一、概（gài）述
1．1非球麵光學零件的作用（yòng）
非球麵（miàn）光學零件是一種非常重（chóng）要的光學零件，常用的有拋物（wù）麵鏡（jìng）、雙曲麵鏡、橢球麵鏡等。非球麵光學零件可以獲得球麵光學零件無可比擬的良好的成像質量，在（zài）光學係統中能夠很好的矯正多種（zhǒng）像差，改（gǎi）善成像質量，提高係統鑒別能力，它（tā）能以一個或幾個非球麵零件代（dài）替多個球麵零件，從而簡化儀器結構，降低成本並有（yǒu）效的減輕儀器重量。
非球麵光學零件在軍用和民用光電產品上的（de）應用也很廣泛，如在攝影鏡頭和取（qǔ）景（jǐng）器、電視攝像管、變焦鏡頭、電影放（fàng）影鏡頭、衛星紅外望遠（yuǎn）鏡、錄像機（jī）鏡頭、錄（lù）像和錄音光盤讀出頭、條形碼讀出頭、光纖通信的光纖接頭、醫療儀器等中。
1．2國外非球麵零件的超精密加工（gōng）技術的現狀
80年代以來，出現了許多種（zhǒng）新的（de）非球麵超精密加工技術，主要有：計算機數控單點金剛石車削技術、計算機數控磨削技術、計算機數控離子束成形技術、計算機數控超精（jīng）密拋光技術和非球麵複印技術等（děng），這些加工（gōng）方法，基本上解（jiě）決了各種非球麵鏡加工中所存在的問題。前四種方法運用（yòng）了數（shù）控技術，均具有加工精度較（jiào）高，效率高等特點，適於批量生產（chǎn）。
進行非球麵零件加工時，要考慮所加工零件的材料、形狀、精度和口（kǒu）徑等因素，對於銅、鋁等（děng）軟質材（cái）料，可以用單點金剛石切削(SPDT)的方法進行超精加工，對於玻璃（lí）或塑料等，當前主要采用先超精密（mì）加工其模具，而（ér）後再用成形法生產非（fēi）球麵零（líng）件（jiàn），對於（yú）其它一些高硬度的脆性材料，目前（qián）主要是通過超精密磨削和超精密研磨、拋（pāo）光（guāng）等（děng）方法進行加工的，另外．還有非（fēi）球麵零件的特種加工技術如（rú）離子束拋光等。
國外許多公司己將超精密車（chē）削、磨削、研磨以及拋光加工集成為一體，並且研製出超精密複合加工係統，如Rank Pneumo公司生產的（de）Nanoform300、 Nanoform250、 CUPE研製的Nanocentre、日本的 AHN60―3D、ULP一100A(H)都具有複合加工功（gōng）能，這（zhè）樣可以便非（fēi）球麵零件的加（jiā）工更加靈活。
1．3 我國非球麵零件超精密加工技術的現狀
我國從80年代初才開始超精密加工技術的研究，比國外整整落後了20年。近年來，該項（xiàng）工作開展（zhǎn）較好的單位有北京機床研究所、中（zhōng）國航空精（jīng）密機械研究所、哈爾濱工業大學、中科院（yuàn）長春光機所應用光學重點（diǎn）實驗室等。
為更好的開展對此項超精密加工技（jì）術的（de）研究，國防科工委於1995年在中國航空精密機械研究（jiū）所首先（xiān）建立了國內******個從事超精密加工（gōng）技術研究的重點實驗室。
二、非球麵零件超精密切削加工（gōng）技（jì）術
美國（guó）Union Carbide公（gōng）司於1972年研製成功了 R―θ方（fāng）式（shì）的非球麵創成（chéng）加工機床。這是一台具有位置反饋的雙坐標數控車床，可實時（shí）改變刀座導軌的轉角θ和半徑 R，實現非球（qiú）麵（miàn）的鏡（jìng）麵加工。加工直徑達φ380mm，加工工件的（de）形狀精度為±O．63μm，表麵粗糙度為 Ra0.025μm。
