非球面垂直磨削法的砂轮误差分析与实验研究

针对垂直磨削法中砂轮误差对超精密磨削非球面加工质量的影响,通过对多种砂轮误差的逐一理论分析,阐述了各种砂轮误差对非球面磨削加工质量的影响状况,并对部分砂轮误差进行校正和补偿,以提高磨削加工质量。最后,通过非球面磨削加工实验验证了砂轮误差补偿的正确性。该研究为非球面超精密磨削加工中砂轮误差的补偿提供技术参考。      

轴对称非球面加工进给速度控制技术研究

本文根据轴对称非球面的加工误差特性，通过分析轴对称非球面磨削加工中砂轮磨削线速度、进给速度对加工精度影响的条件，提出控制砂轮进给速度使轴对称非球面工件各点磨削量均匀的方法。该技术避免了传统加工方法中原理上固有的磨削量差异缺陷，提高了系统的加工精度。研究结果表明：进给速度控制方法针对轴对称非球面加工中常用的平面砂轮、圆弧砂轮、球面砂轮，均得到了良好的控制效果；采用新方法的数学模型更接近于理论计算轨迹，可以进一步提高工件的加工精度；新方法进给速度由外沿加工至中心部分，进给速度逐渐加快；并且变化率也逐渐增大。     

非球面铣磨机的设计及开发

介绍了一台适用于非球面镜片加工的数控光学加工机床——数控铣磨机（XM-50）。首先对非球面铣磨机的要求和机械结构的设计以及非球面铣磨机的数控系统的主要特点进行了介绍。然后重点阐述了非球面铣磨机的数控加工算法模块的研制与开发。该数控加工算法模块运用了双圆弧拟合算法，在求解时则采用了结合下降算法（一维直线搜索法）的、具有全局收敛性的牛顿法来求解非线性方程组，该方法为等误差的局部坐标法离散曲线提供了数学保证。最后介绍了用此算法模块软件输出的数控加工程序在铣磨机上对镜片进行的实际切削加工试验。     

非球面光学元件加工检测方法的研究

对非球面光学元件加工检测进行了试验和研究,得出了具体的测试方案。在非球面大口径光学元件的精密磨削中,其磨削阶段的检测技术是工件加工的关键。通过对大口径非球面光学元件加工中工件旋转轴（A轴）、砂轮旋转轴（B轴）、工件平移轴（X轴）、砂轮平移轴（Y轴）、砂轮回转轴（C轴）的位置和速度所进行的检测,证明了所使用的检测方法是可靠的,能够顺利地完成对非球面光学元件加工过程的检测,实现了非球面光学元件的精密磨削,满足了设计的要求。     

数控铣磨非球面面形误差补偿技术研究

数控铣磨是脆性材料非球面成形加工的主要方法。在数控铣磨非球面工艺技术研究中,面形误差直接影响加工精度和生产效率。结合数控铣磨非球面原理,利用Satisloh GI-3P精密铣磨加工中心铣磨非球面硅透镜,分析了影响非球面硅透镜面形误差的因素,并探讨了修正补偿面形误差的方法。结果表明:影响非球面面形精度的主要因素为z轴偏移误差、CNC程序原点与实际工件旋转轴心的偏移误差和砂轮磨损误差,通过修正误差后,有效提高了非球面成形的加工精度和加工效率。     

大口径高精度超光滑非球面制备方法

本发明涉及非球面加工技术。要解决大口径高精度超光滑非球面加工非常困难，而且加工周期长、成本较高的问题。本发明在溅射功率及工作气体压强一定的条件下，首先对靶材的沉积速率进行定标，再根据球面和非球面的差异量，利用沉积速率确定出转盘公转机构的速度，通过控制球面基底上各点经过溅射靶材的公转速度，从而控制球面基底上各点在溅射镀膜区的停留时间T，在球面基底镀制出的按一定空间分布的膜层厚度，则制成所需要非球面面形。解决了传统数控和应力盘抛光等问题，提供了一种表面粗糙度低、精度高、加工周期短、成本低的大口径高精度超光滑非球面制备方法。本发明适用于大曲率半径、小偏移量和大口径的高精度超光滑非球面加工。     

