一、從小到我們?nèi)耸忠粋€的手機(jī)，到日常生活的電視、電腦，再到國防領(lǐng)域的軍工、航天，光學(xué)零件的需求隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展而日益廣泛。

越來越多的精密儀器運(yùn)用到了光機(jī)電相結(jié)合的新技術(shù)，推動了其實現(xiàn)了多功能、高性能和低成本的日益嚴(yán)格的要求，促進(jìn)了傳統(tǒng)光學(xué)零件生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展及加工工藝的變革。這種變革推動了光學(xué)技工技術(shù)向兩個不同的方向發(fā)展。

******，向小型、輕便和便宜的高效加工方向發(fā)展。光學(xué)塑料和玻璃壓鑄技術(shù)的快速發(fā)展使非球面透鏡成本大幅下降，供給量大幅增加成為可能，越來越多的各種光學(xué)系統(tǒng)開始采用。例如很薄的變焦距鏡頭，在手機(jī)中得到了廣泛的應(yīng)用。正是由于這些小型、輕便和便宜的光學(xué)零件在各個領(lǐng)域中的應(yīng)用不斷擴(kuò)大，帶動了光學(xué)高效加工技術(shù)的迅猛發(fā)展。

第二，向超精密加工方向發(fā)展。尖端科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域特別是國防工業(yè)的技術(shù)進(jìn)度對超精密光學(xué)零件提出了新的要求。

例如載人航天、激光武器的光學(xué)系統(tǒng)、光纖通訊元件、光集成電路中的微型光學(xué)零件，都是超精密的光學(xué)零件。這些光學(xué)零件的加工精度甚至達(dá)到了納米級。這些零件的加工不能采用傳統(tǒng)的方法，必須通過超精密加工技術(shù)才能得以實現(xiàn)。

本公司主要承接銅、鋁、不銹鋼等金屬材料和四氟乙烯等非金屬材料的精密加工和設(shè)計。公司業(yè)務(wù)涉及：北京鈦合金加工 ,北京鋁合金零件加工工程機(jī)械、電子設(shè)備、醫(yī)療器械、紡織機(jī)械、儀器儀表和通信設(shè)備等多個行業(yè)。

傳統(tǒng)的光學(xué)零件的加工方法已有百余年的歷史，可以通俗的理解為一把沙子一把水。而新的光學(xué)零件加工方法始于上世紀(jì)70年代，軍用光學(xué)系統(tǒng)由白光拓展為紅外及激光系統(tǒng)，對光學(xué)零件也提出了成像質(zhì)量要好、體積要小、重量要輕、結(jié)構(gòu)還得簡單的艱巨要求。隨之光學(xué)加工行業(yè)進(jìn)行了大規(guī)模技術(shù)革命和創(chuàng)新活動，新的光學(xué)零件加工方法不斷涌現(xiàn)。

目前，較為普遍采用的光學(xué)零件加工技術(shù)主要有：數(shù)控單點(diǎn)金剛石加工技術(shù)、數(shù)控研磨拋光技術(shù)、光學(xué)透鏡模壓成型技術(shù)、光學(xué)塑料成型技術(shù)、磁流變拋光技術(shù)、電鑄成型技術(shù)以及傳統(tǒng)的研磨拋光技術(shù)等。

超精密加工技術(shù)基本原理

1、數(shù)控單點(diǎn)金剛石加工技術(shù)

數(shù)控單點(diǎn)金剛石加工技術(shù)是一種非球面光學(xué)零件加工技術(shù)。它是在超精密數(shù)控車床上，采用天然單晶金剛石刀具，在特定的加工環(huán)境******控制條件下，使用金剛石刀具單點(diǎn)車削加工出非球面光學(xué)零件。該技術(shù)主要用于中小尺寸紅外晶體和金屬材料的光學(xué)零件。

2、數(shù)控研磨拋光技術(shù)

