)控(kong)(kong)制(zhi)下磨(mo)(mo)削(xue)和(he)車(che)削(xue)軸(zhou)(zhou)向對稱形狀的(de)(de)(de)光學(xue)零件(jian)，可(ke)以在 X、 Y和(he) Z軸(zhou)(zhou)二個(ge)半軸(zhou)(zhou)控(kong)(kong)制(zhi)下磨(mo)(mo)削(xue)和(he)車(che)削(xue)非軸(zhou)(zhou)對稱光學(xue)零件(jian)，加(jia)工(gong)(gong)工(gong)(gong)件(jian)的(de)(de)(de)截形精度為(wei)0.35unl，表面粗糙度達 Ra0.016μm。另外東芝機(ji)械(xie)研制(zhi)的(de)(de)(de) ULG―100A(H)超精密復合(he)加(jia)工(gong)(gong)裝(zhuang)置，它(ta)用分別(bie)控(kong)(kong)制(zhi)兩個(ge)軸(zhou)(zhou)的(de)(de)(de)方法，實現了對非球面透鏡模具(ju)的(de)(de)(de)切削(xue)和(he)磨(mo)(mo)削(xue)，其 X軸(zhou)(zhou)和(he) Z軸(zhou)(zhou)的(de)(de)(de)行(xing)程(cheng)分別(bie)為(wei)150mm和(he)100mm，位(wei)置反饋元件(jian)是分辨率為(wei)0．01μm的(de)(de)(de)光柵。
3.2非(fei)球面光學零(ling)件的 ELID鏡面磨(mo)削技(ji)術
日本學者大(da)森整等人從1987年對(dui)超(chao)硬磨料砂輪進行(xing)了研(yan)究，開發了使(shi)用電解 In Process Dressing(ELID)的磨削(xue)法(fa)，實現了對(dui)硬脆(cui)材料高品位鏡面磨削(xue)和(he)延(yan)性方式(shi)的磨削(xue)，現在該方法(fa)己成功的應用于球(qiu)(qiu)面、非球(qiu)(qiu)面透鏡、模具的超(chao)精密(mi)加(jia)工。
① ELID鏡面磨削原理
ELID磨削系統(tong)包括(kuo)：金(jin)屬結合劑超(chao)微細(xi)粒度超(chao)硬(ying)磨料砂(sha)輪(lun)、電(dian)(dian)(dian)(dian)解(jie)修整(zheng)電(dian)(dian)(dian)(dian)源(yuan)、電(dian)(dian)(dian)(dian)解(jie)修整(zheng)電(dian)(dian)(dian)(dian)極(ji)、電(dian)(dian)(dian)(dian)解(jie)液(兼作磨削液)、接(jie)(jie)電(dian)(dian)(dian)(dian)電(dian)(dian)(dian)(dian)刷和機床設備。磨削過(guo)程中，砂(sha)輪(lun)通過(guo)接(jie)(jie)電(dian)(dian)(dian)(dian)電(dian)(dian)(dian)(dian)刷與電(dian)(dian)(dian)(dian)源(yuan)的正極(ji)相(xiang)接(jie)(jie)，安裝在(zai)機床上(shang)的修整(zheng)電(dian)(dian)(dian)(dian)極(ji)與電(dian)(dian)(dian)(dian)源(yuan)的負極(ji)相(xiang)接(jie)(jie)，砂(sha)輪(lun)和電(dian)(dian)(dian)(dian)極(ji)之間澆注電(dian)(dian)(dian)(dian)解(jie)液，這(zhe)樣，電(dian)(dian)(dian)(dian)源(yuan)、砂(sha)輪(lun)、電(dian)(dian)(dian)(dian)極(ji)、砂(sha)輪(lun)和電(dian)(dian)(dian)(dian)極(ji)之間的電(dian)(dian)(dian)(dian)解(jie)液形(xing)成一(yi)個完整(zheng)的電(dian)(dian)(dian)(dian)化學系統(tong)。
采用(yong)(yong) ELID磨(mo)(mo)削(xue)(xue)時，對所(suo)用(yong)(yong)的(de)砂輪(lun)(lun)、電(dian)源、電(dian)解液均(jun)有(you)一(yi)些特(te)殊要求。要求砂輪(lun)(lun)的(de)結合(he)(he)劑有(you)良好(hao)的(de)導電(dian)性(xing)和電(dian)解性(xing)、結合(he)(he)劑元素的(de)氫氧化物(wu)或(huo)(huo)氧化物(wu)不導電(dian)，且不溶于(yu)水，ELID磨(mo)(mo)削(xue)(xue)使用(yong)(yong)的(de)電(dian)源，可以(yi)采用(yong)(yong)電(dian)解加(jia)工的(de)直(zhi)(zhi)流電(dian)源或(huo)(huo)采用(yong)(yong)各(ge)種(zhong)波形(xing)(xing)的(de)脈沖電(dian)源或(huo)(huo)直(zhi)(zhi)流基(ji)量(liang)脈沖電(dian)源。