1.引 言
如(ru)今(jin)我(wo)們不難發(fa)現，軍用(yong)(yong)(yong)武(wu)器系(xi)統中(zhong)幾乎都(dou)裝備有(you)各(ge)(ge)種各(ge)(ge)樣的(de)(de)光(guang)(guang)(guang)電傳(chuan)感(gan)器件(jian)，而在這些光(guang)(guang)(guang)電傳(chuan)感(gan)器件(jian)中(zhong)，或(huo)多(duo)或(huo)少都(dou)采(cai)用(yong)(yong)(yong)了(le)各(ge)(ge)種樣式的(de)(de)光(guang)(guang)(guang)學(xue)零(ling)(ling)件(jian)。從(cong)美(mei)(mei)國陸軍所作的(de)(de)一項(xiang)調查報告的(de)(de)材料中(zhong)我(wo)們知道(dao)，1980～1990年美(mei)(mei)國軍用(yong)(yong)(yong)激光(guang)(guang)(guang)和(he)(he)紅外熱成像產品所需要的(de)(de)各(ge)(ge)種光(guang)(guang)(guang)學(xue)零(ling)(ling)件(jian)就(jiu)有(you)114.77萬(wan)(wan)塊(kuai)，其中(zhong)球(qiu)面光(guang)(guang)(guang)學(xue)零(ling)(ling)件(jian)為(wei)(wei)63.59萬(wan)(wan)塊(kuai)，非(fei)球(qiu)面光(guang)(guang)(guang)學(xue)零(ling)(ling)件(jian)為(wei)(wei)23.46萬(wan)(wan)塊(kuai)，平面光(guang)(guang)(guang)學(xue)零(ling)(ling)件(jian)為(wei)(wei)18.1萬(wan)(wan)塊(kuai)，多(duo)面體掃瞄鏡(jing)為(wei)(wei)9.62萬(wan)(wan)塊(kuai)。拿(na)M1坦克(ke)為(wei)(wei)例，其大約使用(yong)(yong)(yong)了(le)90塊(kuai)透(tou)鏡(jing)、30塊(kuai)棱鏡(jing)以及(ji)各(ge)(ge)種反射鏡(jing)、窗(chuang)口(kou)和(he)(he)激光(guang)(guang)(guang)元件(jian)。又(you)如(ru)一具小小的(de)(de)AN/AVS-6飛行員(yuan)夜視眼鏡(jing)就(jiu)采(cai)用(yong)(yong)(yong)了(le)9塊(kuai)非(fei)球(qiu)面光(guang)(guang)(guang)學(xue)零(ling)(ling)件(jian)和(he)(he)2塊(kuai)球(qiu)面光(guang)(guang)(guang)學(xue)零(ling)(ling)件(jian)。
從70年(nian)(nian)代開始，以(yi)紅外(wai)熱成像和(he)高(gao)能激光(guang)為(wei)代表(biao)的(de)軍用(yong)(yong)光(guang)學(xue)技(ji)(ji)(ji)術(shu)迅速發(fa)展。軍用(yong)(yong)光(guang)學(xue)系統不但要求(qiu)成像質量好，而且要求(qiu)體(ti)積小、重量輕、結(jie)構(gou)簡單。這對光(guang)學(xue)加(jia)(jia)工(gong)行(xing)業是一個嚴峻考(kao)驗(yan)。為(wei)了跟上(shang)時(shi)代發(fa)展的(de)步(bu)伐，設計和(he)制(zhi)作出質地(di)優良的(de)光(guang)學(xue)成像系統，光(guang)學(xue)零(ling)(ling)件(jian)加(jia)(jia)工(gong)行(xing)業于70年(nian)(nian)代開展了大規(gui)模技(ji)(ji)(ji)術(shu)革命和(he)創(chuang)新(xin)(xin)活動，研究開發(fa)出許多新(xin)(xin)的(de)光(guang)學(xue)零(ling)(ling)件(jian)加(jia)(jia)工(gong)方(fang)法(fa)，如非球面光(guang)學(xue)零(ling)(ling)件(jian)的(de)加(jia)(jia)工(gong)法(fa)。近(jin)10多年(nian)(nian)來(lai)，新(xin)(xin)的(de)光(guang)學(xue)零(ling)(ling)件(jian)加(jia)(jia)工(gong)技(ji)(ji)(ji)術(shu)得(de)到進(jin)一步(bu)地(di)推(tui)廣和(he)普及。目前，國(guo)外(wai)較為(wei)普遍采(cai)用(yong)(yong)的(de)光(guang)學(xue)零(ling)(ling)件(jian)加(jia)(jia)工(gong)技(ji)(ji)(ji)術(shu)主要有(you)：
計算機(ji)(ji)數控單點金剛(gang)石車削技(ji)術(shu)(shu)、光學(xue)玻璃透鏡(jing)模壓成型(xing)技(ji)術(shu)(shu)、光學(xue)塑料成型(xing)技(ji)術(shu)(shu)、計算機(ji)(ji)數控研磨和拋(pao)光技(ji)術(shu)(shu)、環氧樹脂(zhi)復制(zhi)技(ji)術(shu)(shu)、電鑄成型(xing)技(ji)術(shu)(shu)……以及傳統的研磨拋(pao)光技(ji)術(shu)(shu)等。
2.計算機數(shu)控單點(dian)金(jin)剛石(shi)車削技術
計算機(ji)數(shu)控(kong)(kong)單(dan)點(dian)(dian)金剛石車(che)削技術(shu)，是(shi)(shi)由(you)美國(guo)國(guo)防科研(yan)機(ji)構于60年代率(lv)先(xian)開發、80年代得以推廣應用(yong)(yong)(yong)的(de)非球面光(guang)(guang)學(xue)零件(jian)加(jia)工(gong)技術(shu)。它是(shi)(shi)在超精(jing)(jing)密(mi)數(shu)控(kong)(kong)車(che)床上(shang)，采(cai)用(yong)(yong)(yong)天然單(dan)晶金剛石刀(dao)具，在對機(ji)床和加(jia)工(gong)環境進行精(jing)(jing)確控(kong)(kong)制條件(jian)下，直接(jie)利用(yong)(yong)(yong)金剛石刀(dao)具單(dan)點(dian)(dian)車(che)削加(jia)工(gong)出符合光(guang)(guang)學(xue)質量(liang)要(yao)求的(de)非球面光(guang)(guang)學(xue)零件(jian)。該(gai)技術(shu)主(zhu)要(yao)用(yong)(yong)(yong)于加(jia)工(gong)中小(xiao)尺寸、中等批(pi)量(liang)的(de)紅外晶體(ti)和金屬材料(liao)的(de)光(guang)(guang)學(xue)零件(jian)，其特點(dian)(dian)是(shi)(shi)生產(chan)效率(lv)高(gao)、加(jia)工(gong)精(jing)(jing)度(du)高(gao)、重復性(xing)好、適合批(pi)量(liang)生產(chan)、加(jia)工(gong)成本比(bi)傳統的(de)加(jia)工(gong)技術(shu)明顯降低。采(cai)用(yong)(yong)(yong)該(gai)項金剛石車(che)削技術(shu)加(jia)工(gong)出來的(de)直徑120mm以下的(de)光(guang)(guang)學(xue)零件(jian)，面形(xing)精(jing)(jing)度(du)達(da)l/2～1l，表面粗糙(cao)度(du)的(de)均方根值(zhi)為(wei)0.02～0.06mm。
目前，采用金(jin)剛石車削技術可以加(jia)工的材料有(you)：有(you)色(se)金(jin)屬、鍺、塑(su)料、紅外(wai)光學(xue)晶(jing)體(碲鎘(ge)汞、銻化(hua)(hua)(hua)鎘(ge)、多晶(jing)硅、硫化(hua)(hua)(hua)鋅、硒化(hua)(hua)(hua)鋅、氯(lv)(lv)化(hua)(hua)(hua)納、氯(lv)(lv)化(hua)(hua)(hua)鉀、氯(lv)(lv)化(hua)(hua)(hua)鍶、氟化(hua)(hua)(hua)鎂、氟化(hua)(hua)(hua)鈣、鈮酸(suan)鋰、KDK晶(jing)體)無電(dian)鎳(nie)、鈹銅、鍺基(ji)硫族化(hua)(hua)(hua)合物玻璃(li)等。上述材料均可直(zhi)(zhi)接達(da)到光學(xue)表面質量要(yao)(yao)求。此技術還可加(jia)工玻璃(li)、鈦、鎢等材料，但是(shi)目前還不能直(zhi)(zhi)接達(da)到光學(xue)表面質量要(yao)(yao)求，需(xu)要(yao)(yao)進(jin)一部研磨(mo)拋光。
計算機數控單(dan)點(dian)金剛石車削技術除了(le)可以(yi)用來(lai)直(zhi)接(jie)加(jia)(jia)工(gong)(gong)球(qiu)面(mian)、非球(qiu)面(mian)光(guang)(guang)(guang)(guang)學(xue)零(ling)(ling)件外，還(huan)可以(yi)用來(lai)加(jia)(jia)工(gong)(gong)各種光(guang)(guang)(guang)(guang)學(xue)零(ling)(ling)件的(de)(de)成(cheng)型(xing)(xing)模(mo)(mo)(mo)具(ju)(ju)和光(guang)(guang)(guang)(guang)學(xue)零(ling)(ling)件機體，例(li)如加(jia)(jia)工(gong)(gong)玻(bo)璃模(mo)(mo)(mo)壓成(cheng)型(xing)(xing)模(mo)(mo)(mo)具(ju)(ju)、復制(zhi)模(mo)(mo)(mo)具(ju)(ju)、光(guang)(guang)(guang)(guang)學(xue)塑料(liao)注(zhu)射成(cheng)型(xing)(xing)模(mo)(mo)(mo)具(ju)(ju)和加(jia)(jia)工(gong)(gong)復制(zhi)環氧(yang)樹(shu)脂(zhi)光(guang)(guang)(guang)(guang)學(xue)零(ling)(ling)件用的(de)(de)機體等(deng)。該技術與離子(zi)束拋光(guang)(guang)(guang)(guang)技術相結合(he)(he)，可以(yi)加(jia)(jia)工(gong)(gong)高精度(du)非球(qiu)面(mian)光(guang)(guang)(guang)(guang)學(xue)零(ling)(ling)件;與鍍硬碳膜工(gong)(gong)藝和環氧(yang)樹(shu)脂(zhi)復制(zhi)技術相結合(he)(he)，可生產較為便(bian)宜的(de)(de)精密(mi)非球(qiu)面(mian)反射鏡和透鏡。假若在金剛石車床上增(zeng)加(jia)(jia)磨削附件或采(cai)用陶瓷刀具(ju)(ju)、安裝精密(mi)夾具(ju)(ju)和采(cai)用在-100℃低溫進行(xing)金剛石切削等(deng)措施，此(ci)項(xiang)技術的(de)(de)應用范圍將可進一步(bu)擴大。目前，美(mei)國(guo)亞里桑那大學(xue)光(guang)(guang)(guang)(guang)學(xue)中心(xin)已經使用該技術取代了(le)傳統的(de)(de)手工(gong)(gong)加(jia)(jia)工(gong)(gong)工(gong)(gong)藝，但加(jia)(jia)工(gong)(gong)玻(bo)璃光(guang)(guang)(guang)(guang)學(xue)零(ling)(ling)件時(shi)，還(huan)不能直(zhi)接(jie)磨削成(cheng)符合(he)(he)質量(liang)要求的(de)(de)光(guang)(guang)(guang)(guang)學(xue)鏡面(mian)，仍然需要進行(xing)柔性拋光(guang)(guang)(guang)(guang)。
單點金剛石車(che)削光學零件技術經濟(ji)效果非(fei)常明顯，例(li)如加(jia)(jia)工(gong)一個直徑100mm的(de)90°離軸拋(pao)物面(mian)鏡，若用(yong)傳統的(de)研(yan)磨拋(pao)光工(gong)藝(yi)方法加(jia)(jia)工(gong)，面(mian)形(xing)精度最高達到3mm(5l)，加(jia)(jia)工(gong)時(shi)間需要12個月(yue)，每(mei)一個拋(pao)物面(mian)鏡的(de)加(jia)(jia)工(gong)成(cheng)本為(wei)5萬美元(yuan)。
而采用(yong)(yong)(yong)金剛(gang)石車(che)削方法，3個(ge)星(xing)期就能完成，加(jia)(jia)工(gong)(gong)成本只有0.4萬美(mei)(mei)(mei)元，面(mian)形精度可達0.6μm(1λ)。美(mei)(mei)(mei)國霍(huo)尼韋爾(er)公司就用(yong)(yong)(yong)這種(zhong)技術加(jia)(jia)工(gong)(gong)AN/AAD-5紅外偵察裝置的(de)(de)4面(mian)體掃描轉(zhuan)鏡(jing)。轉(zhuan)鏡(jing)的(de)(de)每一(yi)面(mian)尺寸為(wei)88.9\’’203.2mm，每面(mian)的(de)(de)平直(zhi)(zhi)度要(yao)求為(wei)l/2，角精度為(wei)90°±42。用(yong)(yong)(yong)一(yi)臺車(che)床，15個(ge)月就加(jia)(jia)工(gong)(gong)出了124個(ge)掃描旋(xuan)(xuan)(xuan)轉(zhuan)反射(she)鏡(jing)，質(zhi)量(liang)均(jun)達到了設(she)計(ji)(ji)技術要(yao)求。每個(ge)旋(xuan)(xuan)(xuan)轉(zhuan)反射(she)鏡(jing)比用(yong)(yong)(yong)傳(chuan)統的(de)(de)加(jia)(jia)工(gong)(gong)方法加(jia)(jia)工(gong)(gong)節約(yue)費用(yong)(yong)(yong)2770美(mei)(mei)(mei)元。霍(huo)尼韋爾(er)公司用(yong)(yong)(yong)這種(zhong)工(gong)(gong)藝(yi)生產了200個(ge)4面(mian)體旋(xuan)(xuan)(xuan)轉(zhuan)鏡(jing)，共(gong)計(ji)(ji)節約(yue)近90萬美(mei)(mei)(mei)元。而且(qie)還為(wei)AN/AAD-5紅外偵察裝置加(jia)(jia)工(gong)(gong)了10萬個(ge)平面(mian)反射(she)鏡(jing)，節約(yue)費用(yong)(yong)(yong)1千多(duo)萬美(mei)(mei)(mei)元。在1980~1990年這10年間，平面(mian)(50\’’50mm)、多(duo)面(mian)體(直(zhi)(zhi)徑90mm)、球(qiu)面(mian)(直(zhi)(zhi)徑100mm)、非球(qiu)面(mian)(直(zhi)(zhi)徑125mm)等4種(zhong)軍用(yong)(yong)(yong)光學(xue)零件的(de)(de)加(jia)(jia)工(gong)(gong)費用(yong)(yong)(yong)，按保守(shou)的(de)(de)經濟效果計(ji)(ji)算，美(mei)(mei)(mei)國防部(bu)就總計(ji)(ji)節省約(yue)4億美(mei)(mei)(mei)元。
