非球面光學(xué)零件廣泛應(yīng)用于航空機(jī)載設(shè)備(雷達(dá)測(cè)距儀)、衛(wèi)星(先進(jìn)的光學(xué)望遠(yuǎn)系統(tǒng)、高分辨率的電視攝像系統(tǒng)、高靈敏度的紅外傳感系統(tǒng))、激光制導(dǎo)、紅外探測(cè)等領(lǐng)域，同時(shí)在民用光電產(chǎn)品上的應(yīng)用更為廣泛。

1、非球面光學(xué)零件的延性方式磨削技術(shù)

1.1.延性方式磨削技術(shù)

最近，短波長(zhǎng)光學(xué)，特別是 x射線光學(xué)領(lǐng)域中的研究活動(dòng)表明， x射線領(lǐng)域的光學(xué)元件多采用非球面，并要求零件的形狀精度達(dá)到納米級(jí)，表面粗糙度達(dá)到埃級(jí)，而且越來(lái)越多的使用硬脆性材料。這些零件的傳統(tǒng)加工方法是磨削加工后，經(jīng)過(guò)研磨、拋光工序，精加工成所需零件，這種方法的生產(chǎn)效率低，加工周期長(zhǎng)，不能適應(yīng)現(xiàn)代生產(chǎn)的需要。作為光學(xué)零件的加工，一方面要求精度高，加工表面超光滑，另一方面又要求加工表面沒(méi)有加工變質(zhì)層。在這種需求下，就產(chǎn)生了硬脆材料的延性方式磨削，成為超精密加工的一個(gè)熱點(diǎn)。

在一定的控制條件下，可使用單點(diǎn)或多點(diǎn)金剛石工具(磨削)加工諸

如玻璃和陶瓷一類的脆性材料，因材料是塑性流動(dòng)方式去除的，得到?jīng)]有裂紋的加工表面，因此稱這一工藝過(guò)程為“延性(塑性)”或“剪切”方式磨削。

當(dāng)每個(gè)砂輪磨粒切除的材料體積小到足以塑性流動(dòng)而不產(chǎn)生脆性斷裂即產(chǎn)生裂紋時(shí)，就實(shí)現(xiàn)了延性方式“無(wú)損傷”磨削。實(shí)際上，這就意味著要保證未變形切削厚度小于脆性一一延性轉(zhuǎn)換臨界值，這個(gè)臨界值因材料不同而變化，但約為 o．1μm。因此實(shí)現(xiàn)延性方式磨削的主要因素是機(jī)床系統(tǒng)精度和工具與工件之間的動(dòng)態(tài)剛度，具體條件為：

1).微細(xì)磨粒砂輪的高精密“修整”和“修銳”以保證砂輪足夠鋒利2)設(shè)計(jì)和制造出高動(dòng)態(tài)剛度的主軸，主軸的運(yùn)動(dòng)誤差(徑向和軸向)

必須小于0．1 μm；3)設(shè)計(jì)和制造出高動(dòng)態(tài)剛度的導(dǎo)軌，其運(yùn)動(dòng)誤差(線性和回轉(zhuǎn))必須小于0．1μm；4)光滑、無(wú)噪聲、高剛度伺服驅(qū)動(dòng)控制形成切削的運(yùn)動(dòng)。

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，一個(gè)不小于300n／μ m(靜態(tài))的機(jī)床閉環(huán)剛度(在工具和工件之間)是必需的，為滿足上述條件，除上面介紹的主軸和導(dǎo)軌滿足上述條件外，還必須研制出高精度、高剛度的砂輪主軸，同時(shí)還須要研制出高效的砂輪修整裝置。另外熱、振源的減少及其隔離以及能動(dòng)控制，納米級(jí)測(cè)量和控制系統(tǒng)，工件材質(zhì)的選定，工件保持等外圍技術(shù)的問(wèn)題的解決，也是支承廷性方式磨削加工技術(shù)的重要問(wèn)題。

英國(guó) cranfield大學(xué)的精密工程研究所(cupe)己研制成功超精密三

軸 cnc磨床，并能對(duì)一些先進(jìn)工程陶瓷和一小范圍玻璃材料進(jìn)行延性方式磨削。日本學(xué)者宮下等人通過(guò)帶有微量進(jìn)給的立式平面磨床磨削水晶，工件的表面粗糙度達(dá)到了 p—v2nm，日本學(xué)者難波等人通過(guò)具有零膨脹的玻璃陶瓷主軸的精密平面磨床磨削光學(xué)玻璃 nbfl，工件的表面粗糙度達(dá)到了rmax5nm，以前只能靠研磨和拋光才能加工出來(lái)的零件，現(xiàn)在用延性方式磨削也能加工；

1.2.應(yīng)用了延性方式磨削技術(shù)的非球面光學(xué)零件的超精密加工機(jī)床