光學(xué)零件加工的現(xiàn)狀及發(fā)展
發(fā)布時間：
2021-09-15
越來越多的精密儀器運用到了光機電相結(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格的要求，促進了傳統(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。
一、從小到我們?nèi)耸忠粋€的手機，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用到了光機電相結(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格的要求，促進了傳統(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。
第一，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)。
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。
二、超精密加工技術(shù)基本原理
1、數(shù)控單點金剛石加工技術(shù)
數(shù)控單點金剛石加工技術(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(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(shù)要求的光學(xué)零件制造技術(shù)。該技術(shù)的原理最接近古典法光學(xué)加工技術(shù)，主要是通過機床的數(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到使用要求的光學(xué)零件?？梢哉f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。
三、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，這正彌補了數(shù)控單點金剛石加工技術(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。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床，我國也開展了大量數(shù)控技術(shù)的研究。
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