金(jin)(jin)(jin)(jin)剛(gang)(gang)(gang)(gang)石(shi)(shi)(shi)車(che)削(xue)機(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)是(shi)金(jin)(jin)(jin)(jin)剛(gang)(gang)(gang)(gang)石(shi)(shi)(shi)車(che)削(xue)工(gong)藝的(de)(de)(de)關(guan)鍵(jian)技術(shu)，沒有(you)金(jin)(jin)(jin)(jin)剛(gang)(gang)(gang)(gang)石(shi)(shi)(shi)車(che)削(xue)機(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)，就不(bu)可(ke)能實(shi)現金(jin)(jin)(jin)(jin)剛(gang)(gang)(gang)(gang)石(shi)(shi)(shi)車(che)削(xue)加(jia)工(gong)光(guang)學(xue)零(ling)件新工(gong)藝。金(jin)(jin)(jin)(jin)剛(gang)(gang)(gang)(gang)石(shi)(shi)(shi)車(che)削(xue)機(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)屬于高精(jing)(jing)(jing)密(mi)機(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)，機(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)的(de)(de)(de)主軸(zhou)(zhou)精(jing)(jing)(jing)度和(he)溜(liu)板(ban)運(yun)(yun)動(dong)精(jing)(jing)(jing)度比一(yi)般的(de)(de)(de)機(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)要高出幾(ji)個數量(liang)級，主軸(zhou)(zhou)軸(zhou)(zhou)承和(he)溜(liu)板(ban)導軌通(tong)常采用空氣軸(zhou)(zhou)承和(he)油壓靜力支承結(jie)構(gou)，機(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)運(yun)(yun)動(dong)部件的(de)(de)(de)相對位置(zhi)采用激光(guang)位移測量(liang)裝置(zhi)測定(ding)。在工(gong)件加(jia)工(gong)的(de)(de)(de)整個過程中(zhong)，采用激光(guang)干涉儀測量(liang)工(gong)件的(de)(de)(de)面(mian)形誤(wu)差(cha)。車(che)床(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)上(shang)裝有(you)反饋(kui)裝置(zhi)，可(ke)以補償運(yun)(yun)動(dong)誤(wu)差(cha)。金(jin)(jin)(jin)(jin)剛(gang)(gang)(gang)(gang)石(shi)(shi)(shi)車(che)床(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)的(de)(de)(de)主要生(sheng)(sheng)產(chan)(chan)廠(chang)家是(shi)美國的(de)(de)(de)莫(mo)爾(er)精(jing)(jing)(jing)密(mi)機(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)公(gong)(gong)司(si)(si)(si)和(he)普(pu)(pu)奈莫(mo)精(jing)(jing)(jing)密(mi)公(gong)(gong)司(si)(si)(si)。進入90年代后，日(ri)本東芝機(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)械公(gong)(gong)司(si)(si)(si)也開始生(sheng)(sheng)產(chan)(chan)這種車(che)床(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)。莫(mo)爾(er)精(jing)(jing)(jing)密(mi)機(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)公(gong)(gong)司(si)(si)(si)生(sheng)(sheng)產(chan)(chan)銷(xiao)售(shou)(shou)的(de)(de)(de)主要產(chan)(chan)品(pin)(pin)是(shi)Moore M-18、-40非球面(mian)加(jia)工(gong)機(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)，Moore T型(xing)床(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)身機(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)，Moore光(guang)學(xue)平面(mian)加(jia)工(gong)機(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)，Moore M-18油淋非球面(mian)加(jia)工(gong)機(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)等。普(pu)(pu)奈莫(mo)精(jing)(jing)(jing)密(mi)公(gong)(gong)司(si)(si)(si)生(sheng)(sheng)產(chan)(chan)出售(shou)(shou)的(de)(de)(de)產(chan)(chan)品(pin)(pin)主要有(you)MSG-325型(xing)、ASG-2500型(xing)、Nanoform600型(xing)、Ultra 2000型(xing)等金(jin)(jin)(jin)(jin)剛(gang)(gang)(gang)(gang)石(shi)(shi)(shi)車(che)床(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)。日(ri)本東芝機(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)械公(gong)(gong)司(si)(si)(si)生(sheng)(sheng)產(chan)(chan)出售(shou)(shou)產(chan)(chan)品(pin)(pin)是(shi)ULG-100A(H)金(jin)(jin)(jin)(jin)剛(gang)(gang)(gang)(gang)石(shi)(shi)(shi)車(che)床(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)。
金剛(gang)(gang)石(shi)車(che)床(chuang)(chuang)的(de)價(jia)格(ge)十分昂貴，而且還不(bu)斷提高(gao)。以MSG325型車(che)床(chuang)(chuang)為(wei)例，在80年代初每臺(tai)價(jia)為(wei)30～40萬美元，而到了(le)90年代初每臺(tai)價(jia)已升高(gao)到將近100萬美元。這個價(jia)格(ge)對用(yong)(yong)戶來(lai)說(shuo)是一個不(bu)小(xiao)的(de)經濟負擔，推廣普及應用(yong)(yong)有一定難(nan)度。因此，目前各(ge)國(guo)正(zheng)在積極研(yan)究開發低成本的(de)金剛(gang)(gang)石(shi)車(che)削(xue)(xue)機床(chuang)(chuang)。下面(mian)介紹(shao)幾種目前正(zheng)在推廣應用(yong)(yong)的(de)金剛(gang)(gang)石(shi)車(che)削(xue)(xue)機床(chuang)(chuang)。
(1)莫爾(er)M-18非球面加工機
莫爾M-18非球面(mian)(mian)(mian)(mian)加(jia)(jia)工(gong)機(ji)是一種3軸計算機(ji)數控超精(jing)密(mi)加(jia)(jia)工(gong)系(xi)統，可以(yi)使用(yong)(yong)單點(dian)金剛(gang)(gang)石(shi)刀(dao)具(ju)車(che)(che)削(xue)，也可以(yi)使用(yong)(yong)磨輪磨削(xue)，既能加(jia)(jia)工(gong)各種高(gao)精(jing)度平面(mian)(mian)(mian)(mian)、球面(mian)(mian)(mian)(mian)和非球面(mian)(mian)(mian)(mian)光(guang)學(xue)零件，又能加(jia)(jia)工(gong)模(mo)具(ju)表面(mian)(mian)(mian)(mian)和其它(ta)表面(mian)(mian)(mian)(mian)。金剛(gang)(gang)石(shi)車(che)(che)削(xue)和磨輪磨削(xue)相(xiang)結合，擴大了(le)機(ji)床(chuang)的加(jia)(jia)工(gong)能力(li)。例(li)如加(jia)(jia)工(gong)精(jing)密(mi)模(mo)具(ju)，在一臺這(zhe)樣的金剛(gang)(gang)石(shi)車(che)(che)床(chuang)就能將其加(jia)(jia)工(gong)完成。首先使用(yong)(yong)磨輪在模(mo)具(ju)基體上加(jia)(jia)工(gong)出(chu)公(gong)差(cha)一致的面(mian)(mian)(mian)(mian)形，然后鍍制(zhi)(zhi)無電鎳，最后使用(yong)(yong)單點(dian)金剛(gang)(gang)石(shi)刀(dao)具(ju)，車(che)(che)削(xue)無電鎳表面(mian)(mian)(mian)(mian)，完成模(mo)具(ju)的精(jing)加(jia)(jia)工(gong)。該(gai)加(jia)(jia)工(gong)機(ji)床(chuang)采用(yong)(yong)了(le)Allen-Bradley7320型(xing)(xing)、8200型(xing)(xing)或通(tong)用(yong)(yong)電器公(gong)司2000型(xing)(xing)計算機(ji)數控系(xi)統，車(che)(che)床(chuang)的位置控制(zhi)(zhi)采用(yong)(yong)了(le)Newlett-Packard5501A型(xing)(xing)激光(guang)傳感器系(xi)統。莫爾M-18機(ji)床(chuang)的主要(yao)技術性能指標(biao)如下：
X軸(zhou)行程(cheng)(cheng)410mm;Z軸(zhou)行程(cheng)(cheng)230mm;空氣軸(zhou)承主軸(zhou)中心到工作(zuo)臺面的(de)距(ju)離為(wei)(wei)292mm，到旋轉工作(zuo)臺面的(de)距(ju)離為(wei)(wei)178mm;X軸(zhou)和Z軸(zhou)在(zai)(zai)(zai)全(quan)部行程(cheng)(cheng)上(shang)的(de)直(zhi)線性(xing)為(wei)(wei)0.5mm;X軸(zhou)和Z軸(zhou)在(zai)(zai)(zai)全(quan)部行程(cheng)(cheng)上(shang)的(de)垂(chui)直(zhi)度(du)(du)為(wei)(wei)1μrad;X軸(zhou)Z軸(zhou)在(zai)(zai)(zai)全(quan)部行程(cheng)(cheng)上(shang)的(de)偏向(xiang)角為(wei)(wei)0.5μrads;X軸(zhou)Z軸(zhou)全(quan)部行程(cheng)(cheng)上(shang)的(de)定位(wei)精(jing)(jing)度(du)(du)1.5mm;X軸(zhou)和Z軸(zhou)每25.4mm行程(cheng)(cheng)的(de)定位(wei)精(jing)(jing)度(du)(du)為(wei)(wei)0.5mm;B軸(zhou)旋轉360°時的(de)角度(du)(du)偏差為(wei)(wei)±3μrads;X軸(zhou)和Z軸(zhou)的(de)讀數(shu)精(jing)(jing)度(du)(du)為(wei)(wei)5mm;B軸(zhou)的(de)讀數(shu)精(jing)(jing)度(du)(du)為(wei)(wei)1.3μrads;主軸(zhou)的(de)軸(zhou)向(xiang)誤差為(wei)(wei)0.05mm，徑向(xiang)誤差為(wei)(wei)0.2mrad;機(ji)床(chuang)的(de)體(ti)積(高\’’長(chang)\’’寬)為(wei)(wei)1778\’’2032\’’1800mm。
(2)普奈莫MSG-325型金剛石車(che)床
普奈莫MSG-325型(xing)金剛石車床是計算機(ji)數控(kong)型(xing)雙軸(zhou)金剛石車床。機(ji)床采(cai)用(yong)一個(ge)重6t的花(hua)(hua)崗巖底座，花(hua)(hua)崗巖底座裝在(zai)壓縮空(kong)氣墊上用(yong)于隔(ge)離振動，使(shi)振動減(jian)小到2Hz。X和(he)Z溜板(ban)都安(an)裝在(zai)花(hua)(hua)崗巖底座上，兩(liang)(liang)個(ge)溜板(ban)相互垂(chui)直安(an)裝，在(zai)整個(ge)行(xing)程上的垂(chui)直精度(du)在(zai)0.76mm以(yi)內。X溜板(ban)上裝有一個(ge)可以(yi)互換的刀架，Z溜板(ban)上裝有一個(ge)空(kong)氣軸(zhou)承主軸(zhou)。兩(liang)(liang)個(ge)溜板(ban)的運(yun)動的精確位置用(yong)一個(ge)激光傳感器(qi)系統(tong)測定(ding)，精度(du)為(wei)0.025mm。
該機床(chuang)可以加(jia)工紅外和可見光(guang)波(bo)段應用的(de)各種(zhong)球(qiu)面(mian)(mian)和非(fei)球(qiu)面(mian)(mian)透鏡(jing)(jing)、菲涅耳透鏡(jing)(jing)、反射鏡(jing)(jing)、偏軸圓錐截面(mian)(mian)鏡(jing)(jing)、多面(mian)(mian)體反射鏡(jing)(jing)以及精密錄像鏡(jing)(jing)頭等光(guang)學零件(jian)。在光(guang)學零件(jian)加(jia)工過程(cheng)中(zhong)，可采用激光(guang)干涉(she)儀對加(jia)工件(jian)進行(xing)面(mian)(mian)形非(fei)接觸測量。機床(chuang)的(de)主(zhu)要技(ji)術性(xing)能指(zhi)標如(ru)下：
機床(chuang)的(de)(de)主(zhu)軸(zhou)采用空氣軸(zhou)承，在1000轉(zhuan)/min時，在前端(duan)測量，其(qi)徑(jing)(jing)向(xiang)和(he)軸(zhou)向(xiang)跳動(dong)均為(wei)0.1mm;驅動(dong)馬(ma)(ma)達(da)為(wei)1/3HP100～2400轉(zhuan)/min直流伺伏服(fu)馬(ma)(ma)達(da);采用空氣軸(zhou)承的(de)(de)X溜(liu)板(ban)的(de)(de)名義(yi)尺寸為(wei)609\’’762mm，最大(da)行(xing)程為(wei)304mm，最大(da)移動(dong)速度20cm/min，水平(ping)方向(xiang)運(yun)動(dong)誤(wu)差(cha)0.5mm，垂直方向(xiang)運(yun)動(dong)誤(wu)差(cha)1.27mm，精(jing)密絲(si)杠驅動(dong)馬(ma)(ma)達(da)1HP0～2500轉(zhuan)/min;Z溜(liu)板(ban)最大(da)行(xing)程為(wei)203mm，其(qi)它性能指標(biao)均與X溜(liu)板(ban)的(de)(de)相同;加工(gong)(gong)(gong)工(gong)(gong)(gong)件的(de)(de)直徑(jing)(jing)，正常機床(chuang)結構(gou)(gou)的(de)(de)為(wei)356mm，大(da)孔徑(jing)(jing)機床(chuang)結構(gou)(gou)的(de)(de)為(wei)560mm;加工(gong)(gong)(gong)工(gong)(gong)(gong)件的(de)(de)最大(da)加工(gong)(gong)(gong)深度204mm;工(gong)(gong)(gong)件直徑(jing)(jing)為(wei)150mm時，加工(gong)(gong)(gong)工(gong)(gong)(gong)件的(de)(de)面形(xing)精(jing)度可達(da)l/2。
(3)ULG-100A(H)型超精(jing)密非球(qiu)面金剛石車床(chuang)
