1、 1 设计课题： 非光学球面的零件加工 2 前言前言 1663 年格里高利证明了圆锥可以校正球差的道理；年格里高利证明了圆锥可以校正球差的道理；1671 年，牛顿在皇家年，牛顿在皇家 学会介绍过学会介绍过 152.4mm 抛物面望远镜；抛物面望远镜；1732 年，肖特用抛物面和椭圆面反射镜制年，肖特用抛物面和椭圆面反射镜制 作了反射镜望远镜，这种望远镜叫格里高利望远镜作了反射镜望远镜，这种望远镜叫格里高利望远镜。从。从 18991926 年这段时间年这段时间 德国蔡司进行了大量的非球面透镜加工技术的研究和机床开发，但加工的精度德国蔡司进行了大量的非球面透镜加工技术的研究和机床开发，但加工的精度
2、 不高。不高。 由此可见，非球面最早是在天文仪器上的应用。后来一些一般精度的非球由此可见，非球面最早是在天文仪器上的应用。后来一些一般精度的非球 面应用范围逐渐扩大，由于非球面加工困难，长期以来一直没有得到广泛应用。面应用范围逐渐扩大，由于非球面加工困难，长期以来一直没有得到广泛应用。 随着科学的发展，对高性能的非球面零件的需求越来越迫切。所以从牛顿随着科学的发展，对高性能的非球面零件的需求越来越迫切。所以从牛顿 时代到今天，人们一直在想办法解决非球面加工的问题。尤其是近几年随着超时代到今天，人们一直在想办法解决非球面加工的问题。尤其是近几年随着超 精密微细加工技术的发展，高精度数控机床的出现
3、，使非球面零件的加工技术精密微细加工技术的发展，高精度数控机床的出现，使非球面零件的加工技术 有了长足的发展。有了长足的发展。 20 世纪世纪 70 年代以来，随着电子、航天、航空、天文、光通信、军事等技术年代以来，随着电子、航天、航空、天文、光通信、军事等技术 发展的需要，很多光学仪器上采用了非球面光学零件。如变焦距镜头、录像机发展的需要，很多光学仪器上采用了非球面光学零件。如变焦距镜头、录像机 透镜、光盘读头、天文望远镜等广泛采用了非球面零件，而且有些产品已经达透镜、光盘读头、天文望远镜等广泛采用了非球面零件，而且有些产品已经达 到大量生产的程度。到大量生产的程度。 3 一、一、 国内外非
4、球面加工的国内外非球面加工的现现 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
5、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 Rank Pneumo 公司生产的 Nanoform300、Nanoform250、CUPE 研制的 Nanocentre、日本的 AHN603D、ULP 一 10OA（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 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
6、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。 二、非球面的优缺点 非球面的优点有以下三点：1.具有优良的光学性能 2.改善了成像质量 3.简化了光学系统 非球面的缺点有以下四点:1.非球面大多数只有一个对称轴，表面比较复杂，只能单件加 工。 2.非球面各点曲率不同，在抛光时表面难以用成型模具修正。 3.非球面对另一表面的偏差， 不能用定心磨边的方法解决两光 学表面的同轴性。 4 4.非球面检验不像球面的检验容易实现，一般不能用样板检 验，特别是对某些非球面的检验是很复杂的。 三、二次非球面加工 在实际光学系统中，很多情况下用二次曲面就够了，并且二次曲面在检测上有它的方便 之处，因此，从工艺角度上讲尽量采用二次曲面。 一、二次非球面的光学性质 1反射面 二次非球面的反射面，如图 3-1 所示，是由平面曲线围绕连结其几何焦点的轴线旋转而 成的。这类表面具有很好的光学性质：若点光源置于几何焦点