在 ELID磨(mo)(mo)削(xue)(xue)過(guo)程(cheng)中，電(dian)解液除作為磨(mo)(mo)削(xue)(xue)液外，還起著降低磨(mo)(mo)削(xue)(xue)區溫度(du)和減少(shao)摩撩的(de)作用(yong)(yong)，ELID磨(mo)(mo)削(xue)(xue)一(yi)般采用(yong)(yong)水溶性(xing)磨(mo)(mo)削(xue)(xue)液，全屬(shu)基(ji)結合(he)(he)劑砂輪(lun)(lun)的(de)機械強度(du)高，通過(guo)設定合(he)(he)適的(de)電(dian)解量(liang)，砂輪(lun)(lun)磨(mo)(mo)損小。同(tong)時能(neng)得到(dao)高的(de)形(xing)(xing)狀精度(du)。應(ying)用(yong)(yong)這個原理，能(neng)實現從平(ping)面到(dao)非(fei)球面，各(ge)種(zhong)形(xing)(xing)狀的(de)光(guang)學元件的(de)超精密鏡(jing)面磨(mo)(mo)削(xue)(xue)。
②ELID鏡面磨削實驗系統
在 Rank Pneumo公(gong)司的(de) ASG―2500T機床(chuang)上，裝上由砂(sha)輪(lun)、電(dian)(dian)源(yuan)、電(dian)(dian)極、磨(mo)(mo)削液(ye)(ye)等組成(cheng)大森(sen)整 ELID系(xi)統(tong)毛坯粗成(cheng)形加(jia)工時使(shi)用(yong)(yong)400#、半精加(jia)工時使(shi)用(yong)(yong)1000#或2000#、作鏡面磨(mo)(mo)削時使(shi)用(yong)(yong)4000#(平均(jun)粒徑約為4μm)或8000#(平均(jun)粒徑約為2μm)的(de)鑄(zhu)鐵結(jie)合(he)劑金剛石(shi)砂(sha)輪(lun)，電(dian)(dian)解修銳電(dian)(dian)源(yuan)(ELID電(dian)(dian)源(yuan))，使(shi)用(yong)(yong)的(de)是直流高(gao)頻脈沖電(dian)(dian)壓(ya)式專用(yong)(yong)電(dian)(dian)源(yuan)，工作電(dian)(dian)壓(ya)為60V，電(dian)(dian)流為 lOA。所用(yong)(yong)的(de)磨(mo)(mo)削液(ye)(ye)，使(shi)用(yong)(yong)時要求用(yong)(yong)純水(shui)將水(shui)溶性(xing)磨(mo)(mo)削液(ye)(ye) AFH―M和 CEM稀釋50倍。
③ ELID鏡面磨削實(shi)驗方(fang)法和實(shi)驗結果
作(zuo)非球面(mian)(mian)加(jia)工時，通過安裝在工件軸上的(de)(de)(de)(de)碗形砂(sha)輪(lun)(325#鑄(zhu)鐵結(jie)合劑(ji)金剛(gang)石(shi)砂(sha)輪(lun)為φ30×W2mm)進行平(ping)砂(sha)輪(lun)的(de)(de)(de)(de)只成(cheng)形體整(zheng)，作(zuo)10min的(de)(de)(de)(de)電解初期修銳之后(hou)，經過400#的(de)(de)(de)(de)粗(cu)磨和(he)1000#的(de)(de)(de)(de)半(ban)精(jing)加(jia)工，最后(hou)再用4000#進行 ELID鏡面(mian)(mian)磨削(xue)(xue)，在超(chao)精(jing)密非球面(mian)(mian)加(jia)工機床上，借助(zhu) ELID磨削(xue)(xue)技術，成(cheng)功地(di)加(jia)工出了光學玻璃(li) BK―7非球面(mian)(mian)透(tou)鏡。面(mian)(mian)型(xing)(xing)精(jing)度(du)達到優(you)于(yu) 0.2μm，表面(mian)(mian)粗(cu)糙(cao)度(du)達Ra20nm，而對(dui)于(yu)稍軟(ruan)如(ru) LASFN30和(he)Ge等材料的(de)(de)(de)(de)非球面(mian)(mian)加(jia)工，同樣能達到面(mian)(mian)型(xing)(xing)精(jing)度(du)優(you)于(yu) 0.2-0.3μm，表面(mian)(mian)粗(cu)糙(cao)度(du)達 Ra30nm。
4非球面零件(jian)的(de)超(chao)精密拋光(研磨)技術
