数控非球面加工技术演示幻灯片.pptx

数控非球面加工技术 吴肖杰S150202521非球面光学零件的简介2非球面光学零件的加工方法计算机控制光学表面成型技术3直径76.2 mm非球面数控加工工艺4目录5数控非球面加工的影响因素Company LogoPart1. 非球面光学零件的简介Company Logo 非球面光学元件，是指面形由多项高次方程决定、面形上各点的半径均不相同的光学元件。 1.1非球面的分类： 二次曲面 单轴对称非球面 （抛物面、双曲面、椭圆面）按对称轴的数量回转高次曲面 二轴对称非球面：柱面、复曲面 大型非球面：直径超过0.5m以上按外形尺寸 中型非球面：一般光学仪器中的非球面光学零件 微型非球面：镜头口径2-9mm,甚至0.1--0.8mm 高精度非球面：天文仪器中的主镜、用于摄谱仪中的物镜按制造精度 中等精度非球面：各种光学仪器中的物镜、目镜、反射镜 低精度非球面：Company LogoCompany Logo1.2非球面的优点1.具有优良的光学性能：无球差2.改善了成像质量3.简化了光学系统：在光学系统中用一个非球面代替多个球面来校正像差。4.减轻了仪器的质量1.3非球面光学零件的应用 非球面光学零件已广泛应用于航空机载设备、卫星、激光制导、红外探测等领域，同时在民用光电产品上的应用也越来越普及。光学系统中采用非球面元件，可以提高系统的性能，减少光学元件的数量，从而减轻仪器的质量，减小体积，紧凑结构。因此，非球面常常应用于大视场、大孔径，像差要求高，结构要求小，或有特殊要求的光学系统中，非球面光学零件因其优良的光学性能而日益成为一类非常重要的光学零件。Company LogoCompany Logo正是由于光学非球面元件的广泛使用，使得光学非球面的加工技术得到了快速发展。近年来随着超精密微细加工技术的发展、高精密数控机床的出现，使非球面光学零件的加工技术有了长足的进展。它提高了加工精度和加工质量，缩短了产品研制周期，实现了加工及检测的自动化、数字化，突破了传统的手工或半手工操作，从而提高了加工效率和制造精度。Company Logo1.4非球面光学零件制造过程非球面制造通常分为非球面成形和光学面实现两个工艺方面。1）非球面成形：就是通过研磨等方法使零件表面面形达到非球面要求，但是表面粗糙度还很大，还不是光学面，不能够透射或反射光。2）光学非球面实现：主要有抛光、模压和切削等方法，是在保持非球面面形的前提下，减小表面粗糙度，使之成为光学面。还有一些非球面制造的非球面成型和光学面实现是同时完成，如单点金刚石车削、光学塑料模压、玻璃模压等。Part2.非球面光学零件的加工方法:1）表面材料去除法 ：去除工件上多余的材料，最终得到所需非球面的形状、尺寸和表面粗糙度要求。2）改变材料形状法: 是通过加热的方法将光学材料的形状改变从而实现非球面制造。光学塑料模压技术3) 材料表面沉积法：是通过在一种光学材料表面沉积其他光学材料制造非球面的方法。表面镀膜法、表面复制法4) 改变材料性质法 加工应根据零件的材料、形状、精度和口径等因素的不同，采用不同的加工方法。非球面光学零件的加工方法Company Logo表面材料去除法 传统的研磨方法：主要有研磨抛光法、仿形研磨与抛光、应力变形研磨与抛光、柔性抛光等。其中柔性抛光有软材料或气囊来实现柔性抛光方法，还有磁流变抛光技术。计算机控制光学加工技术具有先进水平，它包括单点金刚石切削技术、计算机数控铣削抛光技术、计算机数控铣磨抛光技术、计算机数控应力变形研磨与抛光技术。高能束流方法：通过高能束流去除表面材料实现非球面制造，如离子束抛光、离子束刻蚀，高压液体射流。化学腐蚀也可以实现表面材料的去除，但是，该类方法的研究不是很多。Company LogoCompany Logo数控研磨抛光法：这种方法主要靠精密数控研磨和抛光加工各种非球面零件。这种机床上可进行各种玻璃零件加工。优缺点：精度高，但设备昂贵，最终抛光还需要手修。在非球面中最常见的是一个对称轴的回转非球面，回转非球面通常采用数控机床进行加工。图-1超精密加工非球面车床1-工件主轴 ；2-旋转台； 3-旋转滑板 ； 4-X轴驱动机构 5-防震机构； 6-激光头 ；7-z轴滑板 ；8-z轴驱动机构超精密精密Company LogoCompany Logo3.3 CCOS技术的基础理论方程：目前，描述光学表面抛光过程比较成功的数学模型是Preston（普雷斯顿）方程如下： Company LogoCompany Logo经过普雷斯顿假设，光学抛光过程顺利的简化了。计算机控制小工具抛光技术也是以此为基础，上式正是计算机控制抛光技术的基础方程。只要我们对抛光过程的描述正确，并已知被抛光位置的压力、相对抛光速度以及抛光时间，就可以计算出在这个位置的材料