非球面加工工艺

非球面加工工艺1第1页，共21页，2023年，2月20日，星期四材料去除法是采用研磨、切削及能量束抛光等手段去除零件表面材料，使零件表面质量达到指标要求。该方法主要包括传统的研磨抛光法、单点金刚石车削和磨削、计算机控制铣磨成形和研磨抛光，根据抛光介质的不同又可分为小工具、应力盘、离子束、等离子体辅助、磁流变和液体喷射抛光等。变形加工法是用不同的方法是材料产生应力变形而得到所需非球面，主要包括应力变形、热沉降、热压成形和注射成形等。附加材料法是在光学元件的表面附加一层非均匀的材料，使之形成所要求的非球面，主要有真空沉积和复制成形法等。非球面加工方法非球面的加工方法按其特点可大致分成三类：第2页，共21页，2023年，2月20日，星期四

二次非球面的光学性质1数控研磨抛光技术2

非球面的评价指标（技术要求）3

研磨抛光非球面方式和设备4

非球面研磨抛光工艺第3页，共21页，2023年，2月20日，星期四二次非球面的光学性质1.反射面

二次非球面的反射面是由平面曲线围绕连接其几何焦点的轴线旋转而成的。

假设点光源在几何焦点之一F1处，则被非球面反射的所有光线都严格交于第二个几何焦点F2，且F1和F2是一对无像差点（即：光线以任何角度入社时在该反射面上都不产生像差）凹抛物面镜大型天文望远镜，在可见光以外的波段工作的物镜，探照灯反射镜等。凹椭球面镜聚光镜，反射式物镜和望远镜的二次反射镜等。凹双曲线面镜卡塞格林系统中的反射镜第4页，共21页，2023年，2月20日，星期四二次非球面的光学性质文字内容

偏心率e基本几何参数子午曲线顶点的曲率半径R0决定几何焦点相对于表面顶点的位置￡.反射面￡.折射面第5页，共21页，2023年，2月20日，星期四实际非球面的评价指标面形精度表面轮廓度、光圈和局部光圈表示、Z值的允许偏差弥散圆直径D=Di-D0常用于消像差系统中的非球面检测光能集中和能量密度曲线用来判断非球面的偏差鉴别率非球面系统像面上能分辨的最小线距离面形误差实际的非球面与理论曲面在x、y方向上的误差；特殊曲面的检测第6页，共21页，2023年，2月20日，星期四实际非球面的评价指标阴影图利用刀口仪的阴影图可定性判断非球面的面形精度最大波相差Wmax

非球面成像后实际波面相对于理想波面的最大偏差数（用波长表示）陡度S限定长度内非球面面形与理论面形的偏离程度（是最大波相差的补充）哈特曼常数T其它质量指标中心误差、中心厚度、表面疵病允差和表面粗糙度（和球面零件给定一样）第7页，共21页，2023年，2月20日，星期四非球面加工方法根据非球面光学零件的精度要求，非球面可大致为高精度、中等精度和低精度三类第8页，共21页，2023年，2月20日，星期四研磨抛光非球面方式和设备非球面研磨抛光方法是非球面加工最基本的方法（传统的方法）：把零件研磨成最接近球面的形状用机器或手工继续局部研磨或抛光，边加工边测量修磨出非球面面形这种方法适用于大口径、非球面较小的非球面这种研磨抛光修正法加工精度高，加工效率低，精度重复性差，只适用于单件或小批生产数控研磨抛光技术第9页，共21页，2023年，2月20日，星期四数控研磨抛光技术粗磨修正成形精磨修正成形抛光修正成形全径口抛光修正成形研磨抛光修正方式

非球面表面和最接近比较球面在沿光轴方向上的最大偏差值，

。

研磨抛光法加工非球面除了考虑最大非球面外，还要和具体的设备相关，一般专门非球面加工设备有仿形成机床，采用这种设备加工非球面称为仿形成形法。第10页，共21页，2023年，2月20日，星期四数控研磨抛光技术抛光非球面粗磨、精磨机第11页，共21页，2023年，2月20日，星期四研磨抛光法关键点关键：研磨的起始球面确定无论采用何种研磨抛光法加工非球面，通常都是先加工出一个起始球面，它是通过非球面最接近比较球面来确定的一个研磨起始球面，然后修磨此球面的各带成为一个非球面。

是非球面的最大非球面；实际加工工艺中还要考虑加工余量。数控研磨抛光技术第12页，共21页，2023年，2月20日，星期四自动定中心磨边数控研磨抛光技术依零件图选择原材料

非球面研磨抛光法工艺流程切断（计算切割余量）滚圆、滚边（倒角）起始球面粗磨非球面精磨和抛光检验面形精度、鉴别率、面形误差清洗外观检验包装（入库或下道工序）第13页，共21页，2023年，2月20日，星期四起始球面的粗磨

起始球面曲率半径，毛坯准备、粗磨工艺、测量方法同球面加工，粗磨完后留有适当的精磨余量非球面的精磨精磨是修改非球面的主要工序（采用手工和机器修磨）精磨方法、精磨磨具、精磨检验非球面抛光

抛光磨具、二次非球面的研磨抛光要点

非球面研磨加工工艺

非球面的毛坯一般定制成球面透镜形状，通常情况：起始球面粗磨开始→修改起始球面，改成非球面数控研磨抛光技术第14页，共21页，2023年，2月20日，星期四精磨磨具数控研磨抛光技术静磨磨具修改面形的原理，是基于磨具工作表面相对于非球面不同带区有不同接触面积，产生不均匀磨损。单块静磨磨具整盘静磨磨具精磨磨具的选择要依据加工非球面的类型、面度大小和精度而定。第15页，共21页，2023年，2月20日，星期四精磨前调整零件轴线与机床主轴轴线重合，对于面形精度越高的零件来说，同轴度要求越高精磨非球面时，一般先修磨非球面度最大、带宽最宽的部位，此时尽可能地减少磨和球面接近的部位——可以保持曲面平滑数控研磨抛光技术

精磨注意事项！第16页，共21页，2023年，2月20日，星期四精磨非球面时通常多采用金属样板、千分表球径计、线条板法等进行检验。其具体方法的选择，通常依据非球面面形的精度要求和非球面度的大小而定。￡.面形精度低、非球面度大的（如低精度和最大非球面度在零点几毫米以上的）：除采用金属样板粗步检验外，还需要用千分表球径计或线条样板进行检验￡.非球面度较小的零件，静磨后仍为球面：用球面光学样板或球径仪检验精磨检验数控研磨抛光技术第17页，共21页，2023年，2月20日，星期四非球面的抛光（1）抛光磨具整盘抛光磨具；局部抛光磨具数控研磨抛光技术(a)常用抛光模具(b)带充气腔抛光模具(c)带套箍抛光模具￡.整盘抛光磨具第18页，共21页，2023年，2月20日，星期四气囊抛光磨具加工零件通常边缘较差，采用气压抛光零件夹具，可以保证非球面零件的正确定位和提高面形的加工精度￡.局部抛光磨具气压抛光零件夹具

局部抛光模具1—抛光柏油；2—泡沫塑料或毛毡；3—模具座。数控研磨抛光技术第19页，共21页，2023年，2月20日，星期四

直接用来修改非球面面形的抛光磨具，外径一般和被加工零件外径相同，工作表面曲率半径为