超精(jing)密拋(pao)光(guang)是加(jia)工(gong)速(su)(su)度(du)(du)極慢的(de)(de)(de)一種(zhong)(zhong)加(jia)工(gong)方(fang)(fang)法(fa)(fa)。不適合(he)形狀(zhuang)范成法(fa)(fa)加(jia)工(gong)，近年來，由于短波(bo)長光(guang)學元(yuan)件(jian)、OA儀器和 AV機器等的(de)(de)(de)飛速(su)(su)發(fa)展，對零(ling)件(jian)的(de)(de)(de)表面(mian)粗糙(cao)度(du)(du)提出了更(geng)高(gao)的(de)(de)(de)要(yao)(yao)求(qiu)(qiu)，到目前為止(zhi)還沒有(you)比超精(jing)密拋(pao)光(guang)更(geng)好的(de)(de)(de)實用(yong)(yong)的(de)(de)(de)方(fang)(fang)法(fa)(fa)，尤其當零(ling)件(jian)的(de)(de)(de)表面(mian)粗糙(cao)度(du)(du)要(yao)(yao)求(qiu)(qiu)優于 0.0lμm時，這種(zhong)(zhong)方(fang)(fang)法(fa)(fa)是不可缺少的(de)(de)(de)，對形狀(zhuang)精(jing)度(du)(du)要(yao)(yao)求(qiu)(qiu)很(hen)高(gao)的(de)(de)(de)工(gong)件(jian)，如果采用(yong)(yong)強制進(jin)給的(de)(de)(de)方(fang)(fang)法(fa)(fa)進(jin)行切(qie)削或進(jin)行磨削時，其形狀(zhuang)精(jing)度(du)(du)將(jiang)直接受到機床(chuang)進(jin)給定位精(jing)度(du)(du)的(de)(de)(de)影響，達到所(suo)在(zai)(zai)反應，并由此(ci)引起(qi)的(de)(de)(de)加(jia)工(gong)作(zuo)用(yong)(yong)，在(zai)(zai)工(gong)件(jian)表面(mian)上存在(zai)(zai)同樣(yang)微小(xiao)凹(ao)的(de)(de)(de)部分(fen)，在(zai)(zai)一般情況下，只(zhi)能獲得波(bo)紋(wen)起(qi)伏較大的(de)(de)(de)表面(mian)。
日本(ben)大阪大學(xue)工(gong)(gong)學(xue)部森勇(yong)芷教授等(deng)人利(li)用(yong) EEM開發了一(yi)種三軸(x、 z、 C)數控光(guang)學(xue)表面(mian)(mian)范成裝置，利(li)用(yong)該裝置加工(gong)(gong)時，一(yi)邊(bian)(bian)在工(gong)(gong)件表面(mian)(mian)上控制聚胺脂球(qiu)的滯留時間，一(yi)邊(bian)(bian)用(yong)聚胺脂球(qiu)掃(sao)描加工(gong)(gong)對(dui)象的物全領域，利(li)用(yong)該裝置能加工(gong)(gong)高精度的任意(yi)曲(qu)面(mian)(mian)。
5非球面零件等離子體的 CVM(Chemical Vaporization Machining)技術
目前(qian)廣泛采用的(de)(de)切削、研(yan)磨、拋光等機械(xie)(xie)加(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)方(fang)法，由于加(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)材料(liao)中存在(zai)微細裂紋或結(jie)晶中的(de)(de)品格缺(que)陷等原因(yin)，無(wu)論(lun)怎(zen)樣提(ti)(ti)高加(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)精度(du)，改進加(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)裝置，總存在(zai)一(yi)(yi)(yi)定(ding)的(de)(de)局限(xian)性，為此，日本(ben)大阪(ban)大學(xue)工(gong)(gong)(gong)學(xue)部森勇正教(jiao)授提(ti)(ti)出了一(yi)(yi)(yi)種用化學(xue)氣(qi)體(ti)加(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)的(de)(de)新的(de)(de)加(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)工(gong)(gong)(gong)藝方(fang)法，稱(cheng)為等離(li)(li)子(zi)(zi) CVM法，這(zhe)是一(yi)(yi)(yi)種利(li)用原子(zi)(zi)化學(xue)反應，獲得超精密表面的(de)(de)一(yi)(yi)(yi)種技術，其加(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)原理(li)和等離(li)(li)子(zi)(zi)體(ti)刻(ke)蝕一(yi)(yi)(yi)樣，在(zai)等離(li)(li)子(zi)(zi)體(ti)中，被激活的(de)(de)游(you)離(li)(li)基和工(gong)(gong)(gong)件表面原子(zi)(zi)起反應，將(jiang)之(zhi)變成揮發性分子(zi)(zi)，并通過氣(qi)體(ti)蒸(zheng)發實現加(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