摩爾公司於1980年首先開發（fā）出了用（yòng）3個坐標控製的（de）M―18AG非球（qiú）麵加工機床，這種機床可加工直徑356mm的（de）各種非球麵的金屬反射鏡。
英國 Rank Pneumo公司於1980年向市場推出（chū）了利用激光反饋控製的兩（liǎng）軸聯動（dòng）加工機床(MSG―325)，該機（jī）床可加工直徑為350mm的非球麵金屬反射鏡，加（jiā）工工件形狀（zhuàng）精度達 0．25-0.5μm，表麵粗糙度 Ra在0．01-O．025μm之間。隨後又推出了ASG2500、ASG2500T、Nanoform300等機床，該公司又在上述機床的基礎上，於1990年開發出 Nanoform600，該機床能加工直徑為600mm的非球麵反射鏡，加工工件的形狀精度優於0．1μm，表麵粗糙度優（yōu）於0．01μm。
代表當今員高水（shuǐ）平的超精密金（jīn）剛石車床是美國勞倫斯．利弗莫爾(LLNL)實驗室於1984年研製成功的 LODTM，它可加工直徑達2100mm，重達（dá）4500kg的工件其加工精度可達0．25μm，表麵（miàn）粗糙度RaO．0076μm，該機床可加工平麵（miàn）、球（qiú）麵（miàn）及（jí）非球麵，主（zhǔ）要（yào）用於加工（gōng）激光核聚變工程所需的零件、紅外線裝置用的零件和大型天體反射鏡等。
英國 Cranfield大學精密工程研究所(CUPE)研製的大型超精（jīng）密金剛右（yòu）鏡麵切削機床，可以加工（gōng）大型 X射線天體望遠鏡（jìng）用的非球（qiú）麵反射鏡(***大直徑可達1400mm，***大（dà）長度為（wéi）600mm的圓錐鏡)。該研究所還研製成（chéng）功了可以加工（gōng）用於 X射線望遠鏡內側回轉（zhuǎn）拋物麵和外側回轉雙曲麵反射鏡的金剛石切削機（jī）床。
日本開發的超精密加工機床主要是用於（yú）加工民用產品所（suǒ）需的透鏡和反射鏡，目前日本（běn）製造的加工機床有：東芝機械研製的 ULG―l00A(H)不二越公司的 ASP―L15、豐田（tián）工機的 AHN10、 AHN30×25、 AHN60―3D非球麵加工機床（chuáng）等。
三、非球麵零件超精密磨削加工技術
3．1非球麵零件超精磨削裝（zhuāng）置（zhì）
英國（guó） Rank Pneumo公司1988年開發了改進型的 ASG2500、 ASG2500T、Nanoform300機床（chuáng），這（zhè）些機床不僅能夠進切（qiē）削加（jiā）工，而且也可以用金剛石砂輪（lún）進行磨削（xuē），能加工直（zhí）徑為300mm的非球麵（miàn）金屬反射鏡，加工工件的形（xíng）狀精（jīng）度為0．3-O．16μm，表麵粗（cū）糙度達Ra0．01μm。
***近又推出 Nanoform250超精密加工係統，該係統是一個兩軸超精密 CNC機床，在該機床（chuáng）上既能進行超精密車（chē）削又能進（jìn）行超揚密（mì）磨削．還能（néng）進行超精密拋光（guāng）。***突（tū）出（chū）的特點是（shì）可（kě）以直接磨削出能達到光學係統要求的具有光學（xué）表麵質量和麵型精（jīng）度的硬（yìng）脆材料（liào）光學零件（jiàn）。