| 也向纳米级精度发展,也可采用摩擦驱动装置和丝杠定位元件通过特殊的方法也纳米级的定位。
3非球面曲面超精密加工技术
3.1概述
非球面光学零件是一种非常重要的光学零件,最常用的有抛物面镜、双曲面镜、椭球面镜等。非球面光学零件具有球面光学零件所无可比拟的良好的成象质量。应用在光学系统中能够很好的矫正多种象差,改善仪器成象质量,提高仪器鉴别能力,增大作用距,它能以一个或几个少量的非球面零件代替较多的球面零件,从而简化仪器结构,降低成本,并有效的减轻仪器重量,在航空、航天等领域,由于近年来非球面雷达天线、非球面透镜、反射镜的应用,使产品的性能得到了极大提高。卫星中的先进的光学望远系统、高分辨串的电视摄像系统、高灵敏度的红外传感系统等,其光学系统中都离不开非球面透镜。惯导器件的关键部件激光陀螺中由于采用了非球面反射镜,不仅大大缩小了体积,更重要的是大大提高了控制精度以及控制稳定
性。红外抛物面反射镜是红外探测系统中的关键元件,其加工精度对导弹引爆距离的一致性影响很大。在民用方面激光核聚变可以提供长期的、清洁的、经济的能源,生产廉价的核燃料。其中关键部件之一的激光核聚变反射镜即为一非球面反射镜,采用非球面反射镜替代成组透镜,主要减少了反射次数,减小了功率损失。空间探测用的哈勃宇宙望远镜中直径2.4ln,重达卯OK8的大型非球面反射镜采用了磨削、抛光加工,形状精度可达O.01LLm。
非球面光学零件在民用光电产品上的应用更为广泛,其范围涉及到摄影镜头和取景器、电视摄像管、变焦镜头、电影放影镜头、卫星红外望远镜、录象机镜头、录象和录音光盘读出头、条形码读出头、光钎通信的光钎接头、医疗仪器等等。
从上述的论述中我们可以看到无论在机载设备、卫星、惯性制导及惯性导航系统、激光制导系统、红外探测系统、激光核聚变等方面都离不开非球面零件,所以尽快提高我国非球面曲面的超精密加工技术成了当务之急,这有利于提高我国的航空、航天、武器系统等国防工业的水平。
八十年代以来,出现了许多新的现代的非球面加工技术,它们主要
是:
(1)计算机数控单点金刚车削技术:
(2)计算机数控箱磨抛光技术;
(3)计算机数控离子束成型技术:
(4)计算机数控超精密抛光技术:
(5)计算机数控磨削技术:
(6)光学玻璃非球面透镜模压技术:
(7)塑料透镜模压技术;
(8)环氧树脂复制非球面技术:
这些加工方法,基本上解决了各种非球面镜的加工问题,前五种方法都运用了数控技术,加工零件精度较高,加工效率高,能批量生产。非球面曲面根据材料的不同采用不同的加工方法。对于铜、铝等软质材料,目前可以利用单点金刚石切削(SPDT)进行超精密加工。对于玻璃或塑料等,目前的加工方法主要是首先超精密加工其模具,然后用成型的方法生产非球面曲面。对于其它一些高硬度的脆性材料目前是主要通过超精密磨削和超精密研磨、抛光进行加工。此外,还有非球面零件的特种加工技术如离子束抛光等。
3.2国内外发展状况
非球面曲面的精密、超精密加工要从CNC超精密机床谈起。 CNC超精密加工技术在美国、英国、荷兰、日本等国得到了很大发展,主要都是基于航空、航天、军事、能源等方面的应用,英国Cranfield大学的精密工程研究所(CUPE)研制的大型超精密金刚石镜面切削机床可以加工大型X射线天体望远镜所用的非球面反射镜(最大直径可达1400mm,最大长度 600mm的圆锥镜)。
该研究所还研制成功了可加工X射线望远镜的内侧回转抛物面和外侧回转双曲面的金刚石切削机床。哈勃望远镜上的大型非球面反射镜超精密加工所用的 OAGM2500六轴 CNC超精密磨床的研制也正是出自该实验室,该机床主要用于光学玻璃等硬脆材料
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