數(shù)控研磨和拋光技術(shù)是由數(shù)控精密機(jī)床將工件表面通過磨削加工成所需要的面形，之后通過柔性拋光模拋光，使工件達(dá)到技術(shù)要求的光學(xué)零件制造技術(shù)。該技術(shù)的原理***接近古典法光學(xué)加工技術(shù)，主要是通過機(jī)床的數(shù)字化精密控制來實現(xiàn)光學(xué)零件的精密加工。

3、光學(xué)透鏡模壓成型技術(shù)

光學(xué)透鏡模壓成型技術(shù)是把軟化的玻璃放入高精度的模具中，在加溫加壓和無氧的條件下直接模壓成型出達(dá)到使用要求的光學(xué)零件。可以說光學(xué)透鏡模壓成型技術(shù)的普推廣應(yīng)用是光學(xué)玻璃零件加工技術(shù)的重大革命。此項技術(shù)對非球面玻璃零件的成本降低及產(chǎn)量提升有著劃時代的意義。

光學(xué)零件超精密加工技術(shù)的應(yīng)用范圍

1、數(shù)控單點(diǎn)金剛石加工技術(shù)

目前，采用金剛石車削技術(shù)可以直接加工出達(dá)到光學(xué)表面質(zhì)量要求的材料主要是有色金屬、鍺、塑料及紅外光學(xué)晶體，而對于玻璃的加工還不能達(dá)到光學(xué)表面質(zhì)量要求，需要繼續(xù)研磨拋光修正。數(shù)控單點(diǎn)金剛石加工技術(shù)的另一個主要用途是加工各種模壓成型所需的精密模具。

2、數(shù)控研磨拋光技術(shù)

數(shù)控研磨拋光技術(shù)的主要加工材料是玻璃，這正彌補(bǔ)了數(shù)控單點(diǎn)金剛石加工技術(shù)不能直接加工成品光學(xué)玻璃零件的不足。該技術(shù)主要用于加工球面、非球面光學(xué)零件，是代替?zhèn)鹘y(tǒng)古典法光學(xué)玻璃加工方法的主要技術(shù)，具有精度高，加工效率高等優(yōu)點(diǎn)。目前，市場上該技術(shù)發(fā)展的歷史比較長，成熟的設(shè)備較為全面，如德國 Satisloh公司， Optotech公司和Schneider公司等推出不同類型的銑磨和拋光機(jī)床，我國也開展了大量數(shù)控技術(shù)的研究。

計算機(jī)數(shù)控研磨和拋光技術(shù)不僅在數(shù)控設(shè)備自動化和加工精度方面取得了很大的進(jìn)展，各種不同拋光方法和原理的研究，極大的推動了光學(xué)非球面加工技術(shù)的發(fā)展 。

3、光學(xué)透鏡模壓成型技術(shù)

目前，光學(xué)透鏡模壓成型技術(shù)已經(jīng)用來批量生產(chǎn)精密的球面和非球面透鏡。不但能夠制造常用的中等口徑透鏡，而且延伸到了100微米的微型透鏡陣列及50毫米的較大口徑透鏡，不但可以制造軍、民用光學(xué)儀器中的球面和非球面光學(xué)零件，還可以制造光通信用的光纖耦合器用的非球面透鏡等。

現(xiàn)在，這項******玻璃光學(xué)零件制造技術(shù)還掌握在美國的康寧、Rochester Precision Optics(RPO)、Maxell，日本的OHARA（小原）、HOYA（保谷）、奧林巴斯、松下，德國的蔡司，英國的Bluebell Industries和荷蘭的菲利浦等少數(shù)國外公司。

光學(xué)零件超精密加工國內(nèi)外技術(shù)進(jìn)展情況

1、國外非球面零件的超精密加工技術(shù)的現(xiàn)狀在國際上光學(xué)加工已發(fā)展到第五代數(shù)控加工工藝，達(dá)到了高精度、高速度、高效率及專業(yè)化，已可以完成高精度非球面零件的加工，其中比較突出的是德國的光學(xué)加工技術(shù)。