該（gāi）機（jī）床采用了許（xǔ）多******的 Nanoform600、Optoform50設計思想，機床***大加工（gōng）工件直徑達250mm，它（tā）通過一個升高裝置（zhì）使機床的***大加工工件直徑達到450mm，另外通（tōng）過控（kòng）製垂直方向（xiàng）的液體靜壓（yā）導軌(Y軸)還（hái）能磨削非軸對稱（chēng）零件，機床數控係統的分辨（biàn）率達 O．001μm，位置（zhì）反饋元件采用了分辨率為8．6nm的光柵或分辨率為1．25nm的激光幹涉儀，加工工件的麵型精度達0.25μm，表（biǎo）麵粗糙度優於 Ra0．01μm。
Nanocentre250、 Nanocentre600是一種（zhǒng）三軸超精密 CNC非球麵範成裝置，它可（kě）以滿足單（dān）點和延性（xìng）磨削兩個（gè）方麵的使用（yòng）要求，通過合理化機床結構設計、利用高（gāo）剛度伺服驅動係統（tǒng）和液體靜壓軸承（chéng）使機床具有較高的閉環剛度， x和 Z軸的分辨（biàn）率（lǜ）為1．25nm，這個機（jī）床被認為是符合現（xiàn）代工藝規範的。 CUPE生產的 Nanocentre非球麵光學零件加工機床，加工直徑達（dá）600mm．麵型精度優於0．1μm，表（biǎo）麵粗糙度優於 Ra0.01μm。 CUPE還為美國柯達公司研究、設計和生產了當今世界上***大的超精（jīng）密大型 CNC光學零件磨床0AGM2500，該機床主要用於光學玻璃等硬（yìng）脆材料的加工，可加工和測量2．5m×2．5m×O．61m的工件，它能加工出2m見方的非對稱光學鏡麵，鏡麵的形狀誤差僅為1μm。
日本豐田工機研製的 AHN60―3D是一台 CNC三維截形磨削和（hé）車削機床，它能在 X、 Y、和 Z三軸控製下磨削和車削軸向對稱形狀的光學零件，可以在 X、 Y和 Z軸二（èr）個半軸控製下磨削和車削非軸對稱光學零件，加工工（gōng）件的截形精度（dù）為0．35unl，表麵粗（cū）糙度達 Ra0．016μm。另外東芝機械研製的（de） ULG―100A(H)超精密複合加工裝（zhuāng）置，它用分別控製兩個軸的方（fāng）法（fǎ），實現了對非球麵（miàn）透鏡模具的切削和磨削，其 X軸和 Z軸的行程分別（bié）為150mm和100mm，位置反饋元件是分辨率為（wéi）0．01μm的光柵。
3．2非球麵光學零件的 ELID鏡麵磨削技術
日本學者大森整等人從1987年對超（chāo）硬磨料砂輪進行了研究，開發了使用（yòng）電解 In Process Dressing(ELID)的磨削（xuē）法（fǎ），實現了（le）對硬脆材料高品（pǐn）位鏡麵（miàn）磨削和延性方式的磨削，現在該方法己成功的應用於球麵、非球麵透鏡、模具（jù）的（de）超精密加工。
① ELID鏡（jìng）麵磨削原理
ELID磨（mó）削係統包括：金屬結合劑（jì）超微細粒度超硬磨料砂輪、電解修整（zhěng）電源（yuán）、電（diàn）解修（xiū）整電極、電解液(兼作磨削液)、接電電刷（shuā）和機床（chuáng）設備。磨削（xuē）過程中，砂輪通過接電電刷與電源的正（zhèng）極相接，安裝在機床上的（de）修整電極與電源的負極相接（jiē），砂輪和電極之間澆注電解液（yè），這樣，電源、砂輪、電極、砂輪和電極之間的電解液形成一個完整的電化學係統。
