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  • 光學零件加工的現狀及發展

    作者:王建剛 來源:《現代國企研究》 時間:2019-03-28 10:33 閱讀:1796 [投稿]
    闡述了光學零件加工技術的現狀及發展,重點介紹了非球面及超精密光學零件加工的技術原理、應用情況,并對國內外數控及超精密加工技術進展情況及應用情況等進行了論述。

    摘要:闡述了光學零件加工技術的現狀及發展,重點介紹了非球面及超精密光學零件加工的技術原理、應用情況,并對國內外數控及超精密加工技術進展情況及應用情況等進行了論述。

    關鍵詞:光學零件;非球面;超精密

    一、從小到我們人手一個的手機,到日常生活的電視、電腦,再到國防領域的軍工、航天,光學零件的需求隨著現代科學技術的發展而日益廣泛

    越來越多的精密儀器運用到了光機電相結合的新技術,推動了其實現了多功能、高性能和低成本的日益嚴格的要求,促進了傳統光學零件生產技術的發展及加工工藝的變革。這種變革推動了光學技工技術向兩個不同的方向發展。

    第一,向小型、輕便和便宜的高效加工方向發展。光學塑料和玻璃壓鑄技術的快速發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系統開始采用。例如很薄的變焦距鏡頭,在手機中得到了廣泛的應用。正是由于這些小型、輕便和便宜的光學零件在各個領域中的應用不斷擴大,帶動了光學高效加工技術的迅猛發展。

    第二,向超精密加工方向發展。尖端科學技術領域特別是國防工業的技術進度對超精密光學零件提出了新的要求。

    例如載人航天、激光武器的光學系統、光纖通訊元件、光集成電路中的微型光學零件,都是超精密的光學零件。這些光學零件的加工精度甚至達到了納米級。這些零件的加工不能采用傳統的方法,必須通過超精密加工技術才能得以實現。

    傳統的光學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”。而新的光學零件加工方法始于上世紀70年代,軍用光學系統由白光拓展為紅外及激光系統,對光學零件也提出了成像質量要好、體積要小、重量要輕、結構還得簡單的艱巨要求。隨之光學加工行業進行了大規模技術革命和創新活動,新的光學零件加工方法不斷涌現。目前,較為普遍采用的光學零件加工技術主要有:數控單點金剛石加工技術、數控研磨拋光技術、光學透鏡模壓成型技術、光學塑料成型技術、磁流變拋光技術、電鑄成型技術以及傳統的研磨拋光技術等。

    二、超精密加工技術基本原理

    1、數控單點金剛石加工技術

    數控單點金剛石加工技術是一種非球面光學零件加工技術。它是在超精密數控車床上,采用天然單晶金剛石刀具,在特定的加工環境精確控制條件下,使用金剛石刀具單點車削加工出非球面光學零件。該技術主要用于中小尺寸紅外晶體和金屬材料的光學零件。

    2、數控研磨拋光技術

    數控研磨和拋光技術是由數控精密機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,使工件達到技術要求的光學零件制造技術。該技術的原理最接近古典法光學加工技術,主要是通過機床的數字化精密控制來實現光學零件的精密加工。

    3、光學透鏡模壓成型技術

    光學透鏡模壓成型技術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到使用要求的光學零件。可以說光學透鏡模壓成型技術的普推廣應用是光學玻璃零件加工技術的重大革命。此項技術對非球面玻璃零件的成本降低及產量提升有著劃時代的意義。

    三、光學零件超精密加工技術的應用范圍

    1、數控單點金剛石加工技術

    目前,采用金剛石車削技術可以直接加工出達到光學表面質量要求的材料主要是有色金屬、鍺、塑料及紅外光學晶體,而對于玻璃的加工還不能達到光學表面質量要求,需要繼續研磨拋光修正。數控單點金剛石加工技術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、數控研磨拋光技術

    數控研磨拋光技術的主要加工材料是玻璃,這正彌補了數控單點金剛石加工技術不能直接加工成品光學玻璃零件的不足。該技術主要用于加工球面、非球面光學零件,是代替傳統古典法光學玻璃加工方法的主要技術,具有精度高,加工效率高等優點。目前,市場上該技術發展的歷史比較長,成熟的設備較為全面,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床,我國也開展了大量數控技術的研究。

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