該機(ji)(ji)床(chuang)是(shi)日本東芝機(ji)(ji)械公司90年(nian)(nian)代產品，從1992年(nian)(nian)6月開始，每月生產2臺，每臺機(ji)(ji)床(chuang)售價5000萬(wan)日元。機(ji)(ji)床(chuang)主軸(zhou)采(cai)用(yong)高剛(gang)性超精密空氣靜軸(zhou)承(cheng)，機(ji)(ji)床(chuang)數控裝置具(ju)(ju)有反饋功能(neng)(neng)。它(ta)可加(jia)工(gong)各(ge)種(zhong)光學(xue)零件和非球面(mian)透(tou)鏡模(mo)壓成(cheng)型用(yong)金(jin)屬模(mo)具(ju)(ju)。加(jia)工(gong)精度可達0.01mm。模(mo)壓成(cheng)型金(jin)屬模(mo)具(ju)(ju)利用(yong)金(jin)剛(gang)石刀具(ju)(ju)和磨輪進行車削和研(yan)磨加(jia)工(gong)，能(neng)(neng)達到鏡面(mian)質(zhi)量。機(ji)(ji)床(chuang)的主要(yao)技(ji)術性能(neng)(neng)指標(biao)如下：
機(ji)床的X軸(zhou)(zhou)(zhou)(研(yan)磨(mo)輪(lun)軸(zhou)(zhou)(zhou))最大行程為(wei)150mm;Z軸(zhou)(zhou)(zhou)(工(gong)件軸(zhou)(zhou)(zhou))最大行程為(wei)100mm;研(yan)磨(mo)輪(lun)軸(zhou)(zhou)(zhou)最高轉(zhuan)(zhuan)速為(wei)40000轉(zhuan)(zhuan)/min;研(yan)磨(mo)輪(lun)馬(ma)達1kW/40000轉(zhuan)(zhuan)/min;工(gong)件軸(zhou)(zhou)(zhou)轉(zhuan)(zhuan)速20~1500轉(zhuan)(zhuan)/min;工(gong)件軸(zhou)(zhou)(zhou)馬(ma)達0.25kW/3000轉(zhuan)(zhuan)/min;研(yan)磨(mo)輪(lun)主軸(zhou)(zhou)(zhou)軸(zhou)(zhou)(zhou)向和徑(jing)向跳(tiao)動(dong)0.05mm;工(gong)件主軸(zhou)(zhou)(zhou)軸(zhou)(zhou)(zhou)向和徑(jing)向跳(tiao)動(dong)0.05mm;X軸(zhou)(zhou)(zhou)移動(dong)直線性0.1mm/150mm;Z軸(zhou)(zhou)(zhou)移動(dong)直線性0.1mm/100mm。
3.光學(xue)玻璃透鏡模(mo)壓成型(xing)技術
光(guang)(guang)學(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)玻(bo)(bo)(bo)璃(li)透鏡模壓(ya)成型技術(shu)(shu)是一(yi)種高(gao)精度(du)光(guang)(guang)學(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)元件加(jia)工技術(shu)(shu)，它(ta)是把軟化(hua)(hua)的(de)(de)(de)(de)玻(bo)(bo)(bo)璃(li)放(fang)入高(gao)精度(du)的(de)(de)(de)(de)模具中，在(zai)加(jia)溫加(jia)壓(ya)和(he)無氧的(de)(de)(de)(de)條件下，一(yi)次性(xing)直(zhi)接(jie)模壓(ya)成型出達到(dao)使用(yong)要求的(de)(de)(de)(de)光(guang)(guang)學(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)零(ling)(ling)(ling)(ling)(ling)件。這項技術(shu)(shu)自80年(nian)代(dai)中期(qi)開發(fa)成功(gong)至今已有十幾年(nian)的(de)(de)(de)(de)歷史了(le)(le)，現在(zai)已成為國際(ji)上最先進的(de)(de)(de)(de)光(guang)(guang)學(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)零(ling)(ling)(ling)(ling)(ling)件制造(zao)技術(shu)(shu)方(fang)法之(zhi)一(yi)，在(zai)許多國家已進入生產實用(yong)階(jie)段。這項技術(shu)(shu)的(de)(de)(de)(de)普及(ji)推廣應(ying)用(yong)是光(guang)(guang)學(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)行業(ye)在(zai)光(guang)(guang)學(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)玻(bo)(bo)(bo)璃(li)零(ling)(ling)(ling)(ling)(ling)件加(jia)工方(fang)面的(de)(de)(de)(de)重大革命。由(you)于此(ci)項技術(shu)(shu)能夠直(zhi)接(jie)壓(ya)制成型精密(mi)的(de)(de)(de)(de)非球面光(guang)(guang)學(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)零(ling)(ling)(ling)(ling)(ling)件，從(cong)此(ci)便開創(chuang)了(le)(le)光(guang)(guang)學(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)儀器可以(yi)廣泛采用(yong)非球面玻(bo)(bo)(bo)璃(li)光(guang)(guang)學(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)零(ling)(ling)(ling)(ling)(ling)件的(de)(de)(de)(de)時代(dai)。因此(ci)，也給(gei)光(guang)(guang)電儀器的(de)(de)(de)(de)光(guang)(guang)學(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)系統設計帶來(lai)了(le)(le)新的(de)(de)(de)(de)變化(hua)(hua)和(he)發(fa)展，不(bu)僅(jin)使光(guang)(guang)學(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)儀器縮小了(le)(le)體(ti)積、減少了(le)(le)重量、節省了(le)(le)材料、減少了(le)(le)光(guang)(guang)學(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)零(ling)(ling)(ling)(ling)(ling)件鍍膜和(he)工件裝配的(de)(de)(de)(de)工作量、降低了(le)(le)成本(ben)，而且還改善了(le)(le)光(guang)(guang)學(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)儀器的(de)(de)(de)(de)性(xing)能，提高(gao)了(le)(le)光(guang)(guang)學(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)成像的(de)(de)(de)(de)質量。
光(guang)學玻璃(li)模壓(ya)成(cheng)型法制造光(guang)學零(ling)件(jian)有如下優(you)點：①不需(xu)要傳統的(de)(de)(de)粗磨、精(jing)(jing)磨、拋光(guang)、磨邊定中(zhong)心等(deng)工(gong)序，就能(neng)使零(ling)件(jian)達到較高(gao)的(de)(de)(de)尺(chi)寸精(jing)(jing)度(du)(du)、面(mian)形精(jing)(jing)度(du)(du)和(he)表面(mian)粗糙度(du)(du);②能(neng)夠節省大量的(de)(de)(de)生(sheng)產(chan)設(she)備、工(gong)裝(zhuang)輔(fu)料、廠房面(mian)積和(he)熟(shu)練的(de)(de)(de)技術(shu)工(gong)人，使一(yi)個小型車(che)間就可(ke)具備很(hen)高(gao)的(de)(de)(de)生(sheng)產(chan)力;③可(ke)很(hen)容(rong)易經濟地實(shi)現精(jing)(jing)密非球(qiu)面(mian)光(guang)學零(ling)件(jian)的(de)(de)(de)批量生(sheng)產(chan);④只要精(jing)(jing)確地控(kong)制模壓(ya)成(cheng)型過(guo)程中(zhong)的(de)(de)(de)溫度(du)(du)和(he)壓(ya)力等(deng)工(gong)藝參(can)數，就能(neng)保證(zheng)模壓(ya)成(cheng)型光(guang)學零(ling)件(jian)的(de)(de)(de)尺(chi)寸精(jing)(jing)度(du)(du)和(he)重復精(jing)(jing)度(du)(du);⑤可(ke)以模壓(ya)小型非球(qiu)面(mian)透(tou)鏡(jing)陣列(lie);⑥光(guang)學零(ling)件(jian)和(he)安裝(zhuang)基(ji)準件(jian)可(ke)以制成(cheng)一(yi)個整體。
目(mu)前(qian)批(pi)量生產的模壓成(cheng)型非球(qiu)面(mian)光學(xue)零件(jian)的直徑(jing)為(wei)(wei)2～50mm，直徑(jing)公差(cha)為(wei)(wei)±0.01mm;厚度(du)(du)(du)為(wei)(wei)0.4～25mm，厚度(du)(du)(du)公差(cha)為(wei)(wei)±0.01mm;曲率半徑(jing)可(ke)達5mm;面(mian)形精(jing)度(du)(du)(du)為(wei)(wei)1.5λ，表面(mian)粗糙度(du)(du)(du)符(fu)合(he)美國(guo)軍標為(wei)(wei)80-50;折(zhe)射(she)率可(ke)控(kong)制(zhi)到±5×10-4mm，折(zhe)射(she)均(jun)勻性可(ke)以控(kong)制(zhi)到<5×10-6mm;雙折(zhe)射(she)小于0.01λ/cm。
現在，世界上已掌(zhang)握(wo)這(zhe)項先進(jin)玻(bo)璃(li)光學零件制造技術的(de)著名公(gong)司和廠家有美國的(de)柯達(da)、康寧公(gong)司，日本(ben)的(de)大原、保(bao)谷、歐(ou)林巴斯(si)、松下(xia)公(gong)司，德(de)國的(de)蔡司公(gong)司和荷蘭的(de)菲利浦公(gong)司等。
玻璃(li)光學零件模壓成(cheng)型技術是一項綜合技術，需要設計專用的(de)模壓機床(chuang)，采用高質量的(de)模具和選用合理的(de)工藝參數。成(cheng)型的(de)方法，玻璃(li)的(de)種類(lei)和毛坯，模具材料與(yu)模具制作，都是玻璃(li)模壓成(cheng)型中的(de)關鍵技術。
3.1.成型方法
玻璃之所(suo)以能夠精(jing)密(mi)模壓成型，主要是因為開發了與(yu)軟化(hua)的(de)玻璃不發生粘連的(de)模具材料(liao)。
原來(lai)(lai)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)玻(bo)璃(li)(li)(li)(li)透鏡(jing)模(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)壓(ya)成(cheng)(cheng)(cheng)型法(fa)，是(shi)(shi)將(jiang)熔(rong)融(rong)(rong)狀態的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)光學玻(bo)璃(li)(li)(li)(li)毛坯(pi)倒入高(gao)于(yu)玻(bo)璃(li)(li)(li)(li)轉化(hua)點(dian)50℃以上的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)低(di)溫(wen)(wen)模(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)具(ju)(ju)(ju)中加(jia)(jia)(jia)壓(ya)成(cheng)(cheng)(cheng)形(xing)(xing)。這(zhe)(zhe)種(zhong)方(fang)(fang)法(fa)不僅容易發(fa)生(sheng)玻(bo)璃(li)(li)(li)(li)粘(zhan)連在(zai)模(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)具(ju)(ju)(ju)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)模(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)面(mian)(mian)上，而(er)且(qie)產(chan)(chan)品還容易產(chan)(chan)生(sheng)氣(qi)(qi)孔和(he)冷(leng)(leng)模(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)痕跡(皺紋(wen))，不易獲得理想的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)形(xing)(xing)狀和(he)面(mian)(mian)形(xing)(xing)精(jing)度。后來(lai)(lai)，采用特殊材(cai)料精(jing)密加(jia)(jia)(jia)工成(cheng)(cheng)(cheng)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)壓(ya)型模(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)具(ju)(ju)(ju)，在(zai)無氧化(hua)氣(qi)(qi)氛的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)環境中，將(jiang)玻(bo)璃(li)(li)(li)(li)和(he)模(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)具(ju)(ju)(ju)一(yi)(yi)起(qi)(qi)加(jia)(jia)(jia)熱升溫(wen)(wen)至(zhi)玻(bo)璃(li)(li)(li)(li)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)軟化(hua)點(dian)附(fu)近，在(zai)玻(bo)璃(li)(li)(li)(li)和(he)模(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)具(ju)(ju)(ju)大致處(chu)于(yu)相(xiang)同溫(wen)(wen)度條件(jian)(jian)下(xia)(xia)，利用模(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)具(ju)(ju)(ju)對(dui)玻(bo)璃(li)(li)(li)(li)施壓(ya)。接下(xia)(xia)來(lai)(lai)，在(zai)保持所(suo)施壓(ya)力的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)狀態下(xia)(xia)，一(yi)(yi)邊冷(leng)(leng)卻模(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)具(ju)(ju)(ju)，使(shi)其溫(wen)(wen)度降(jiang)至(zhi)玻(bo)璃(li)(li)(li)(li)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)轉化(hua)點(dian)以下(xia)(xia)(玻(bo)璃(li)(li)(li)(li)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)軟化(hua)點(dian)時的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)玻(bo)璃(li)(li)(li)(li)粘(zhan)度約(yue)為(wei)107。