大口径非球面光学元件测量调心调平工作台系统研究

为避免大口径高精度非球面光学元件在进行离线测量时存在位姿误差,提出一种精密调心调平工作台设计方案,解决了非球面镜在离线测量时因装卡不当造成的X、Y、Z方向偏差的问题。通过分析转台与非球面在空间6个自由度上存在的相对位姿误差,并以最小二乘法为基础数学理论、模型参数评估为导向,建立基于最小二乘法的优化模型。结果表明:该模型在校正上述误差源上具有极高的精度,验证了所提出的精密调心调平工作台可作为一个独立附件来改善大口径非球面光学元件的加工与测量环境,提高磨削加工精度。     

小口径非球面小球头接触式抛光及磁流变抛光组合加工

目的 为了提高非球面光学模具的表面质量和加工效率。方法 分析当前非球面超精密抛光方式及其特点,针对小口径非球面光学模具,提出一种小球头接触式抛光及磁流变抛光的组合加工方法,对小球头进行设计,并抛光碳化钨圆片,对比小球头接触式抛光及轴向、径向、水平方向磁极的永磁体球头的磁流变抛光的加工性能。分别对编号为1^#、2^#、3^#等3个相同轮廓形状的碳化钨非球面模具进行单一方式抛光试验和组合加工试验。结果 通过对小球头抛光碳化钨圆片的加工性能进行分析发现,接触式抛光小球头的去除率为926.5 nm/h,表面粗糙度达到4.396 1 nm;轴向、径向、水平方向磁极的永磁体小球头磁流变抛光的去除率分别为391.7、344.3、353.7 nm/h,表面粗糙度分别为1.425 2、1.877 6、1.887 5 nm。对采用组合加工方法抛光碳化钨非球面的有效性进行验证时发现,非球面1^#在单一接触式抛光60 min后表面粗糙度从8.786 6 nm降至3.693 2 nm;非球面2^#在单一磁流变抛光60 min后表面粗糙度从8.212 1 nm降至1.674 5 nm;非球面3^#在组合抛光方法下先进行15 min接触式抛光,再进行15 min磁流变抛光,表面粗糙度从8.597 2 nm降至1.269 4 nm,面形精度由175.2 nm提高到138.4 nm。结论 组合加工方法可以弥补单一抛光方法的缺陷,并能有效地提高工件的面形精度。与单一接触式抛光方法相比,组合加工方法获得的表面质量更好,抛光后表面粗糙度为1.269 4 nm,远小于单一接触式抛光下的3.693 2 nm;与单一磁流变抛光方法相比,组合加工方法更高效,将样件抛光到同等级别粗糙度所需时间从60 min减少至30 min。     

非球面加工现状

文章阐述了非球面光学零件相对于球面零件的诸多优点及其在军事领域和一般工业领域的广泛运用。继而介绍了非球面光学零件加工的各种技术、方法以及其所适用的材料类型，例如单点金刚石车削技术、光学塑料成型技术、光学玻璃模压技术、ELID磨削技术等，并对国内外非球面光学零件的生产现状和相关设备做以概述，展望了非球面加工的研究方向和生产趋势。     

经济信息

超精密非球面复合加工机由日本东芝机械开发的加工精度为0.01μm的ULD-1000A(H)型非球面复合加工机已开始在市场上销售。这是一种用金刚石刀具和砂轮加工非球面透镜模具镜面的,2轴同时控制进行切削和磨削加工的超精密复合加工机。工件轴及磨削轴采用由该公司自制的内装同步电动机的高刚性超精密空气静压主轴。对X、Z轴采用有限型V—V滚柱导准,因而可以实施形状精度的加工。数控设定单位为0.01