【機床商務網 新品出爐】非球面光學零件是一類非常重要的光學零件，常用的有拋物面鏡、雙曲面鏡以及橢球面鏡等。非球面光學零件具有球面光學零件無可比擬的良好成像質量，應用在光學系統(tǒng)中能夠很好地矯正多種像差，改善儀器成像質量，提高儀器鑒別能力，增大作用距離，它能以一個或幾個少量的非球面零件代替較多的球面零件，從而簡化儀器結構，降低成本，并有效地減輕儀器重量。
 

　　非球面曲面光學零件在現代高能激光武器、慣性約束核聚變點火工程、空天遙感和深空探測以及航空航天打擊系統(tǒng)中發(fā)揮著極為重要的作用，應用范圍日益廣泛。其中一些系統(tǒng)因使用環(huán)境和有關條件(如航空航天對重量、過載、溫度環(huán)境等要求)限制，對零件材料性能(比剛度、溫度穩(wěn)定性、加工特性等)有著非常嚴苛的要求。在這種情況下，傳統(tǒng)的非球面光學零件加工方法不僅在時間、效率和成本上遠遠不能滿足要求，更重要的是不能完成像對鈹、金、銅等有色金屬和許多其他一些材料非球面光學曲面的加工。同時，傳統(tǒng)的非球面光學零件加工方法還無法解決復雜非球面曲面零件，譬如自由曲面、保形曲面光學零件的超精密加工技術難題。為此，迫切需要研究適應快速、的現代光學復雜非球面確定性超精密加工技術。另一方面，隨著現代計算機技術、超精密測量技術、超精密運動控制技術、各種相關精密元部件制造技術以及小環(huán)境控制技術等的發(fā)展，也為實現上述要求的現代復雜非球面加工制造技術提供了技術支撐，使之成為現實可能。
 

　　非球面光學零件確定性超精密加工技術和裝備是現代先進制造技術的典型代表，單點金剛石數控車削(SPDT)機床是現代超精密數控光學加工的典型、重要的加工裝備。SPDT可實現金屬基反射鏡、紅外材料透鏡等非球面、離軸非球面等光學元件的、確定性超精密加工。由于以SPDT為代表的現代超精密數控光學加工裝備技術水平對國家的軍事和國民經濟領域技術的發(fā)展具有重大作用，世界發(fā)達國家對我國采取了嚴格的裝備禁運和技術封鎖。特別是在大尺寸、超高精密、多坐標聯動技術產品方面控制方面尤為嚴格。
 

　　近年來，中航工業(yè)精密所依托其在超精密加工技術領域的研究基礎和傳統(tǒng)，開展了“非球面光學零件確定性超精密加工技術和裝備”項目研究，突破了大型光學數控加工機床設計、制造及運行環(huán)境控制等關鍵技術，在大承載力、高剛性的超精密立式液體靜壓主軸技術，大行程、高剛性、無摩擦效應超精密液體靜壓導軌驅動與控制技術，機床Z軸無摩擦干涉效應的全氣浮氣缸精密平衡與導軌技術，納米分辨率開放式高性能數控系統(tǒng)集成技術，機床溫度及振動環(huán)境精密控制技術以及高品質壓力油源、氣源供給技術等方面取得了一系列成果，終研制成功“Nanosys-1000 LODTM數控光學加工機床”及其輔助支撐系統(tǒng)。該機床通過納米分辨率的超精密加工運動軌跡控制，用金剛石刀具直接車削成形金屬、紅外等材料的大型光學零件。該機床可地加工傳統(tǒng)光學加工技術和裝備難以加工或根本無法加工的多種材料(如金屬基、紅外及KDP晶體等)和復雜曲面(深度非球面、離軸非球面等)現代光學系統(tǒng)元件。

 

　　該系統(tǒng)自研制成功以來，經過幾年的連續(xù)運行、工藝研究及工程應用，整體性能表現良好，精度穩(wěn)定可靠。2016年，由該機床制造的直徑達Φ1000mm的大口徑非球面拋物面鋁基反射鏡參加了第十三屆中國機床工具展覽會(CIMES2016)，吸引了現場不少業(yè)界人士的關注，也標志著我國利用自主研發(fā)的超精密加工設備制造大口徑非球面超精密光學零件成為現實。同時，該系統(tǒng)已先后為中國電子科技集團公司、北京郵電大學、中國計量科學研究院和中國科學院物理研究所等科研生產機構解決了不少超精密加工技術難題，包括太赫茲關鍵技術驗證、卡塞格倫太赫茲天線系統(tǒng)及太赫茲通訊系統(tǒng)等，滿足了我國國防科技工業(yè)裝備和民用光電市場的迫切需求，具有重要的軍事價值、社會效益和經濟效益。
 

　　“Nanosys-1000 LODTM 數控光學加工機床”的成功研制和良好運行，表明大口徑非球面曲面超精密加工設備制造和工藝關鍵技術方面取得了一系列重要突破，打破了國外的技術封鎖和裝備禁運，使我國的非球面光學零件的超精密加工技術水平上躍了一個新的臺階，項目成果達到了同類技術先進水平。

 

（原標題：的非球面光學零件確定性超精密加工）