6泊(bo)(bo)，玻(bo)璃(li)(li)(li)(li)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)轉化(hua)點(dian)時的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)玻(bo)璃(li)(li)(li)(li)粘(zhan)度約(yue)為(wei)1013。4泊(bo)(bo))。這(zhe)(zhe)種(zhong)將(jiang)玻(bo)璃(li)(li)(li)(li)與(yu)模(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)具(ju)(ju)(ju)一(yi)(yi)起(qi)(qi)實施等溫(wen)(wen)加(jia)(jia)(jia)壓(ya)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)辦法(fa)叫等溫(wen)(wen)加(jia)(jia)(jia)壓(ya)法(fa)，是(shi)(shi)一(yi)(yi)種(zhong)比(bi)較(jiao)容易獲得高(gao)精(jing)度，即容易精(jing)密地將(jiang)模(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)具(ju)(ju)(ju)形(xing)(xing)狀表(biao)面(mian)(mian)復制下(xia)(xia)來(lai)(lai)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)方(fang)(fang)法(fa)。這(zhe)(zhe)種(zhong)玻(bo)璃(li)(li)(li)(li)光學零件(jian)(jian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)制造方(fang)(fang)法(fa)缺點(dian)是(shi)(shi)：加(jia)(jia)(jia)熱升溫(wen)(wen)、冷(leng)(leng)卻降(jiang)溫(wen)(wen)都需要很長(chang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)時間(jian)，因此生(sheng)產(chan)(chan)速(su)度很慢(man)。為(wei)了解(jie)決(jue)這(zhe)(zhe)個問題，于(yu)是(shi)(shi)對(dui)此方(fang)(fang)法(fa)進行了卓有成(cheng)(cheng)(cheng)效的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)改進，即在(zai)一(yi)(yi)個模(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)壓(ya)裝(zhuang)置中使(shi)用數個模(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)具(ju)(ju)(ju)，以提高(gao)生(sheng)產(chan)(chan)效率。然(ran)而(er)非(fei)球面(mian)(mian)模(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)具(ju)(ju)(ju)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)造價(jia)很高(gao)，采用多(duo)個模(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)具(ju)(ju)(ju)勢(shi)必造成(cheng)(cheng)(cheng)成(cheng)(cheng)(cheng)本過高(gao)。針(zhen)對(dui)這(zhe)(zhe)種(zhong)情況，進一(yi)(yi)步研究開(kai)(kai)發(fa)出與(yu)原來(lai)(lai)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)透鏡(jing)毛坯(pi)成(cheng)(cheng)(cheng)型條件(jian)(jian)比(bi)較(jiao)相(xiang)近一(yi)(yi)點(dian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)非(fei)等溫(wen)(wen)加(jia)(jia)(jia)壓(ya)法(fa)，借(jie)以提高(gao)每一(yi)(yi)個模(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)具(ju)(ju)(ju)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)生(sheng)產(chan)(chan)速(su)度和(he)模(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)具(ju)(ju)(ju)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)使(shi)用壽命。另外，還有人正在(zai)研究開(kai)(kai)發(fa)把由熔(rong)融(rong)(rong)爐中流出來(lai)(lai)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)玻(bo)璃(li)(li)(li)(li)直(zhi)接精(jing)密成(cheng)(cheng)(cheng)型的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)方(fang)(fang)法(fa)。
3.2.玻璃的種類和毛(mao)坯(pi)
玻(bo)(bo)璃(li)毛(mao)(mao)(mao)坯(pi)(pi)(pi)與模(mo)(mo)壓成(cheng)(cheng)型品的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)質量有(you)直接的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)關系。按道理，大(da)部分的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)光(guang)學玻(bo)(bo)璃(li)都可用(yong)來模(mo)(mo)壓成(cheng)(cheng)成(cheng)(cheng)型品。但是，軟化點(dian)高的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)玻(bo)(bo)璃(li)，由于(yu)成(cheng)(cheng)型溫(wen)(wen)(wen)度高，與模(mo)(mo)具稍微(wei)有(you)些反應，致使(shi)(shi)模(mo)(mo)具的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)使(shi)(shi)用(yong)壽命很短。所以，從模(mo)(mo)具材料容易選(xuan)擇、模(mo)(mo)具的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)使(shi)(shi)用(yong)壽命能(neng)夠(gou)延(yan)長的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)觀點(dian)出發(fa)，應開(kai)發(fa)適(shi)合低溫(wen)(wen)(wen)(600℃左右)條件下(xia)模(mo)(mo)壓成(cheng)(cheng)型的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)玻(bo)(bo)璃(li)。然而，開(kai)發(fa)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)適(shi)合低溫(wen)(wen)(wen)模(mo)(mo)壓成(cheng)(cheng)型的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)玻(bo)(bo)璃(li)必需(xu)符合能(neng)夠(gou)廉價地制造毛(mao)(mao)(mao)坯(pi)(pi)(pi)和不含有(you)污(wu)染環(huan)境的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)物質(如PbO、As2O3)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)要求。對(dui)模(mo)(mo)壓成(cheng)(cheng)型使(shi)(shi)用(yong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)玻(bo)(bo)璃(li)毛(mao)(mao)(mao)坯(pi)(pi)(pi)是有(you)要求的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)：①壓型前毛(mao)(mao)(mao)坯(pi)(pi)(pi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)表面一(yi)定(ding)要保持十分光(guang)滑和清潔(jie);②呈適(shi)當的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)幾何(he)形(xing)狀(zhuang);③有(you)所需(xu)要的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)容量。毛(mao)(mao)(mao)坯(pi)(pi)(pi)一(yi)般(ban)都選(xuan)用(yong)球(qiu)形(xing)、圓餅形(xing)或球(qiu)面形(xing)狀(zhuang)，采用(yong)冷研(yan)磨(mo)成(cheng)(cheng)型或熱(re)壓成(cheng)(cheng)型。
3.3.模具(ju)材(cai)料與(yu)模具(ju)加工
模(mo)具(ju)材(cai)料需要具(ju)備如(ru)下特征：①表(biao)面(mian)(mian)無疵(ci)病，能(neng)夠研磨成無氣(qi)孔、光(guang)滑的(de)光(guang)學鏡面(mian)(mian);②在高溫環(huan)境條件下具(ju)有很(hen)(hen)高的(de)耐氧化(hua)性能(neng)，而且結構等不發(fa)生(sheng)(sheng)變化(hua)，表(biao)面(mian)(mian)質量穩(wen)定，面(mian)(mian)形精度和光(guang)潔度保持不變;③不與玻璃起(qi)反應(ying)、發(fa)生(sheng)(sheng)粘(zhan)連(lian)現象，脫(tuo)模(mo)性能(neng)好(hao);④在高溫條件下具(ju)有很(hen)(hen)高的(de)硬度和強度等。
現在已有(you)(you)(you)不少(shao)有(you)(you)(you)關開發模具材料的(de)專利，最有(you)(you)(you)代表(biao)性的(de)模具材料是(shi)：以(yi)超硬合金(jin)做(zuo)基體，表(biao)面鍍(du)有(you)(you)(you)貴金(jin)屬合金(jin)和氮化鈦等薄(bo)膜;以(yi)碳化硅和超硬合金(jin)做(zuo)基體，表(biao)面鍍(du)有(you)(you)(you)硬質碳、金(jin)剛石(shi)狀(zhuang)碳等碳系(xi)薄(bo)膜;以(yi)及Cr2O-ZrO2-TiO2系(xi)新型陶瓷。
玻璃透(tou)鏡(jing)壓型(xing)用的(de)(de)模具材(cai)料(liao)，一般都是(shi)硬脆材(cai)料(liao)，要想把這些模具材(cai)料(liao)精(jing)密加(jia)(jia)工(gong)成模具，必(bi)需使(shi)用高(gao)(gao)剛(gang)性的(de)(de)、分辨(bian)率能達(da)到0.01μm以下(xia)的(de)(de)高(gao)(gao)分辨(bian)率超(chao)精(jing)密計算機數字控制加(jia)(jia)工(gong)機床，用金剛(gang)石磨(mo)輪進行(xing)磨(mo)削加(jia)(jia)工(gong)。磨(mo)削加(jia)(jia)工(gong)可獲得所期盼的(de)(de)形(xing)(xing)狀精(jing)度(du)，但然后還(huan)需再稍加(jia)(jia)拋光精(jing)加(jia)(jia)工(gong)成光學鏡(jing)面(mian)才行(xing)。在進行(xing)高(gao)(gao)精(jing)度(du)的(de)(de)非球面(mian)加(jia)(jia)工(gong)中，非球面(mian)面(mian)形(xing)(xing)的(de)(de)測試與評價技(ji)術是(shi)非常重要的(de)(de)。對微型(xing)透(tou)鏡(jing)壓型(xing)用模的(de)(de)加(jia)(jia)工(gong)，要求(qiu)更加(jia)(jia)嚴格，必(bi)需進一步提高(gao)(gao)精(jing)度(du)和減輕磨(mo)削的(de)(de)痕(hen)跡。
3.4.玻璃模壓成型技術的應用
目前(qian)，光學(xue)玻(bo)璃透(tou)(tou)鏡(jing)(jing)模壓成(cheng)型(xing)技術，已經用來(lai)批量生(sheng)產(chan)精密(mi)的球(qiu)面和非球(qiu)面透(tou)(tou)鏡(jing)(jing)。平時，除了一般生(sheng)產(chan)制(zhi)造直徑(jing)為(wei)15mm左右的透(tou)(tou)鏡(jing)(jing)外，還(huan)能生(sheng)產(chan)制(zhi)造直徑(jing)為(wei)50mm的大口徑(jing)透(tou)(tou)鏡(jing)(jing)、微(wei)(wei)型(xing)透(tou)(tou)鏡(jing)(jing)陣(zhen)列(lie)等。現已能制(zhi)造每個透(tou)(tou)鏡(jing)(jing)的直徑(jing)為(wei)100μm的微(wei)(wei)型(xing)透(tou)(tou)鏡(jing)(jing)陣(zhen)列(lie)。
(1)制(zhi)造軍用(yong)和民用(yong)光(guang)學儀(yi)器中使用(yong)的(de)球(qiu)面和非球(qiu)面光(guang)學零(ling)件(jian)，如各透鏡(jing)、棱鏡(jing)、以(yi)及(ji)濾光(guang)片等;
(2)制造光通信(xin)用的光纖耦合(he)器用非球面透鏡(jing);
(3)制(zhi)造光(guang)盤(pan)用的(de)聚光(guang)非球(qiu)(qiu)(qiu)面(mian)(mian)透(tou)(tou)鏡(jing)(jing)(jing)。使(shi)用一塊模(mo)壓成(cheng)型法制(zhi)造的(de)非球(qiu)(qiu)(qiu)面(mian)(mian)透(tou)(tou)鏡(jing)(jing)(jing)，可代替光(guang)盤(pan)讀出(chu)器光(guang)學(xue)(xue)鏡(jing)(jing)(jing)頭(tou)內使(shi)用的(de)三塊球(qiu)(qiu)(qiu)面(mian)(mian)透(tou)(tou)鏡(jing)(jing)(jing)。由于模(mo)壓成(cheng)型非球(qiu)(qiu)(qiu)面(mian)(mian)透(tou)(tou)鏡(jing)(jing)(jing)的(de)精度很高，不僅(jin)能夠控制(zhi)和校正大數值(zhi)孔(kong)徑的(de)軸向(xiang)像(xiang)差，而(er)且還使(shi)原來的(de)光(guang)學(xue)(xue)鏡(jing)(jing)(jing)頭(tou)的(de)重量減輕(qing)、成(cheng)本降低30～50%。
(4)制造照相(xiang)機(ji)(ji)取景器非球面(mian)(mian)透鏡(jing)、電影放映機(ji)(ji)和照相(xiang)機(ji)(ji)鏡(jing)頭的非球面(mian)(mian)透鏡(jing)等。美國僅柯(ke)達公司每年(nian)就(jiu)需要壓型幾百萬個非球面(mian)(mian)光學零件。
4 光(guang)學(xue)塑料成型(xing)技術