他們的數(shù)控加工技術(shù)不僅涵蓋了從平面、棱鏡、球面到非球面等各種面型的銑磨成型、拋光技術(shù)，以及配套的高精度檢測技術(shù)，加工尺寸及檢測范圍從Φ1～800mm。在非球面的加工方面尤為突出，利用******的技工工藝可輕松完成高精度非球面的加工。非球面的加工方法有的用磨輪外緣點(diǎn)接觸銑磨、有的使用彈性膜拋光再小磨頭修正拋光的方式；工件的裝夾方式有液壓、真空吸附等方式。

2、我國非球面零件超精密加工技術(shù)的現(xiàn)狀

我國超精密加工技術(shù)的研究始于80年代初，與國外有著20余年的差距。我國軍工光電企業(yè)中的光學(xué)零件的加工技術(shù)經(jīng)過多年來的發(fā)展，非球面數(shù)控加工技術(shù)在近些年也有很大發(fā)展，特別是航空航天系統(tǒng)應(yīng)該引進(jìn)了些******的技術(shù)和設(shè)備，部分企業(yè)的技術(shù)水平有了較大提高，但兵器行業(yè)的光電企業(yè)光學(xué)加工普遍還是采用傳統(tǒng)的工藝，非球面的加工大部分是靠手工修磨，效率極低，手修過程還易出錯，可靠性差。光學(xué)玻璃透鏡模壓成型也僅僅停留在毛坯階段。隨著現(xiàn)代化的兵器裝備中對大口徑、高精度的非球面鏡的需求不斷增加，非球面加工技術(shù)的提高迫在眉睫。但由于進(jìn)口非球面數(shù)控加工設(shè)備價格較高，大部分企業(yè)也只配備了少量設(shè)備，只能解決現(xiàn)有高端產(chǎn)品的非球面加工。難以在此基礎(chǔ)上形成批量和提出新工藝。

結(jié)語

目前，國外發(fā)達(dá)******已有30余年的新型光學(xué)系統(tǒng)的發(fā)展歷史，新型光學(xué)系統(tǒng)，特別是高次非球面光學(xué)系統(tǒng)已獲得相當(dāng)?shù)陌l(fā)展與利用。在這—領(lǐng)域，國內(nèi)還有相當(dāng)大的差距，甚至是空白。這種情況嚴(yán)重地阻礙了我國高性能光學(xué)系統(tǒng)的發(fā)展，影響我軍的裝備水平。開展有關(guān)的應(yīng)用基礎(chǔ)、關(guān)鍵技術(shù)、系統(tǒng)與工程技術(shù)方面的研究具有重大的意義。

超精密加工技術(shù)的發(fā)展，一改光學(xué)系統(tǒng)概念設(shè)計數(shù)百年停滯不前的狀況，使現(xiàn)代光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計和制造獲得了革命性的發(fā)展。解決我國現(xiàn)代光學(xué)系統(tǒng)的制造，特別是高分辨率、大口徑高次非球面光學(xué)系統(tǒng)加工的瓶頸技術(shù)，達(dá)到和突破目前世界高分辨率大口徑光學(xué)系統(tǒng)的實際水平，實現(xiàn)我國******光學(xué)制造技術(shù)上新的臺階，具有重大的意義。

參考文獻(xiàn)

［1］蔡立 主編. 光學(xué)零件加工技術(shù)（第二版）. 北京：兵器工業(yè)出版社2006.4

［2］舒朝濂 主編. 現(xiàn)代光學(xué)制造技術(shù). 北京：國防工業(yè)出版社 2008.8

［3］張曾揚(yáng) 主編. 現(xiàn)代光學(xué)制造技術(shù)文集. 北京：北方光電技術(shù)股份有限公司 光學(xué)技術(shù)雜志社 2002.8

［4］辛企明 沙定國 著.新型光學(xué)零件及其制造技術(shù)培訓(xùn)教材 北京：中國光學(xué)光電子行業(yè)協(xié)會2010.4（作者單位：中國五洲工程設(shè)計集團(tuán)有限公司）

文章來源：現(xiàn)代國企研究。作者簡介：王建剛（1978～），男，畢業(yè)于長春理工大學(xué)，高級工程師，研究方向為光學(xué)、電子類項目的工程咨詢、設(shè)計。

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