采用（yòng） ELID磨削時（shí），對所用的砂（shā）輪、電源、電解液均（jun1）有一些特（tè）殊要求。要求砂輪的結合劑有良好的導電性（xìng）和（hé）電解性、結合劑元素的氫（qīng）氧（yǎng）化物（wù）或氧化物（wù）不導電，且不（bú）溶於（yú）水，ELID磨削使用的電源，可以采（cǎi）用電解加工的直流電源或采用各種波形的脈衝電源或直流（liú）基量（liàng）脈衝電源（yuán）。在 ELID磨削過程（chéng）中，電解（jiě）液除作為磨削液外，還起著降（jiàng）低磨（mó）削區溫度和減少摩撩的作用，ELID磨削一般采用水溶性磨削液，全屬基結合劑砂輪的機械強度高，通（tōng）過設定合適的電解量，砂輪磨（mó）損小（xiǎo）。同時能得到（dào）高的形（xíng）狀精度。應用這個原理，能實現從平麵到非（fēi）球麵（miàn），各種形狀的光學元件的（de）超精密鏡麵磨削。
②ELID鏡麵磨削實驗係（xì）統
在 Rank Pneumo公司的 ASG―2500T機（jī）床上，裝上由砂輪、電源、電極、磨削液等組成（chéng）大森整（zhěng） ELID係統毛坯粗成形加（jiā）工時使用400、半精（jīng）加工（gōng）時使用1000或2000、作鏡麵（miàn）磨削時使用（yòng）4000(平均粒徑約為4μm)或8000(平均粒徑約為2μm)的鑄鐵結合（hé）劑金剛石砂輪（lún），電解（jiě）修銳電源(ELID電源)，使用（yòng）的是直流高頻脈衝電壓式專用（yòng）電源，工作電（diàn）壓（yā）為60V，電流為 lOA。所用（yòng）的磨削液，使用時要（yào）求用純水將水溶性磨削液（yè） AFH―M和 CEM稀釋50倍。
③ ELID鏡麵磨削實驗方法和實驗結果
作非球（qiú）麵加工時，通過安裝（zhuāng）在工件軸上的碗形砂輪(325鑄鐵結合劑金剛石砂輪為（wéi）φ30×W2mm)進行平砂輪的隻成形體整，作（zuò）10min的電解初期修銳（ruì）之（zhī）後，經過400的粗磨（mó）和1000的半精加工，***後（hòu）再用4000進行 ELID鏡麵（miàn）磨削，在超精密非球麵加工機（jī）床上，借助 ELID磨削技術，成功地加（jiā）工出了（le）光學玻璃 BK―7非（fēi）球麵透鏡。麵（miàn）型（xíng）精度達到優於 o．2μm，表麵粗糙度達Ra20nm，而對於稍軟如 LASFN30和Ge等材料的非球麵加工，同樣能達到麵型精度優於 O．2-O．3μm，表麵粗糙度達 Ra30nm。
四、非球麵零件（jiàn）的超精密拋光(研磨)技術
超精密拋光是加工速度極慢的一種加工方法。不適合形狀範成法加工，近（jìn）年來，由（yóu）於短波長光學元件、OA儀器和 AV機器等的飛（fēi）速發展，對零件（jiàn）的表麵粗糙（cāo）度提出了更高的要求，到目前為止還沒有比（bǐ）超精密拋光更好的實用的方法，尤其當零件（jiàn）的（de）表麵粗糙度要求優於 0．0lμm時，這種方法是不可缺少的，對形狀精（jīng）度要求很高的工件，如果采用強製進給的方法（fǎ）進（jìn）行切削或進行（háng）磨（mó）削時，其形狀精度將直接受（shòu）到（dào）機（jī）床（chuáng）進（jìn）給定位精（jīng）度的（de）影響，達到所在反應，並由此引起的加工作用，在工件表麵上存在同樣微（wēi）小凹（āo）的部分，在一般情況（kuàng）下，隻能獲得波紋（wén）起伏較大的表麵。
日本大阪（bǎn）大（dà）學工學部森勇芷教授等人利用 EEM開發了（le）一種三軸（zhóu）(x、 z、 C)數控光學表麵範成裝置，利用該裝置加工時，一邊在工件表麵上控製聚胺脂球的滯留時間，一邊用聚胺脂球掃描加工對象的物全領域，利用該裝置（zhì）能加工高精度的任意曲麵（miàn）。
五、非球麵零件等離子體的 CVM(Chemical Vaporization Machining)技術