光(guang)學(xue)塑(su)料(liao)成(cheng)(cheng)(cheng)型(xing)技術(shu)是(shi)當前制造塑(su)料(liao)非(fei)(fei)球面光(guang)學(xue)零件的(de)先進(jin)技術(shu)，包括注射(she)成(cheng)(cheng)(cheng)型(xing)、鑄造成(cheng)(cheng)(cheng)型(xing)和壓制成(cheng)(cheng)(cheng)型(xing)等(deng)技術(shu)。光(guang)學(xue)塑(su)料(liao)注射(she)成(cheng)(cheng)(cheng)型(xing)技術(shu)主(zhu)要用來大量(liang)生產(chan)直徑100mm以下的(de)非(fei)(fei)球面光(guang)學(xue)零件，也可制造微型(xing)透鏡陣列。而鑄造和壓制成(cheng)(cheng)(cheng)型(xing)主(zhu)要用于制造直徑為100mm以上(shang)的(de)非(fei)(fei)球面透鏡光(guang)學(xue)零件。
塑(su)料(liao)(liao)非(fei)(fei)球面光(guang)(guang)學(xue)零件(jian)具有(you)重量輕、成本(ben)低;光(guang)(guang)學(xue)零件(jian)和安裝部(bu)件(jian)可以(yi)注塑(su)成為(wei)一個整體，節省(sheng)裝配(pei)工(gong)作量;耐沖擊(ji)性能(neng)好等優點。因此(ci)，在軍事、攝(she)影、醫學(xue)、工(gong)業(ye)等領域有(you)著非(fei)(fei)常(chang)好的(de)應用(yong)前(qian)景。美國(guo)(guo)在AN/AVS-6型(xing)飛行員(yuan)微光(guang)(guang)夜(ye)視眼(yan)鏡(jing)(jing)中(zhong)就采(cai)用(yong)了9塊(kuai)非(fei)(fei)球面塑(su)料(liao)(liao)透(tou)鏡(jing)(jing)。此(ci)外，在AN/PVS-7步兵(bing)微光(guang)(guang)夜(ye)視眼(yan)鏡(jing)(jing)、HOT夜(ye)視眼(yan)鏡(jing)(jing)、'銅斑(ban)蛇'激(ji)光(guang)(guang)制(zhi)導炮彈導引(yin)頭和其他光(guang)(guang)電(dian)制(zhi)導導引(yin)頭、激(ji)光(guang)(guang)測距機(ji)、軍用(yong)望(wang)遠鏡(jing)(jing)以(yi)及(ji)各種照相機(ji)的(de)取景器中(zhong)也都采(cai)用(yong)了非(fei)(fei)球面塑(su)料(liao)(liao)透(tou)鏡(jing)(jing)。美國(guo)(guo)TBE公(gong)司在制(zhi)造某種末(mo)制(zhi)導自動導引(yin)頭用(yong)非(fei)(fei)球面光(guang)(guang)學(xue)零件(jian)時，曾(ceng)對(dui)幾種光(guang)(guang)學(xue)塑(su)料(liao)(liao)透(tou)鏡(jing)(jing)成型(xing)法作過(guo)經濟(ji)分析對(dui)比，認為(wei)采(cai)用(yong)注射成型(xing)法制(zhi)造非(fei)(fei)球面光(guang)(guang)學(xue)塑(su)料(liao)(liao)透(tou)鏡(jing)(jing)最為(wei)合算。
4.1.注射成型法
注(zhu)(zhu)射成(cheng)(cheng)(cheng)型(xing)是(shi)(shi)將(jiang)加熱(re)成(cheng)(cheng)(cheng)流體的(de)(de)定量的(de)(de)光(guang)(guang)(guang)學(xue)(xue)塑(su)料注(zhu)(zhu)入到不銹鋼模(mo)具(ju)(ju)中(zhong)，在(zai)(zai)(zai)加熱(re)加壓條件(jian)下(xia)成(cheng)(cheng)(cheng)型(xing)，冷卻(que)固化(hua)后打開模(mo)具(ju)(ju)，便可獲(huo)得(de)所(suo)需要(yao)(yao)的(de)(de)光(guang)(guang)(guang)學(xue)(xue)塑(su)料零件(jian)。光(guang)(guang)(guang)學(xue)(xue)塑(su)料注(zhu)(zhu)射成(cheng)(cheng)(cheng)型(xing)的(de)(de)關(guan)鍵環(huan)節(jie)是(shi)(shi)模(mo)具(ju)(ju)，由于光(guang)(guang)(guang)學(xue)(xue)塑(su)料模(mo)壓成(cheng)(cheng)(cheng)型(xing)的(de)(de)工(gong)(gong)作溫度(du)(du)較(jiao)低，所(suo)以對(dui)(dui)模(mo)具(ju)(ju)的(de)(de)要(yao)(yao)求(qiu)要(yao)(yao)比(bi)對(dui)(dui)玻璃模(mo)壓成(cheng)(cheng)(cheng)型(xing)模(mo)具(ju)(ju)的(de)(de)要(yao)(yao)求(qiu)低一(yi)些(xie)。非(fei)球(qiu)(qiu)(qiu)(qiu)面(mian)(mian)(mian)(mian)模(mo)具(ju)(ju)的(de)(de)超(chao)精密(mi)加工(gong)(gong)相當困(kun)難，通常(chang)的(de)(de)加工(gong)(gong)都(dou)是(shi)(shi)首先在(zai)(zai)(zai)數(shu)控機(ji)床上將(jiang)模(mo)具(ju)(ju)的(de)(de)坯(pi)件(jian)磨削成(cheng)(cheng)(cheng)近似(si)非(fei)球(qiu)(qiu)(qiu)(qiu)面(mian)(mian)(mian)(mian)，然后用(yong)(yong)范成(cheng)(cheng)(cheng)精磨法(fa)逐步(bu)提(ti)高非(fei)球(qiu)(qiu)(qiu)(qiu)面(mian)(mian)(mian)(mian)的(de)(de)面(mian)(mian)(mian)(mian)形(xing)(xing)精度(du)(du)和表面(mian)(mian)(mian)(mian)粗糙(cao)度(du)(du)，最后用(yong)(yong)拋(pao)(pao)光(guang)(guang)(guang)法(fa)加工(gong)(gong)成(cheng)(cheng)(cheng)所(suo)要(yao)(yao)求(qiu)的(de)(de)面(mian)(mian)(mian)(mian)形(xing)(xing)精度(du)(du)和表面(mian)(mian)(mian)(mian)粗糙(cao)度(du)(du)。可是(shi)(shi)，由于數(shu)控機(ji)床的(de)(de)加工(gong)(gong)精度(du)(du)比(bi)較(jiao)低，在(zai)(zai)(zai)模(mo)具(ju)(ju)加工(gong)(gong)過程(cheng)中(zhong)需要(yao)(yao)對(dui)(dui)模(mo)具(ju)(ju)進行反復檢測和修(xiu)改，逐步(bu)地(di)提(ti)高模(mo)具(ju)(ju)精度(du)(du)，從而使模(mo)具(ju)(ju)的(de)(de)成(cheng)(cheng)(cheng)本(ben)變得(de)很高。因而現在(zai)(zai)(zai)的(de)(de)模(mo)具(ju)(ju)，是(shi)(shi)用(yong)(yong)剛性好、分辨率高的(de)(de)計算機(ji)數(shu)控超(chao)精密(mi)非(fei)球(qiu)(qiu)(qiu)(qiu)面(mian)(mian)(mian)(mian)加工(gong)(gong)機(ji)床和非(fei)球(qiu)(qiu)(qiu)(qiu)面(mian)(mian)(mian)(mian)均勻(yun)(yun)拋(pao)(pao)光(guang)(guang)(guang)機(ji)超(chao)精密(mi)加工(gong)(gong)而成(cheng)(cheng)(cheng)的(de)(de)。首先用(yong)(yong)計算機(ji)數(shu)控超(chao)精密(mi)非(fei)球(qiu)(qiu)(qiu)(qiu)面(mian)(mian)(mian)(mian)機(ji)床將(jiang)模(mo)坯(pi)加工(gong)(gong)出面(mian)(mian)(mian)(mian)形(xing)(xing)精度(du)(du)達±0.1μμm的(de)(de)非(fei)球(qiu)(qiu)(qiu)(qiu)面(mian)(mian)(mian)(mian)，然后用(yong)(yong)拋(pao)(pao)光(guang)(guang)(guang)機(ji)在(zai)(zai)(zai)保持(chi)非(fei)球(qiu)(qiu)(qiu)(qiu)面(mian)(mian)(mian)(mian)面(mian)(mian)(mian)(mian)形(xing)(xing)精度(du)(du)不變的(de)(de)條件(jian)下(xia)均勻(yun)(yun)地(di)輕拋(pao)(pao)光(guang)(guang)(guang)，大(da)約(yue)拋(pao)(pao)去0.01μm，使模(mo)具(ju)(ju)表面(mian)(mian)(mian)(mian)的(de)(de)粗糙(cao)度(du)(du)得(de)到提(ti)高。
注射成型的光學塑料零件(jian)的焦(jiao)距精度(du)可以控制(zhi)到(dao)0.5～1%，面形精度(du)高于(yu)λ/4，長度(du)公差(cha)達(da)0.0076mm，厚(hou)度(du)公差(cha)達(da)0.012mm。
介紹一(yi)種日本人發明(ming)的高(gao)精度塑料光學(xue)零(ling)件注(zhu)射(she)成型法--澆口密封成型法。
澆口密封成型法，是(shi)一種(zhong)向加熱至樹脂轉化溫度(du)(du)(du)(Tg)以上的(de)(de)(de)金(jin)屬模(mo)中注(zhu)射(she)熔融的(de)(de)(de)樹脂(注(zhu)射(she)量(liang)應是(shi)：冷卻結束打(da)開模(mo)具時樹脂的(de)(de)(de)壓(ya)力(li)剛好是(shi)大(da)氣的(de)(de)(de)壓(ya)力(li)的(de)(de)(de)量(liang))，迅速(su)密封澆口，等溫度(du)(du)(du)、壓(ya)力(li)均勻(yun)后(hou)，在(zai)相對(dui)容積一定、溫度(du)(du)(du)-壓(ya)力(li)均勻(yun)條件下，徐徐冷卻至樹脂的(de)(de)(de)熱變(bian)形溫度(du)(du)(du)以下后(hou)，打(da)開模(mo)具取出壓(ya)形品的(de)(de)(de)成型方法。
首先，以大約(yue)130MP2的(de)高壓，將(jiang)(jiang)(jiang)高溫(wen)(wen)的(de)熔融樹脂(zhi)(zhi)注射到模(mo)具(ju)(ju)(ju)中，在(zai)高溫(wen)(wen)(T1)下(xia)將(jiang)(jiang)(jiang)澆口(kou)密封。密封在(zai)模(mo)具(ju)(ju)(ju)中的(de)樹脂(zhi)(zhi)，其壓力在(zai)均勻(yun)化(hua)的(de)過程中降至30MPa左(zuo)右(此時(shi)的(de)溫(wen)(wen)度為：比(bi)樹脂(zhi)(zhi)轉化(hua)溫(wen)(wen)度Tg高一些的(de)某一溫(wen)(wen)度T2)。從注射開始經(jing)過一定時(shi)間后，就可由(you)壓型(xing)機的(de)合模(mo)裝置上(shang)將(jiang)(jiang)(jiang)模(mo)具(ju)(ju)(ju)單(dan)體(ti)取(qu)下(xia)。單(dan)體(ti)模(mo)具(ju)(ju)(ju)經(jing)過緩緩冷卻后才可開模(mo)，取(qu)出壓型(xing)成品(pin)。
澆(jiao)口(kou)(kou)(kou)(kou)(kou)密封成(cheng)型(xing)(xing)法的(de)(de)(de)關(guan)鍵問題(ti)在(zai)于，注(zhu)(zhu)射(she)(she)(she)到模(mo)具中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)300℃左右(you)高溫的(de)(de)(de)熔融樹(shu)(shu)脂(zhi)(zhi)，如(ru)何以130MPa的(de)(de)(de)壓(ya)(ya)(ya)力將澆(jiao)口(kou)(kou)(kou)(kou)(kou)密封死(si)。其(qi)做法是：在(zai)成(cheng)型(xing)(xing)注(zhu)(zhu)射(she)(she)(she)之(zhi)前(qian)，先將一個小(xiao)(xiao)球放入金(jin)屬(shu)模(mo)具的(de)(de)(de)澆(jiao)口(kou)(kou)(kou)(kou)(kou)部，當向(xiang)(xiang)模(mo)具中(zhong)(zhong)注(zhu)(zhu)射(she)(she)(she)熔融樹(shu)(shu)脂(zhi)(zhi)時(shi)(shi)(shi)，小(xiao)(xiao)球受到樹(shu)(shu)脂(zhi)(zhi)的(de)(de)(de)擠壓(ya)(ya)(ya)就(jiu)(jiu)會從澆(jiao)口(kou)(kou)(kou)(kou)(kou)處向(xiang)(xiang)靠(kao)近模(mo)穴一側(ce)移動。這時(shi)(shi)(shi)，在(zai)澆(jiao)口(kou)(kou)(kou)(kou)(kou)部通往(wang)模(mo)穴的(de)(de)(de)地方就(jiu)(jiu)會出現(xian)間(jian)隙，熔融樹(shu)(shu)脂(zhi)(zhi)從此(ci)間(jian)隙能夠流(liu)(liu)入到模(mo)穴中(zhong)(zhong)。而當注(zhu)(zhu)射(she)(she)(she)成(cheng)型(xing)(xing)機停止向(xiang)(xiang)模(mo)具內高壓(ya)(ya)(ya)注(zhu)(zhu)射(she)(she)(she)樹(shu)(shu)脂(zhi)(zhi)時(shi)(shi)(shi)，由于壓(ya)(ya)(ya)差的(de)(de)(de)原因(yin)，瞬間(jian)發(fa)生(sheng)樹(shu)(shu)脂(zhi)(zhi)逆流(liu)(liu)現(xian)象，小(xiao)(xiao)球則被這種逆流(liu)(liu)的(de)(de)(de)樹(shu)(shu)脂(zhi)(zhi)又從靠(kao)近模(mo)穴的(de)(de)(de)一側(ce)推向(xiang)(xiang)模(mo)具的(de)(de)(de)澆(jiao)口(kou)(kou)(kou)(kou)(kou)處。此(ci)時(shi)(shi)(shi)，小(xiao)(xiao)球依靠(kao)高壓(ya)(ya)(ya)的(de)(de)(de)樹(shu)(shu)脂(zhi)(zhi)所發(fa)生(sheng)的(de)(de)(de)擠壓(ya)(ya)(ya)力將模(mo)具澆(jiao)口(kou)(kou)(kou)(kou)(kou)堵死(si)，完成(cheng)澆(jiao)口(kou)(kou)(kou)(kou)(kou)密封工作。
該澆口密(mi)封成型(xing)法(fa)由于是樹脂注射后用小球進行(xing)澆口密(mi)封的(de)，因而不(bu)需要保壓和(he)壓縮(suo)機(ji)(ji)構及其工作。所以注射了樹脂后的(de)金屬模具很容易從成型(xing)機(ji)(ji)上取下(xia)來，以金屬模具單(dan)體脫離成型(xing)機(ji)(ji)身的(de)形(xing)式進行(xing)長(chang)時(shi)(shi)間的(de)冷卻。這不(bu)但大(da)大(da)提(ti)高(gao)了成型(xing)機(ji)(ji)的(de)工作效率(lv)(lv)，同時(shi)(shi)也提(ti)高(gao)了單(dan)位時(shi)(shi)間的(de)生產效率(lv)(lv)。這種成型(xing)法(fa)可(ke)將一部分功能分配到(dao)機(ji)(ji)外的(de)裝置中去完成，改變了過去那種功能只能在成型(xing)機(ji)(ji)裝置內(nei)進行(xing)的(de)做法(fa)。
澆(jiao)口(kou)密封成型工(gong)序(xu)分(fen)4步工(gong)序(xu)進行。
