非球面光学零件的超精密磨削技术

rank pneumo公司于1996年已经开发出 nanoform250超精密加工系统，该系统具有两轴超精密 cnc机床，在该机床上既能进行超精密车削，又能进行超精密磨削，另外还能进行超精密抛光，该机床最突出的特点是能直接磨削出满足光学表面质量和面型精度的硬脆材料的光学零件。该机床采用了许多 nanoform600、0ptoform50的先进设计思想，机床最大加工工件直径φ250mm，通过一个升高装置可使机床的最大加工工件直径达到φ450mm，另外通过控制垂直方向的液体静压导轨(y轴)，还能够磨削非轴对称的零件。机床数控系统的分辨率为0．001μm：位置反馈元件是分辨率8．6nm的光栅或分辨率1．25nm的激光干涉仪，加工工件的面型精度优于0．2μm／表面粗糙度优于 ra0．01μm。

英国 cranfield大学的精密工程研究所(cope)研制的nanocentre非球面光学零件的加工机床 nanocentre250、 nanocentre600，是一种3轴超精密 cnc非球面加工装置，它是由 cranfield precisionengineering ltd．为满足单点和延性磨削两方面的使用要求而设计制造的，通过合理化的机床结构，使用高刚度伺服驱动和液体静压轴承使机床具有较高的闭环刚度，x和 z轴的分辨率是1．25nm，该机床被认为是符合现代工艺规范的。加工工件直径为φ250mm和φ600mm，其面型精度优于0．1μm，表面粗糙度优于 ra0．01μm， cupe还为美国柯达公司研究、设计和生产当今世界上最大的超精密大型 cnc光学零件磨床“0agm2500”，该机床主要用于光学玻璃等硬脆材料的加工，可加工和测量2．5m×2．5m×0．61m的工件，它能加工出2m见方的非轴对称光学镜面，镜面的形状误差仅为1μm。

日本丰田工机研制的 ahn60—3d是一台cnc高精度三维截形磨削和车削机床，它能在 x、 z和b三轴控制下磨削和车削轴向对称形状的光学零件，在 x、 z和 y轴2个半轴控制下能磨削和车削非轴对称的光学零件，加工工件的截形精度为0．35μm，表面粗糙度 ra0.016μm。

国内从80年代 开始了超精密加工技术的研究，比国外整整落后了20年，现在已有一些单位开展了非球面零件的超精密车削技术的研究工作。其中长春光机所前几年引进了 rank pneumo公司的msg一325cnc超精密车床，主要用来车削一些金属光学零件，同时该所还开展了数控加工光学玻璃、晶体锗等材料的非球面加工技术研究，取得了一定的进展。另外国内还有一些单位通过精密磨削一超精密研磨和手工抛光也能加工出高精度的非球面光学零件。因此目前国内还没有一台自行研制能达到超精密级的cnc非球面磨削加工机床，所以非球面零件的超精密磨削技术基本上还是一片空白，不能满足国防工业的需要。

2、非球面光学零件的elid超精密磨削技术从上面的分析可知，要实现延性方式磨削，需要高精度、高刚度的机械装置，同时还需要微细磨粒砂轮的高精密修整和修锐。在微细磨粒砂轮的研究方面日本学者宫下等人提出了使用微细修整的砂轮，在塑性领域磨削量之下进行的微细磨削。在这方面日本学者中川、大森整等人应用 elid技术，成功地实现了对硬脆材科的超精密磨削。