目（mù）前廣泛采用的切削、研磨、拋光等機械加工方法，由於加工材料中存在（zài）微細裂紋或結晶中的（de）品（pǐn）格缺陷等原因，無論怎樣提高加工精度，改進（jìn）加工裝置，總存在一定的局限性，為此，日本大阪大學工學部森（sēn）勇正教（jiāo）授（shòu）提出了一種用化學氣體加（jiā）工的新的加工工藝方法，稱為等離子 CVM法，這是（shì）一種利用原子化學反應，獲得超精密表麵的一（yī）種技術，其加工原理和等離子體刻蝕一樣（yàng），在等離（lí）子體（tǐ）中，被（bèi）激活的遊離基和工件表麵（miàn）原於起反應，將之變成揮發性分子，並通過氣體蒸發實現加工（gōng）的，在高壓力（lì）下所產生的等離子體，能夠生成密度非常高的遊離基，所以這種加工方法能達到與機械加工方法相匹敵的加工速度。
目前公司經營項目有: CNC航空高精密機械零件加（jiā）工，CNC航空高精密樣（yàng）機加工（gōng）、北京不鏽鋼零件加工（gōng）、各種（zhǒng）高精密金屬零（líng）件、塑料加工，各種高精密工裝夾（jiá）具加工、 小批量（liàng）研發模型樣機加工製作， 真空批量翻模（mó）加工製（zhì）作， 矽膠，橡（xiàng）膠製作，鈑（bǎn）金製作， 鋁合金批量（liàng）高精密加工製作，批量吸塑製（zhì）作，產品（pǐn）過uv，產品結構設計（jì），批（pī）量噴塗絲印（yìn），鐳雕激光打字等等。
在高壓力下，由於氣體分子的平均自由行程極小，等離子體局限在（zài）電極附近。所（suǒ）以可以（yǐ）通過（guò）電極掃描，加工出（chū） O．01μm精度的任意形（xíng）狀的零件，另外可以以（yǐ）50μm／min的速（sù）度加工單晶矽（guī）平（píng）麵，加工（gōng）工件的表（biǎo）麵粗糙度可達0.1nm(Rrms)。
下個世（shì）紀，在矽芯片加（jiā）工和半導體曝光裝（zhuāng）置（zhì）用的非球麵透鏡加工等很多領域中，將應用 CVM技術，當前有人正在（zài）研究通（tōng）過 CVM和 EEM的組合，加工同步（bù）加速器用的 X射線反射（shè）鏡等原子級平坦的任意曲麵（miàn）。
六、非球麵零件複製技術
用控製除（chú）去厚（hòu）度的拋光(研磨)方法能夠製造（zào）出高精度的非球麵零（líng）件（jiàn），但和一般的光學零件加工方法相比，這種方法的加工效率很低（dī），解決這個問題的方法之一有複（fù）製技術，即塑料注射成形和玻璃的模壓成形技術，這種技術能夠製造一部分（fèn）非球麵透鏡。塑料透（tòu）鏡注射成形是將熔化的樹脂注入模具內，一邊施加壓力，一邊冷卻固化的加工方法，這種方法能夠進行廉價、大批量生產，但存在塑料自身的某些問題，如溫度變化、吸濕（shī）導致透鏡折射率（lǜ）的（de）變化。
玻璃的模壓成形是代替切削、磨削（xuē）、研磨加工透鏡、棱鏡的***佳的小型零件大批量生產方法。模壓成形技術（shù）是將模具內的溫度控製在衝壓的玻璃轉移溫度以上p軟（ruǎn）化溫（wēn）度以（yǐ）下（xià），在模具內，進入有流動性的（de）玻璃，加壓成形，並且保持（chí）這種狀態20s以上，直（zhí）到成形了的玻璃溫度分布均勻化，將模具（jù）的形狀精度作（zuò）到0．1 μm，表麵粗糙度作到0．01μm以下，在上述條件下加壓成形，能加工（gōng）出和模具精度相（xiàng）近的零件。
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