(1)加熱(re)(re)工序。由金屬模(mo)具的(de)外部(bu)進(jin)行(xing)(xing)傳導加熱(re)(re)。從成型(xing)品的(de)取出溫(wen)度(du)(du)加熱(re)(re)到(dao)(dao)Tg(樹脂的(de)轉(zhuan)化(hua)溫(wen)度(du)(du)-即模(mo)具加溫(wen)需要達到(dao)(dao)的(de)溫(wen)度(du)(du))以上的(de)一(yi)定溫(wen)度(du)(du)為(wei)止，用很(hen)短的(de)時間進(jin)行(xing)(xing)升溫(wen)，使(shi)熱(re)(re)度(du)(du)做到(dao)(dao)均(jun)勻(yun)化(hua)。
(2)成型工(gong)序。向(xiang)模具(ju)內注(zhu)射熔(rong)融的樹脂，使小球將(jiang)模具(ju)澆口密封(feng)后，為(wei)使溫(wen)度、壓力(li)做到均(jun)勻化，對金(jin)屬模進行保(bao)溫(wen)。
(3)緩冷工序。利用自(zi)行(xing)保持(chi)(chi)合模(mo)(mo)力的(de)(de)機(ji)構，一(yi)邊維持(chi)(chi)合模(mo)(mo)狀態，一(yi)邊從壓(ya)型(xing)機(ji)上取下壓(ya)型(xing)模(mo)(mo)。取下的(de)(de)單體壓(ya)型(xing)模(mo)(mo)具，采(cai)用自(zi)然空氣冷卻或(huo)是(shi)強(qiang)制空氣冷卻的(de)(de)方式，以每(mei)分鐘1～2℃的(de)(de)速度逐漸降溫。
(4)取出(chu)工序。從壓(ya)型(xing)模(mo)(mo)中取出(chu)成形品(pin)(pin)(pin)。由于(yu)壓(ya)型(xing)模(mo)(mo)具(ju)已從壓(ya)型(xing)機(ji)上取下(xia)，這時只(zhi)要取下(xia)自行保持合模(mo)(mo)力的機(ji)構，就能打開型(xing)模(mo)(mo)取出(chu)成形品(pin)(pin)(pin)。在成形品(pin)(pin)(pin)取出(chu)過程中，由于(yu)樹脂的壓(ya)力相當于(yu)大氣的壓(ya)力，所以(yi)不需要推(tui)出(chu)裝置(zhi)，只(zhi)要打開突出(chu)分型(xing)面(mian)的部分，成形品(pin)(pin)(pin)就能離模(mo)(mo)。
澆口密封成(cheng)(cheng)型(xing)法的關鍵要素，是金屬模具的溫(wen)度(du)(du)條件和注(zhu)(zhu)射充填(tian)條件(緩慢冷卻(que)結束(shu)時樹脂壓力(li)為(wei)大氣壓力(li)的條件)。因(yin)此(ci)，既使(shi)是模壓成(cheng)(cheng)型(xing)形狀和體積不同的成(cheng)(cheng)型(xing)品，也不用改(gai)變注(zhu)(zhu)射時和冷卻(que)結束(shu)時的金屬模具的溫(wen)度(du)(du)，只(zhi)要有充裕(yu)的時間使(shi)溫(wen)度(du)(du)-壓力(li)達到均勻化，并保持緩慢冷卻(que)的速度(du)(du)，根據(ju)模穴的容積注(zhu)(zhu)射充填(tian)樹脂，就能進行高精度(du)(du)地(di)復制。
4.2.壓制成型法
所(suo)謂壓制成型(xing)(xing)法就是將光(guang)學塑料(liao)毛坯放入金屬(shu)模(mo)具中(zhong)模(mo)壓成光(guang)學塑料(liao)零件的一種方法。下(xia)面介(jie)紹其中(zhong)一種壓制成型(xing)(xing)方法--再熔融成型(xing)(xing)法。
再熔成(cheng)型(xing)(xing)法(fa)，是將(jiang)近(jin)似于成(cheng)形(xing)品(pin)形(xing)狀的(de)(de)毛坯(pi)，插(cha)入具有復(fu)制面(mian)形(xing)、又使樹(shu)(shu)(shu)脂(zhi)不(bu)能流(liu)出的(de)(de)金屬模(mo)具中(zhong)，在(zai)模(mo)穴(xue)容(rong)積(ji)一定(ding)條(tiao)件(jian)(jian)下，將(jiang)模(mo)穴(xue)中(zhong)的(de)(de)樹(shu)(shu)(shu)脂(zhi)加熱至(zhi)樹(shu)(shu)(shu)脂(zhi)轉化溫(wen)(wen)度(du)Tg以上，利(li)用因樹(shu)(shu)(shu)脂(zhi)的(de)(de)膨脹和(he)軟化-熔融所(suo)發(fa)生的(de)(de)均勻(yun)的(de)(de)樹(shu)(shu)(shu)脂(zhi)壓(ya)力(li)，使樹(shu)(shu)(shu)脂(zhi)緊密附著到模(mo)子的(de)(de)復(fu)制面(mian)上，等(deng)溫(wen)(wen)度(du)-壓(ya)力(li)均勻(yun)后(hou)，在(zai)相對容(rong)積(ji)一定(ding)、溫(wen)(wen)度(du)-壓(ya)力(li)均勻(yun)條(tiao)件(jian)(jian)下，徐徐冷卻至(zhi)樹(shu)(shu)(shu)脂(zhi)的(de)(de)熱變形(xing)溫(wen)(wen)度(du)以下，然后(hou)打開型(xing)(xing)模(mo)取出壓(ya)型(xing)(xing)成(cheng)形(xing)品(pin)的(de)(de)一種光(guang)學塑料(liao)零(ling)件(jian)(jian)成(cheng)形(xing)方法(fa)。
再熔成(cheng)型法，通過(guo)利用不(bu)同的工(gong)(gong)序確保壓形(xing)品(pin)的形(xing)狀創成(cheng)和面形(xing)精度，緩(huan)和了成(cheng)形(xing)品(pin)內的殘留應力(li)和密度分布，實現了成(cheng)形(xing)品(pin)的精度優(you)良制作(zuo)。再熔成(cheng)型法工(gong)(gong)藝由(you)下(xia)述2道工(gong)(gong)序組成(cheng)。
(1)毛(mao)坯成(cheng)形(xing)工序。使用普通的(de)注(zhu)射成(cheng)形(xing)法，制(zhi)作(zuo)近(jin)似于最后成(cheng)形(xing)品形(xing)狀的(de)毛(mao)坯成(cheng)形(xing)品。
毛坯成(cheng)形工序，由(you)于采用(yong)的(de)是通常的(de)注(zhu)射(she)成(cheng)形法，在將熔融的(de)樹脂向低(di)于樹脂熱變(bian)形溫度的(de)模具中注(zhu)射(she)充填過(guo)程中，表層部就會(hui)驟冷固化，毛坯會(hui)有收縮。若出現面形不能復制(zhi)的(de)話(hua)，則是殘(can)留應力(li)比較(jiao)大的(de)緣(yuan)故。
(2)面(mian)形(xing)復(fu)(fu)制工序。將毛坯(pi)插入具(ju)有復(fu)(fu)制面(mian)形(xing)、而又使樹脂不(bu)能流出外(wai)部(bu)的不(bu)同模(mo)具(ju)中，加熱-冷卻，進(jin)行(xing)面(mian)形(xing)復(fu)(fu)制。
面(mian)形(xing)復制工序是將低精度的(de)毛坯高精度化的(de)一個工序。具(ju)有面(mian)形(xing)的(de)模具(ju)，通過加(jia)熱(re)(re)至樹脂(zhi)的(de)Tg(樹脂(zhi)轉化溫(wen)度)以(yi)上(shang)，殘留應力可(ke)以(yi)得到緩和(he)。進而，由于(yu)加(jia)熱(re)(re)時樹脂(zhi)的(de)軟化-熱(re)(re)膨脹能使模穴(xue)內發生均勻的(de)樹脂(zhi)壓力，所以(yi)，能夠實現高精度的(de)面(mian)形(xing)復制。
為了防(fang)止發生溫度(du)分布(bu)和壓(ya)力分布(bu)，冷卻需要緩慢進行，而(er)且必需冷卻至樹脂(zhi)熱變形溫度(du)以下。這(zhe)樣，開(kai)模取壓(ya)形品時，成形品才不會變形。另(ling)外(wai)，由于(yu)開(kai)模時的樹脂(zhi)壓(ya)力必需大(da)致(zhi)相當于(yu)大(da)氣(qi)壓(ya)力，因此，模穴容積(ji)一定(ding)條件下的毛坯的重(zhong)量誤差也是應該引起重(zhong)視的一個要點。
通過實施各自具有特征的(de)毛(mao)坯工序和面形復制(zhi)工序，可以構成(cheng)能(neng)生產性能(neng)優(you)良的(de)塑(su)料光學零件的(de)制(zhi)造(zao)系統。
再熔成(cheng)形法的(de)(de)面形復制(zhi)工序的(de)(de)設(she)備，除了能夠開、合型模的(de)(de)沖壓(ya)機外(wai)，還有(you)不(bu)需要(yao)有(you)澆口和噴嘴之類(lei)的(de)(de)部分金屬模具(ju)，制(zhi)作起來(lai)很(hen)便宜(yi)。因(yin)此，設(she)備增設(she)起來(lai)很(hen)容易。可以(yi)根據生產(chan)量的(de)(de)情況，適宜(yi)地進行設(she)備投資，建立起一個相對應的(de)(de)柔性生產(chan)系統。
再熔成(cheng)形(xing)法(fa)的(de)(de)(de)特(te)征是(shi)：由于(yu)再熔成(cheng)形(xing)法(fa)的(de)(de)(de)毛坯(pi)成(cheng)形(xing)工(gong)程采用了普通(tong)(tong)(tong)的(de)(de)(de)注(zhu)射成(cheng)形(xing)工(gong)藝，所以(yi)(yi)具(ju)有成(cheng)形(xing)周(zhou)(zhou)期(qi)短、適合(he)批量生(sheng)(sheng)產(chan)(chan)之優點。但是(shi)，面形(xing)復制工(gong)程必需實施(shi)加熱(re)、冷(leng)卻(que)工(gong)程，因(yin)此又存在(zai)著與澆口密封成(cheng)型法(fa)一(yi)樣周(zhou)(zhou)期(qi)長的(de)(de)(de)缺陷。然而(er)，因(yin)為不(bu)需要像通(tong)(tong)(tong)常(chang)注(zhu)射成(cheng)形(xing)工(gong)藝那樣的(de)(de)(de)注(zhu)射、充填工(gong)序，所以(yi)(yi)也就不(bu)用考慮樹(shu)脂流路的(de)(de)(de)問題。又因(yin)成(cheng)形(xing)時產(chan)(chan)生(sheng)(sheng)的(de)(de)(de)壓力小(xiao)于(yu)30MPa(通(tong)(tong)(tong)常(chang)的(de)(de)(de)注(zhu)射成(cheng)形(xing)為100MPa左右(you))，故并不(bu)要求模具(ju)有很高的(de)(de)(de)剛性。模具(ju)因(yin)為體積(ji)小(xiao)而(er)可(ke)使用多個，因(yin)此，可(ke)以(yi)(yi)采用多個模具(ju)彌(mi)補生(sheng)(sheng)產(chan)(chan)效(xiao)率低的(de)(de)(de)不(bu)足。由于(yu)加熱(re)、冷(leng)卻(que)容易控制，成(cheng)形(xing)周(zhou)(zhou)期(qi)縮(suo)短，所以(yi)(yi)生(sheng)(sheng)產(chan)(chan)效(xiao)率可(ke)以(yi)(yi)提(ti)高。
另外，由于毛(mao)坯(pi)成(cheng)型工序(xu)和(he)面形(xing)(xing)復制(zhi)工序(xu)能夠獨立操作，面形(xing)(xing)復制(zhi)工序(xu)的(de)(de)沖壓機(ji)可以對每(mei)一個壓形(xing)(xing)品(pin)的(de)(de)成(cheng)形(xing)(xing)條(tiao)件進行(xing)設(she)計，所以可以進行(xing)不同(tong)樹脂、不同(tong)形(xing)(xing)狀(zhuang)的(de)(de)成(cheng)形(xing)(xing)品(pin)的(de)(de)混合生(sheng)產。
利用該成型法制(zhi)作的非球面(mian)反射(she)鏡經過(guo)形狀測量，結(jie)果是：在±100mm范圍內，反射(she)面(mian)的彎曲(起伏)度(du)在4μm以下，成形品的精(jing)度(du)很高。
5.計算機數控研(yan)磨和(he)拋(pao)光技術
技(ji)算機(ji)數控(kong)研磨(mo)(mo)和(he)(he)拋光(guang)技(ji)術是(shi)一種由計算機(ji)控(kong)制(zhi)的(de)精(jing)(jing)密機(ji)床(chuang)將工(gong)(gong)(gong)件(jian)表面(mian)磨(mo)(mo)削成(cheng)所(suo)需要的(de)面(mian)形，然后用(yong)柔性(xing)拋光(guang)模(mo)拋光(guang)，使(shi)工(gong)(gong)(gong)件(jian)在(zai)不改變精(jing)(jing)磨(mo)(mo)面(mian)形精(jing)(jing)度(du)(du)的(de)條件(jian)下達(da)到(dao)鏡(jing)面(mian)光(guang)潔度(du)(du)的(de)光(guang)學零(ling)(ling)件(jian)制(zhi)造技(ji)術。該(gai)技(ji)術主要用(yong)來加(jia)工(gong)(gong)(gong)中、大(da)尺寸的(de)非球(qiu)面(mian)光(guang)學零(ling)(ling)件(jian)。加(jia)工(gong)(gong)(gong)零(ling)(ling)件(jian)時，磨(mo)(mo)削工(gong)(gong)(gong)具(ju)受計算機(ji)控(kong)制(zhi)，在(zai)工(gong)(gong)(gong)件(jian)表面(mian)進(jin)行(xing)磨(mo)(mo)削去除加(jia)工(gong)(gong)(gong)。磨(mo)(mo)削工(gong)(gong)(gong)具(ju)根(gen)據工(gong)(gong)(gong)件(jian)的(de)不同加(jia)工(gong)(gong)(gong)余量，在(zai)工(gong)(gong)(gong)件(jian)表面(mian)停(ting)留(liu)不同的(de)時間來實現(xian)非球(qiu)面(mian)加(jia)工(gong)(gong)(gong)。工(gong)(gong)(gong)件(jian)加(jia)工(gong)(gong)(gong)精(jing)(jing)度(du)(du)主要取決于測量精(jing)(jing)度(du)(du)和(he)(he)所(suo)采用(yong)的(de)誤(wu)差校正方法(fa)。
非球面光學零件的(de)精密研(yan)磨(mo)拋光比較普遍采用(yong)的(de)一種技(ji)術是：小型磨(mo)床修正研(yan)磨(mo)拋光法。
小型磨床研磨拋(pao)(pao)光(guang)法分為縱向(xiang)掃描和光(guang)柵掃描兩種(zhong)(zhong)方式(shi)。縱向(xiang)掃描方式(shi)是(shi)：被(bei)(bei)加(jia)工(gong)的(de)(de)(de)(de)工(gong)件(jian)(jian)以一定的(de)(de)(de)(de)速度旋(xuan)(xuan)轉，拋(pao)(pao)光(guang)器(qi)則(ze)(ze)沿著貫穿(chuan)工(gong)件(jian)(jian)軸(zhou)心的(de)(de)(de)(de)斷面(mian)進(jin)行搖(yao)動。縱向(xiang)掃描方式(shi)對工(gong)件(jian)(jian)軸(zhou)心附近的(de)(de)(de)(de)形(xing)狀(zhuang)控制和非旋(xuan)(xuan)轉對稱部分的(de)(de)(de)(de)形(xing)狀(zhuang)誤差的(de)(de)(de)(de)修正研磨拋(pao)(pao)光(guang)比(bi)(bi)較困難，但是(shi)研磨時(shi)間可望縮短，設備比(bi)(bi)較簡單。光(guang)柵掃描方式(shi)則(ze)(ze)是(shi)：被(bei)(bei)加(jia)工(gong)的(de)(de)(de)(de)工(gong)件(jian)(jian)不(bu)旋(xuan)(xuan)轉，拋(pao)(pao)光(guang)器(qi)在工(gong)件(jian)(jian)的(de)(de)(de)(de)表面(mian)移動研磨拋(pao)(pao)光(guang)。這種(zhong)(zhong)方式(shi)不(bu)僅容易進(jin)行非旋(xuan)(xuan)轉對稱部分的(de)(de)(de)(de)修正研磨拋(pao)(pao)光(guang)，而且還可以進(jin)行離軸(zhou)光(guang)學(xue)零件(jian)(jian)的(de)(de)(de)(de)研磨拋(pao)(pao)光(guang)加(jia)工(gong)。但是(shi)，此種(zhong)(zhong)方式(shi)的(de)(de)(de)(de)設備組(zu)成較為復雜，成本比(bi)(bi)較高。
