非球面光学零件超精密加工技术.pdf

．1非球面光学零件的作用
非球面光学零件是一种非常重要的光学零件，常用的有抛物面镜、双曲面镜、
椭球面镜等。非球面光学零件可以获得球面光学零件无可比拟的良好的成像质
量，在光学系统中能够很好的矫正多种像差，改善成像质量，提高系统鉴别能力，
它能以一个或几个非球面零件代替多个球面零件，从而简化仪器结构，降低成本
并有效的减轻仪器重量。
非球面光学零件在军用和民用光电产品上的应用也很广泛，如在摄影镜头和
取景器、电视摄像管、变焦镜头、电影放影镜头、卫星红外望远镜、录像机镜头、
录像和录音光盘读出头、条形码读出头、光纤通信的光纤接头、医疗仪器等中。

1．2国外非球面零件的超精密加工技术的现状
80年代以来，出现了许多种新的非球面超精密加工技术，主要有：计算机
数控单点金刚石车削技术、计算机数控磨削技术、计算机数控离子束成形技术、
计算机数控超精密抛光技术和非球面复印技术等，这些加工方法，基本上解决了
各种非球面镜加工中所存在的问题。前四种方法运用了数控技术，均具有加工精
度较高，效率高等特点，适于批量生产。
进行非球面零件加工时，要考虑所加工零件的材料、形状、精度和口径等因

素，对于铜、铝等软质材料，可以用单点金刚石切削(SPDT)的方法进行超精加
工，对于玻璃或塑料等，当前主要采用先超精密加工其模具，而后再用成形法生
产非球面零件，对于其它一些高硬度的脆性材料，目前主要是通过超精密磨削和
超精密研磨、抛光等方法进行加工的，另外．还有非球面零件的特种加工技术如
离子束抛光等。
国外许多公司己将超精密车削、磨削、研磨以及抛光加工集成为一体，并且

研制出超精密复合加工系统，如RankPneumo公司生产的Nanoform300、
Nanoform250、CUPE研制的Nanocentre、日本的、ULP一100A(H)
都具有复合加工功能，这样可以便非球面零件的加工更加灵活。
13我国非球面零件超精密加工技术的现状
我国从80年代初才开始超精密加工技术的研究，比国外整整落后了20年。
近年来，该项工作开展较好的单位有北京机床研究所、中国航空精密机械研究所、
哈尔滨工业大学、中科院长春光机所应用光学重点实验室等。

为更好的开展对此项超精密加工技术的研究，国防科工委于1995年在中国
航空精密机械研究所首先建立了国内第一个从事超精密加工技术研究的重点实
验室。

2．非球面零件超精密切削加工技术
美国UnionCarbide公司于1972年研制成功了方式的非球面创成加工
机床。这是一台具有位置反馈的双坐标数控车床，可实时改变刀座导轨的转角θ

和半径R，实现非球面的镜面加工。加工直径达φ380mm，加工工件的形状精度
为±O．63μm，表面粗糙度为Ra0.025μm。
摩尔公司于1980年首先开发出了用3个坐标控制的M―18AG非球面加工
机床，这种机床可加工直径356mm的各种非球面的金属反射镜。
英国RankPneumo公司于1980年向市场推出了利用激光反馈控制的两轴联
动加工机床(MSG―325)，该机床可加工直径为350mm的非球面金属反射镜，加
工工件形状精度达0．25-0．5μm，表面粗糙度Ra在0．01-O．025μm之间。随
后又推出了ASG2500、ASG2500T、Nanoform300等机床，该公司又在上述机床
的基础上，于1990年开发出Nanoform600，该机床能加工直径为600mm的非球
面反射镜，加工工件的形状精度优于0．1μm，表面粗糙度优于0．01μm。
代表当今员高水平的超精密金刚石车床是美国劳伦斯．利弗莫尔(LLNL)实
年研制成功的LODTM，它可加工直径达2100mm，重达4500kg的
工件其加工精度可达0．，表面粗糙度RaO．0076μm，该机床可加工平面、
球面及非球面，主要用于加工激光核聚变工程所需的零件、红外线装置用的零件
和大型天体反射镜等。

英国Cranfield大学精密工程研究所(CUPE)研制的大型超精密金刚右镜面切
削机床，可以加工大型X射线天体望远镜用的非球面反射镜(最大直径可达
1400mm，最大长度为600mm的圆锥镜)。该研究所还研制成功了可以加工用于
X射线望远镜内侧回转抛物面和外侧回转双曲面反射镜的金刚石切削机床。
日本开发的超精密加工机床主要是用于加工民用产品所需的透镜和反射镜，

目前日本制造的加工机床有：东芝机械研制的ULG―l00A(H)不二越公司的
ASP―L15、丰田工机的AHN10、AHN30×25、AHN60―3D非球面加工机床等。
3．非球面零件超精密磨削加工技术
3．1非球面零件超精磨削装置
英国RankPneumo公司1988年开发了改进型的ASG2500、ASG2500T、
Nanoform300机床，这些机床不仅能够进