)的(de)(de)，在(zai)高壓力(li)下所產生的(de)(de)等離(li)(li)子(zi)(zi)體(ti)，能夠生成密度(du)非(fei)常高的(de)(de)游(you)離(li)(li)基，所以這(zhe)種加(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)方(fang)法能達(da)到(dao)與機械(xie)(xie)加(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)方(fang)法相(xiang)匹(pi)敵的(de)(de)加(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)速(su)度(du)。
在(zai)(zai)高壓力下，由于氣(qi)體分子的平均自由行程極(ji)小，等離子體局限在(zai)(zai)電極(ji)附(fu)近(jin)。所以(yi)(yi)可以(yi)(yi)通過電極(ji)掃描，加工(gong)出(chu) 0.01μm精度(du)的任(ren)意(yi)形狀的零(ling)件(jian)，另外可以(yi)(yi)以(yi)(yi)50μm／min的速度(du)加工(gong)單晶硅平面，加工(gong)工(gong)件(jian)的表面粗糙度(du)可達(da)0.1nm(Rrms)。
下個世紀，在硅芯片加工(gong)和半(ban)導體曝光裝置用(yong)的(de)(de)(de)非球面透鏡加工(gong)等(deng)(deng)很多領(ling)域中，將應用(yong) CVM技術(shu)，當前有人正在研(yan)究通(tong)過 CVM和 EEM的(de)(de)(de)組合，加工(gong)同(tong)步加速器(qi)用(yong)的(de)(de)(de) X射線反(fan)射鏡等(deng)(deng)原(yuan)子(zi)級(ji)平坦的(de)(de)(de)任意曲(qu)面。
6非(fei)球面(mian)零(ling)件(jian)復制技術
用控制(zhi)(zhi)除(chu)去厚度(du)的(de)(de)拋(pao)光(研(yan)磨(mo))方(fang)(fang)法(fa)(fa)能(neng)夠(gou)(gou)制(zhi)(zhi)造(zao)出高精度(du)的(de)(de)非(fei)球(qiu)(qiu)面零件，但(dan)(dan)和一般的(de)(de)光學零件加(jia)工(gong)方(fang)(fang)法(fa)(fa)相比，這種方(fang)(fang)法(fa)(fa)的(de)(de)加(jia)工(gong)效率很低，解決這個問題的(de)(de)方(fang)(fang)法(fa)(fa)之(zhi)一有復制(zhi)(zhi)技術(shu)，即塑(su)料(liao)注(zhu)(zhu)射成形和玻(bo)璃的(de)(de)模壓成形技術(shu)，這種技術(shu)能(neng)夠(gou)(gou)制(zhi)(zhi)造(zao)一部分非(fei)球(qiu)(qiu)面透鏡。塑(su)料(liao)透鏡注(zhu)(zhu)射成形是將熔化(hua)的(de)(de)樹脂注(zhu)(zhu)入模具內(nei)，一邊施加(jia)壓力(li)，一邊冷(leng)卻固化(hua)的(de)(de)加(jia)工(gong)方(fang)(fang)法(fa)(fa)，這種方(fang)(fang)法(fa)(fa)能(neng)夠(gou)(gou)進行廉價、大(da)批量生產，但(dan)(dan)存(cun)在塑(su)料(liao)自身的(de)(de)某些問題，如溫度(du)變化(hua)、吸(xi)濕(shi)導(dao)致(zhi)透鏡折射率的(de)(de)變化(hua)。
玻璃(li)的(de)模(mo)(mo)壓成(cheng)形(xing)(xing)是代替切削、磨削、研(yan)磨加工(gong)透鏡、棱鏡的(de)最佳的(de)小型零件(jian)(jian)大批(pi)量(liang)生產方(fang)法。模(mo)(mo)壓成(cheng)形(xing)(xing)技術是將模(mo)(mo)具(ju)內的(de)溫(wen)(wen)度(du)(du)控制在沖壓的(de)玻璃(li)轉移溫(wen)(wen)度(du)(du)以(yi)(yi)上p軟(ruan)化溫(wen)(wen)度(du)(du)以(yi)(yi)下，在模(mo)(mo)具(ju)內，進入有流動性的(de)玻璃(li)，加壓成(cheng)形(xing)(xing)，并且保持(chi)這種狀態20s以(yi)(yi)上，直到成(cheng)形(xing)(xing)了的(de)玻璃(li)溫(wen)(wen)度(du)(du)分(fen)布均勻(yun)化，將模(mo)(mo)具(ju)的(de)形(xing)(xing)狀精度(du)(du)作到0.1 μm，表(biao)面粗(cu)糙度(du)(du)作到0.01μm以(yi)(yi)下，在上述(shu)條件(jian)(jian)下加壓成(cheng)形(xing)(xing)，能加工(gong)出(chu)和模(mo)(mo)具(ju)精度(du)(du)相(xiang)近的(de)零件(jian)(jian)。