為了提高(gao)(gao)加(jia)工(gong)精(jing)度(du)，小(xiao)型(xing)磨(mo)床加(jia)工(gong)系統必需具(ju)備很(hen)高(gao)(gao)的(de)(de)精(jing)度(du)和(he)反(fan)復(fu)再現性、研磨(mo)去除量不隨(sui)時間變(bian)化(hua)而變(bian)化(hua)、高(gao)(gao)精(jing)度(du)的(de)(de)模擬計(ji)(ji)算(suan)、和(he)與實際研磨(mo)的(de)(de)一致性等條(tiao)件(jian)。小(xiao)型(xing)磨(mo)床研磨(mo)拋光加(jia)工(gong)的(de)(de)工(gong)藝流程大致如下：首先由三維測(ce)(ce)試(shi)機、激光干涉儀測(ce)(ce)出加(jia)工(gong)面(mian)(mian)(mian)的(de)(de)形狀精(jing)度(du)，求(qiu)出面(mian)(mian)(mian)形誤差(cha)。工(gong)作站根據面(mian)(mian)(mian)形誤差(cha)計(ji)(ji)算(suan)出需要(yao)研磨(mo)拋光的(de)(de)軌跡(ji)，并將該(gai)研磨(mo)拋光軌跡(ji)轉換成數(shu)控(kong)編碼(ma)傳送給磨(mo)床進(jin)行(xing)(xing)加(jia)工(gong)。加(jia)工(gong)完(wan)了后進(jin)行(xing)(xing)面(mian)(mian)(mian)形精(jing)度(du)測(ce)(ce)試(shi)。面(mian)(mian)(mian)形精(jing)度(du)若(ruo)是沒有達到(dao)要(yao)求(qiu)，再反(fan)復(fu)地(di)進(jin)行(xing)(xing)計(ji)(ji)算(suan)、加(jia)工(gong)。通過這(zhe)樣反(fan)復(fu)地(di)進(jin)行(xing)(xing)面(mian)(mian)(mian)形測(ce)(ce)試(shi)、計(ji)(ji)算(suan)、修(xiu)正(zheng)研磨(mo)拋光，即可達到(dao)提高(gao)(gao)面(mian)(mian)(mian)形精(jing)度(du)的(de)(de)目的(de)(de)。
小型磨(mo)床最早是(shi)由(you)美(mei)國研(yan)究開發的(de)，其磨(mo)頭直徑不超過(guo)工(gong)件的(de)1/3，由(you)計(ji)算機(ji)計(ji)算去除量，加(jia)工(gong)精度(du)比較高。可以高精度(du)地加(jia)工(gong)直徑1500～1800mm的(de)大口(kou)徑非球面(mian)。目前，美(mei)國亞里(li)桑(sang)那大學(xue)的(de)光(guang)(guang)(guang)學(xue)中心，已基本上用(yong)計(ji)算機(ji)數控研(yan)磨(mo)拋光(guang)(guang)(guang)加(jia)工(gong)技術取代了傳統的(de)手工(gong)研(yan)磨(mo)拋光(guang)(guang)(guang)加(jia)工(gong)非球面(mian)光(guang)(guang)(guang)學(xue)零件。另(ling)外(wai)美(mei)國羅徹斯特大學(xue)光(guang)(guang)(guang)學(xue)制(zhi)造中心也已獲得了300多萬(wan)美(mei)元的(de)國防(fang)基金(jin)和幾(ji)家大公司的(de)資助(zhu)，實現(xian)了非球面(mian)透鏡(jing)生產(chan)的(de)自(zi)動化。
80年代末，日本研制出(chu)了(le)(le)的(de)(de)超精密數(shu)控范成法(fa)(fa)研磨(mo)機，使(shi)用(yong)該研磨(mo)機加(jia)(jia)(jia)工(gong)出(chu)的(de)(de)光學零件，其面(mian)形(xing)精度(du)(du)達(da)到了(le)(le)0.08μm，表面(mian)粗糙(cao)度(du)(du)的(de)(de)均(jun)方根值為0.2nm。若用(yong)瀝(li)青拋(pao)光模進行加(jia)(jia)(jia)工(gong)，表面(mian)粗糙(cao)度(du)(du)的(de)(de)均(jun)方根值能達(da)到0.035nm。最近，日本采(cai)用(yong)門型機械(xie)加(jia)(jia)(jia)工(gong)中(zhong)心，使(shi)用(yong)4000#～8000#鑄鐵絲結合(he)金剛石砂輪，利用(yong)ELID(在線電解(jie)修正法(fa)(fa))磨(mo)削(xue)(xue)法(fa)(fa)，磨(mo)削(xue)(xue)BK-7光學玻璃(li)，所獲得的(de)(de)非球面(mian)的(de)(de)面(mian)形(xing)精度(du)(du)為1μm，表面(mian)粗糙(cao)度(du)(du)為43nmRmax。
德(de)國的(de)計(ji)算機(ji)數(shu)控(kong)研(yan)磨(mo)拋(pao)(pao)光技(ji)術(shu)很快。Loh公司(si)生(sheng)產(chan)的(de)CNCSPM50和(he)120研(yan)磨(mo)拋(pao)(pao)光機(ji)，不僅可(ke)(ke)以(yi)(yi)粗(cu)、精磨(mo)球(qiu)(qiu)面(mian)光學(xue)(xue)零件，而且還可(ke)(ke)以(yi)(yi)粗(cu)、精磨(mo)非球(qiu)(qiu)面(mian)光學(xue)(xue)零件。施耐(nai)德(de)(SCHEIDER)光學(xue)(xue)機(ji)械公司(si)90年代(dai)末(mo)制(zhi)造的(de)ALG100型(xing)計(ji)算機(ji)數(shu)控(kong)非球(qiu)(qiu)面(mian)磨(mo)床(chuang)和(he)ALP100型(xing)計(ji)算機(ji)數(shu)控(kong)非球(qiu)(qiu)面(mian)拋(pao)(pao)光機(ji)，可(ke)(ke)以(yi)(yi)高效(xiao)率地進行(xing)非球(qiu)(qiu)面(mian)光學(xue)(xue)零件的(de)生(sheng)產(chan)。
ALG100型計算機數控(kong)非(fei)(fei)球(qiu)(qiu)面磨床，可在對(dui)話框中直(zhi)接輸入非(fei)(fei)球(qiu)(qiu)面加(jia)(jia)(jia)工(gong)參(can)數，自動計算非(fei)(fei)球(qiu)(qiu)面磨削加(jia)(jia)(jia)工(gong)量(liang);采(cai)(cai)用先進(jin)的導向裝置與旋轉加(jia)(jia)(jia)工(gong)技術，各軸與旋轉軸的傳動使用了高性(xing)能(neng)(neng)數字AC伺服傳動裝置;采(cai)(cai)用干涉測(ce)量(liang)系統加(jia)(jia)(jia)強加(jia)(jia)(jia)工(gong)過程(cheng)中的工(gong)件的測(ce)量(liang)，能(neng)(neng)對(dui)工(gong)件的非(fei)(fei)球(qiu)(qiu)面加(jia)(jia)(jia)工(gong)進(jin)行優化調(diao)整;非(fei)(fei)球(qiu)(qiu)面加(jia)(jia)(jia)工(gong)中心能(neng)(neng)夠(gou)直(zhi)接進(jin)行非(fei)(fei)球(qiu)(qiu)面或棱形的組合加(jia)(jia)(jia)工(gong)，具(ju)有綜合預加(jia)(jia)(jia)工(gong)的2、3維混合加(jia)(jia)(jia)工(gong)技術功能(neng)(neng);旋轉軸采(cai)(cai)用高頻空氣軸承(cheng)，可利用環形工(gong)具(ju)進(jin)行高速的球(qiu)(qiu)面預加(jia)(jia)(jia)工(gong)，能(neng)(neng)夠(gou)獲(huo)得(de)最佳(jia)透鏡半徑等(deng)特性(xing)。
ALG100非球面磨(mo)床的(de)(de)主要技術規格如(ru)下(xia)：加工(gong)工(gong)件尺(chi)寸：最大直徑(jing)為(wei)150mm，半徑(jing)為(wei)10mm的(de)(de)平(ping)面;軸(zhou)(zhou)數3軸(zhou)(zhou)(X，Z，B)X、Z;軸(zhou)(zhou)的(de)(de)推進(jin)(jin)(進(jin)(jin)刀(dao))速(su)度為(wei)0.01～5000mm/min;X、Z軸(zhou)(zhou)的(de)(de)位置往(wang)返精(jing)度為(wei)±0.001mm;B軸(zhou)(zhou)的(de)(de)推進(jin)(jin)(進(jin)(jin)刀(dao))速(su)度為(wei)0.01～4300°/min;B軸(zhou)(zhou)位置往(wang)返精(jing)度為(wei)±4';連接機構旋轉軸(zhou)(zhou)(H×D)25×42mm;主軸(zhou)(zhou)轉速(su)度為(wei)5000～15000轉/min;工(gong)件軸(zhou)(zhou)轉速(su)為(wei)25～1500轉/min;磨(mo)床外形尺(chi)寸1150×1900×1220mm;質量為(wei)1000kg。
ALP100型計(ji)算(suan)機數控(kong)非(fei)球(qiu)(qiu)面拋(pao)(pao)光機，可(ke)(ke)(ke)以(yi)(yi)在對話框中直接輸(shu)入非(fei)球(qiu)(qiu)面加(jia)(jia)工參(can)數;自動計(ji)算(suan)非(fei)球(qiu)(qiu)面拋(pao)(pao)光加(jia)(jia)工量;使用(yong)(yong)特殊加(jia)(jia)工的(de)(de)非(fei)球(qiu)(qiu)面磨(mo)具拋(pao)(pao)光;拋(pao)(pao)光參(can)數可(ke)(ke)(ke)進(jin)行(xing)(xing)(xing)計(ji)算(suan)機數控(kong)、調(diao)節(jie)與觀察(cha);可(ke)(ke)(ke)以(yi)(yi)優化計(ji)算(suan)機數控(kong)的(de)(de)拋(pao)(pao)光軌(gui)跡(ji)，制作出高表面質(zhi)量的(de)(de)復雜的(de)(de)非(fei)球(qiu)(qiu)面幾何形(xing)狀;采(cai)用(yong)(yong)了先進(jin)的(de)(de)導向與轉(zhuan)軸(zhou)(zhou)技(ji)術，可(ke)(ke)(ke)高速地進(jin)行(xing)(xing)(xing)連續(xu)的(de)(de)軌(gui)跡(ji)拋(pao)(pao)光;各(ge)軸(zhou)(zhou)和旋轉(zhuan)軸(zhou)(zhou)都(dou)采(cai)用(yong)(yong)了高性(xing)能(neng)的(de)(de)數字式(shi)AC伺服傳動裝置;可(ke)(ke)(ke)基于圖(tu)形(xing)模式(shi)進(jin)行(xing)(xing)(xing)優化拋(pao)(pao)光的(de)(de)調(diao)整等特性(xing)。
該拋光機的(de)(de)主(zhu)要(yao)技術規格如下(xia)：可加工(gong)工(gong)件的(de)(de)尺寸(cun)：最大直徑(jing)為(wei)(wei)150mm，半徑(jing)為(wei)(wei)10mm的(de)(de)平面;軸(zhou)數3軸(zhou)(X，Z，B);X、Z軸(zhou)的(de)(de)推進(進刀)速度為(wei)(wei)0.01～5000mm/min;X、Z軸(zhou)位(wei)置(zhi)往(wang)返精(jing)度為(wei)(wei)±0.001mm;B軸(zhou)的(de)(de)推進(進刀)速度)0.01～430°/min;B軸(zhou)的(de)(de)位(wei)置(zhi)往(wang)返精(jing)度為(wei)(wei)±4';連接(jie)機構旋轉軸(zhou)25×42mm;主(zhu)軸(zhou)轉速度為(wei)(wei)50～2500轉/min;工(gong)件軸(zhou)轉速為(wei)(wei)25～1500轉/min;拋光機外(wai)形尺寸(cun)1150×1900×1220mm;車床質量(liang)1000kg。
6.光學零件加工的柔(rou)性自動化技術(shu)
近10多年(nian)(nian)來，計(ji)算(suan)機(ji)(ji)數控(kong)(kong)技術發展很快(kuai)，已迅速(su)被(bei)大(da)多數工(gong)(gong)業(ye)加(jia)工(gong)(gong)行業(ye)所采(cai)用(yong)。目前，計(ji)算(suan)機(ji)(ji)數控(kong)(kong)的(de)加(jia)工(gong)(gong)方法，特別(bie)是計(ji)算(suan)機(ji)(ji)數控(kong)(kong)加(jia)工(gong)(gong)中心已經被(bei)認為是增大(da)加(jia)工(gong)(gong)的(de)靈活性、提高工(gong)(gong)件加(jia)工(gong)(gong)的(de)速(su)度和質量的(de)最基本的(de)方法。在過去的(de)年(nian)(nian)代里計(ji)算(suan)機(ji)(ji)數控(kong)(kong)技術在光(guang)學加(jia)工(gong)(gong)行業(ye)中的(de)應用(yong)比較少(shao)，這(zhe)幾年(nian)(nian)已經引(yin)起了行業(ye)專家們的(de)重(zhong)視。
自1990年(nian)起，為滿足(zu)軍用光(guang)學(xue)(xue)系(xi)統(tong)目前和未來的需(xu)求(qiu)，美國'陸軍制造(zao)技術計劃'支(zhi)持發展新的技術。美陸軍材(cai)料司(si)令部投資700萬美元在羅徹(che)斯特大學(xue)(xue)建(jian)立起一個(ge)面積達1670m2的光(guang)學(xue)(xue)制造(zao)中(zhong)心。該(gai)中(zhong)心得到了美國精(jing)密光(guang)學(xue)(xue)制造(zao)協(xie)會和美國國防部的支(zhi)持，其成員目前已(yi)有100來個(ge)。
建立光(guang)(guang)學(xue)制造中(zhong)心的(de)(de)(de)目的(de)(de)(de)，是想通過(guo)引進(jin)以定型加(jia)(jia)(jia)工(gong)為(wei)基礎的(de)(de)(de)計算機(ji)數控加(jia)(jia)(jia)工(gong)機(ji)床(chuang)，使勞(lao)動力(li)密集型的(de)(de)(de)光(guang)(guang)學(xue)加(jia)(jia)(jia)工(gong)技術(shu)(shu)迅速實現柔(rou)(rou)(rou)性自動化(hua)，從而改善美(mei)國在光(guang)(guang)學(xue)零件制造方面(mian)的(de)(de)(de)能力(li)，使美(mei)國工(gong)業的(de)(de)(de)光(guang)(guang)學(xue)基礎恢復元氣(qi)。光(guang)(guang)學(xue)制造中(zhong)心，通過(guo)和(he)其成員之間的(de)(de)(de)緊(jin)密聯系，加(jia)(jia)(jia)快了新技術(shu)(shu)的(de)(de)(de)開發步伐，不久便開發出了稱之為(wei)光(guang)(guang)學(xue)自動化(hua)和(he)管理(li)(Opticam)的(de)(de)(de)新光(guang)(guang)學(xue)加(jia)(jia)(jia)工(gong)技術(shu)(shu)。這種Opticam技術(shu)(shu)，以定型加(jia)(jia)(jia)工(gong)為(wei)基礎，通過(guo)計算機(ji)數控機(ji)床(chuang)和(he)柔(rou)(rou)(rou)性工(gong)具，實現光(guang)(guang)學(xue)零件加(jia)(jia)(jia)工(gong)的(de)(de)(de)柔(rou)(rou)(rou)性自動化(hua)。
1992年光(guang)學(xue)(xue)制造(zao)中心研(yan)制出(chu)(chu)了(le)第1臺型號為(wei)Opticam SM的(de)(de)(de)(de)(de)(de)加(jia)(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)(gong)系統，實現了(le)光(guang)學(xue)(xue)零件(jian)(jian)在計(ji)(ji)(ji)(ji)算機(ji)(ji)(ji)數控(kong)機(ji)(ji)(ji)床上加(jia)(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)(gong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)夢想(xiang)。該(gai)機(ji)(ji)(ji)床的(de)(de)(de)(de)(de)(de)工(gong)(gong)(gong)(gong)具軸為(wei)具有空氣軸承的(de)(de)(de)(de)(de)(de)高(gao)速(su)旋轉軸，其(qi)(qi)線速(su)達50m/s。工(gong)(gong)(gong)(gong)具為(wei)金屬(shu)結合劑的(de)(de)(de)(de)(de)(de)金剛石(shi)環形(xing)磨(mo)輪(lun)，其(qi)(qi)粒(li)度(du)分別為(wei)20～10μm、12～6μm、4～2μm。在零件(jian)(jian)加(jia)(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)(gong)過程中，計(ji)(ji)(ji)(ji)算機(ji)(ji)(ji)控(kong)制進(jin)給，機(ji)(ji)(ji)械手(shou)更(geng)換夾具。該(gai)加(jia)(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)(gong)機(ji)(ji)(ji)床加(jia)(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)(gong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)光(guang)學(xue)(xue)零件(jian)(jian)其(qi)(qi)表(biao)面(mian)(mian)(mian)粗(cu)(cu)糙度(du)(RMS)可(ke)達20nm以下，次表(biao)面(mian)(mian)(mian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)破壞層(ceng)深度(du)小(xiao)于(yu)2μm。5分鐘(zhong)內面(mian)(mian)(mian)形(xing)精(jing)(jing)(jing)度(du)可(ke)達1λ(PV值)。1993年該(gai)中心又推出(chu)(chu)了(le)第2代設計(ji)(ji)(ji)(ji)產品Opticam SX加(jia)(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)(gong)系統。這(zhe)是一(yi)種非(fei)常靈活的(de)(de)(de)(de)(de)(de)運動(dong)精(jing)(jing)(jing)度(du)為(wei)亞微米級的(de)(de)(de)(de)(de)(de)5軸計(ji)(ji)(ji)(ji)算機(ji)(ji)(ji)數控(kong)精(jing)(jing)(jing)密(mi)加(jia)(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)(gong)中心。使用的(de)(de)(de)(de)(de)(de)工(gong)(gong)(gong)(gong)具為(wei)由燒(shao)結金剛石(shi)磨(mo)料制成(cheng)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)環形(xing)磨(mo)輪(lun)。磨(mo)輪(lun)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)轉速(su)為(wei)10000轉/min，工(gong)(gong)(gong)(gong)件(jian)(jian)軸的(de)(de)(de)(de)(de)(de)轉速(su)為(wei)200轉/min。機(ji)(ji)(ji)床的(de)(de)(de)(de)(de)(de)定(ding)位(wei)精(jing)(jing)(jing)度(du)為(wei)1μm，轉角(jiao)(jiao)精(jing)(jing)(jing)度(du)為(wei)1'。該(gai)系統能完成(cheng)所(suo)有球(qiu)面(mian)(mian)(mian)零件(jian)(jian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)粗(cu)(cu)磨(mo)、精(jing)(jing)(jing)磨(mo)、超精(jing)(jing)(jing)磨(mo)、定(ding)中心、磨(mo)邊、倒角(jiao)(jiao)等加(jia)(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)(gong)工(gong)(gong)(gong)(gong)序(xu)。能加(jia)(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)(gong)直徑為(wei)10～150mm的(de)(de)(de)(de)(de)(de)凹凸半球(qiu)零件(jian)(jian)。加(jia)(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)(gong)出(chu)(chu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)光(guang)學(xue)(xue)零件(jian)(jian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)面(mian)(mian)(mian)形(xing)精(jing)(jing)(jing)度(du)好于(yu)λ/3(P-V值)，表(biao)面(mian)(mian)(mian)粗(cu)(cu)糙度(du)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)均(jun)方根值為(wei)3～10nm。目前這(zhe)種Opticam機(ji)(ji)(ji)床已(yi)被12家光(guang)學(xue)(xue)零件(jian)(jian)制造(zao)廠(chang)使用，已(yi)生(sheng)產出(chu)(chu)了(le)可(ke)供(gong)標槍導(dao)(dao)彈、F-16飛機(ji)(ji)(ji)、目標捕獲指示瞄準具/駕駛(shi)員夜視傳感器(qi)和導(dao)(dao)彈尋的(de)(de)(de)(de)(de)(de)改進(jin)計(ji)(ji)(ji)(ji)劃等用的(de)(de)(de)(de)(de)(de)光(guang)學(xue)(xue)元(yuan)件(jian)(jian)。
Opticam技(ji)(ji)(ji)術(shu)的開發應用(yong)(yong)，極大(da)(da)的提高(gao)了(le)光(guang)學(xue)(xue)(xue)加(jia)工(gong)的適(shi)應性和生(sheng)產(chan)率，收益(yi)巨大(da)(da)。首(shou)先是(shi)，使(shi)(shi)光(guang)學(xue)(xue)(xue)零(ling)件(jian)加(jia)工(gong)擺脫了(le)對熟練技(ji)(ji)(ji)術(shu)工(gong)人的依(yi)賴(lai)，工(gong)人不(bu)再需要進(jin)行(xing)長時間的培訓。只(zhi)要利用(yong)(yong)給與(yu)(yu)的工(gong)件(jian)加(jia)工(gong)參數(shu)，任何(he)計算(suan)機數(shu)控機床(chuang)操作(zuo)員均能(neng)生(sheng)產(chan)出(chu)符(fu)合(he)要求(qiu)的光(guang)學(xue)(xue)(xue)零(ling)件(jian)，而且可(ke)以(yi)100%的提高(gao)產(chan)量。因此，它(ta)完全能(neng)夠應付因戰爭動員所造成(cheng)的生(sheng)產(chan)量驟增。其(qi)次是(shi)，不(bu)再為每(mei)種透鏡配備專用(yong)(yong)的工(gong)具與(yu)(yu)夾具，從而使(shi)(shi)光(guang)學(xue)(xue)(xue)零(ling)件(jian)的加(jia)工(gong)費(fei)(fei)用(yong)(yong)得以(yi)降低。羅徹(che)斯特(te)大(da)(da)學(xue)(xue)(xue)光(guang)學(xue)(xue)(xue)制(zhi)造中心，曾利用(yong)(yong)初步得到(dao)的數(shu)據將這(zhe)種新(xin)技(ji)(ji)(ji)術(shu)與(yu)(yu)傳統的光(guang)學(xue)(xue)(xue)加(jia)工(gong)方法(fa)作(zuo)了(le)比(bi)較，按保守估計得出(chu)的結論(lun)是(shi)，用(yong)(yong)新(xin)技(ji)(ji)(ji)術(shu)比(bi)用(yong)(yong)傳統的技(ji)(ji)(ji)術(shu)要平(ping)均節(jie)省20%的費(fei)(fei)用(yong)(yong)。其(qi)三是(shi)，由(you)于Opticam技(ji)(ji)(ji)術(shu)提供的柔性加(jia)工(gong)能(neng)力使(shi)(shi)在同一臺機床(chuang)上(shang)可(ke)以(yi)生(sheng)產(chan)不(bu)同的光(guang)學(xue)(xue)(xue)零(ling)件(jian)，且很(hen)快就能(neng)拿出(chu)樣品，所以(yi)可(ke)使(shi)(shi)光(guang)學(xue)(xue)(xue)元(yuan)件(jian)加(jia)工(gong)的總周期縮短(duan)30～60%。
為(wei)了進(jin)一步(bu)完善Opticam技(ji)(ji)術(shu)(shu)(shu)在(zai)光(guang)學(xue)加工(gong)(gong)領(ling)域(yu)的(de)(de)(de)(de)(de)應用，在(zai)'陸(lu)軍制(zhi)(zhi)(zhi)作(zuo)技(ji)(ji)術(shu)(shu)(shu)計(ji)(ji)劃(hua)'的(de)(de)(de)(de)(de)支持下，羅徹斯特(te)大學(xue)的(de)(de)(de)(de)(de)光(guang)學(xue)制(zhi)(zhi)(zhi)造中心(xin)正(zheng)(zheng)潛心(xin)作(zuo)如(ru)下方(fang)(fang)面的(de)(de)(de)(de)(de)工(gong)(gong)作(zuo)：①針對Opticam SX加工(gong)(gong)系統加工(gong)(gong)出的(de)(de)(de)(de)(de)玻(bo)璃透(tou)(tou)鏡(jing)(jing)仍需(xu)通過一次拋(pao)光(guang)工(gong)(gong)序(xu)的(de)(de)(de)(de)(de)加工(gong)(gong)，才能去除(chu)次表面的(de)(de)(de)(de)(de)損傷和使表面粗糙(cao)度的(de)(de)(de)(de)(de)均方(fang)(fang)根值小于2μm，正(zheng)(zheng)在(zai)研(yan)(yan)(yan)(yan)究(jiu)原(yuan)蘇(su)聯(lian)人Belarus發(fa)明的(de)(de)(de)(de)(de)磁流體精(jing)加工(gong)(gong)技(ji)(ji)術(shu)(shu)(shu)。現(xian)已研(yan)(yan)(yan)(yan)制(zhi)(zhi)(zhi)出利(li)用磁流體拋(pao)光(guang)技(ji)(ji)術(shu)(shu)(shu)的(de)(de)(de)(de)(de)Opticam磁流體拋(pao)光(guang)樣機和定(ding)型(xing)方(fang)(fang)法，下一步(bu)工(gong)(gong)作(zuo)是研(yan)(yan)(yan)(yan)究(jiu)確定(ding)磁流體拋(pao)光(guang)過程的(de)(de)(de)(de)(de)特(te)性和將(jiang)其(qi)工(gong)(gong)作(zuo)最佳(jia)化(hua);②研(yan)(yan)(yan)(yan)制(zhi)(zhi)(zhi)價格便宜的(de)(de)(de)(de)(de)、加工(gong)(gong)直徑為(wei)2～50mm的(de)(de)(de)(de)(de)透(tou)(tou)鏡(jing)(jing)用的(de)(de)(de)(de)(de)Opticam micro SX機床，將(jiang)Opticam技(ji)(ji)術(shu)(shu)(shu)擴(kuo)(kuo)展(zhan)(zhan)到(dao)微型(xing)透(tou)(tou)鏡(jing)(jing)加工(gong)(gong)領(ling)域(yu)。③進(jin)行金剛石磨(mo)料(liao)(liao)刀具(ju)最佳(jia)化(hua)和改進(jin)冷卻劑的(de)(de)(de)(de)(de)研(yan)(yan)(yan)(yan)究(jiu)。打(da)算利(li)用日本人發(fa)明的(de)(de)(de)(de)(de)加工(gong)(gong)中電解整(zheng)修(xiu)(xiu)技(ji)(ji)術(shu)(shu)(shu)，通過計(ji)(ji)算機控(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)電解去除(chu)研(yan)(yan)(yan)(yan)磨(mo)工(gong)(gong)具(ju)的(de)(de)(de)(de)(de)粘結材料(liao)(liao)，在(zai)研(yan)(yan)(yan)(yan)磨(mo)中不斷地進(jin)行金剛石研(yan)(yan)(yan)(yan)磨(mo)工(gong)(gong)具(ju)的(de)(de)(de)(de)(de)整(zheng)修(xiu)(xiu)。④1996年(nian)，美國國防高級研(yan)(yan)(yan)(yan)究(jiu)計(ji)(ji)劃(hua)局啟動新的(de)(de)(de)(de)(de)600萬美元的(de)(de)(de)(de)(de)技(ji)(ji)術(shu)(shu)(shu)再投資計(ji)(ji)劃(hua)，預將(jiang)Opticam技(ji)(ji)術(shu)(shu)(shu)擴(kuo)(kuo)展(zhan)(zhan)到(dao)玻(bo)璃和易碎材料(liao)(liao)的(de)(de)(de)(de)(de)非球面透(tou)(tou)鏡(jing)(jing)的(de)(de)(de)(de)(de)制(zhi)(zhi)(zhi)造領(ling)域(yu)。光(guang)學(xue)制(zhi)(zhi)(zhi)造中心(xin)正(zheng)(zheng)在(zai)進(jin)行這(zhe)項工(gong)(gong)作(zuo)的(de)(de)(de)(de)(de)研(yan)(yan)(yan)(yan)究(jiu)，打(da)算通過將(jiang)定(ding)型(xing)微研(yan)(yan)(yan)(yan)磨(mo)技(ji)(ji)術(shu)(shu)(shu)與磁流體拋(pao)光(guang)技(ji)(ji)術(shu)(shu)(shu)相(xiang)結合的(de)(de)(de)(de)(de)做(zuo)法來實(shi)現(xian)這(zhe)一計(ji)(ji)劃(hua)。按計(ji)(ji)劃(hua)1999年(nian)實(shi)現(xian)制(zhi)(zhi)(zhi)作(zuo)設備(bei)商品化(hua)。
另外，羅(luo)徹斯特大(da)學(xue)光學(xue)制作中心還開始了(le)有關制造(zao)非軸對稱和(he)共形光學(xue)元(yuan)件(jian)方法(fa)的研(yan)究，預將Opticam技術延伸到非徑向對稱元(yuan)件(jian)的成形加工領(ling)域。