1. 引言

如今我們不難發(fā)現(xiàn),，軍用武器系統(tǒng)中幾乎都裝備有各種各樣的光電傳感器件，而在這些光電傳感器件中,，或多或少都采用了各種樣式的光學(xué)零件,。從美國(guó)*所作的一項(xiàng)調(diào)查報(bào)告的材料中我們知道，1980~1990年美國(guó)軍用激光和紅外熱成像產(chǎn)品所需要的各種光學(xué)零件就有114.77萬(wàn)塊,，其中球面光學(xué)零件為63.59萬(wàn)塊,，非球面光學(xué)零件為23.46萬(wàn)塊，平面光學(xué)零件為18.1萬(wàn)塊，多面體掃瞄鏡為9.62萬(wàn)塊,。拿M1坦克為例,，其大約使用了90塊透鏡、30塊棱鏡以及各種反射鏡,、窗口和激光元件,。又如一具小小的AN/AVS-6飛行員夜視眼鏡就采用了9塊非球面光學(xué)零件和2塊球面光學(xué)零件。

從70年代開(kāi)始,，以紅外熱成像和高能激光為代表的軍用光學(xué)技術(shù)迅速發(fā)展,。軍用光學(xué)系統(tǒng)不但要求成像質(zhì)量好，而且要求體積小,、重量輕,、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。這對(duì)光學(xué)加工行業(yè)是一個(gè)嚴(yán)峻考驗(yàn),。為了跟上時(shí)代發(fā)展的步伐,，設(shè)計(jì)和制作出質(zhì)地優(yōu)良的光學(xué)成像系統(tǒng)，光學(xué)零件加工行業(yè)于70年代開(kāi)展了大規(guī)模技術(shù)革命和創(chuàng)新活動(dòng),，研究開(kāi)發(fā)出許多新的光學(xué)零件加工方法,，如非球面光學(xué)零件的加工法。近10多年來(lái),，新的光學(xué)零件加工技術(shù)得到進(jìn)一步地推廣和普及,。目前,國(guó)外較為普遍采用的光學(xué)零件加工技術(shù)主要有: 計(jì)算機(jī)數(shù)控單點(diǎn)金剛石車削技術(shù)、光學(xué)玻璃透鏡模壓成型技術(shù),、光學(xué)塑料成型技術(shù),、計(jì)算機(jī)數(shù)控研磨和拋光技術(shù)、環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)制技術(shù),、電鑄成型技術(shù)..以及傳統(tǒng)的研磨拋光技術(shù)等,。

2.計(jì)算機(jī)數(shù)控單點(diǎn)金剛石車削技術(shù)

計(jì)算機(jī)數(shù)控單點(diǎn)金剛石車削技術(shù)，是由美國(guó)國(guó)防科研機(jī)構(gòu)于60年代開(kāi)發(fā),、80年代得以推廣應(yīng)用的非球面光學(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,，在對(duì)機(jī)床和加工環(huán)境進(jìn)行控制條件下,，直接利用金剛石刀具單點(diǎn)車削加工出符合光學(xué)質(zhì)量要求的非球面光學(xué)零件。該技術(shù)主要用于加工中小尺寸,、中等批量的紅外晶體和金屬材料的光學(xué)零件,，其特點(diǎn)是生產(chǎn)效率高、加工精度高,、重復(fù)性好,、適合批量生產(chǎn),、加工成本比傳統(tǒng)的加工技術(shù)明顯降低。采用該項(xiàng)金剛石車削技術(shù)加工出來(lái)的直徑120mm以下的光學(xué)零件,面形精度達(dá)l/2～1l,，表面粗糙度的均方根值為0.02～0.06mm,。

目前，采用金剛石車削技術(shù)可以加工的材料有：有色金屬,、鍺,、塑料、紅外光學(xué)晶體（碲鎘汞,、銻化鎘,、多晶硅、硫化鋅,、硒化鋅,、氯化納、氯化鍶,、氟化鎂,、氟化鈣、鈮酸鋰,、KDK晶體）無(wú)電鎳,、鈹銅、鍺基硫族化合物玻璃等,。上述材料均可直接達(dá)到光學(xué)表面質(zhì)量要求。此技術(shù)還可加工玻璃,、鈦,、鎢等材料，但是目前還不能直接達(dá)到光學(xué)表面質(zhì)量要求,，需要進(jìn)一部研磨拋光,。

計(jì)算機(jī)數(shù)控單點(diǎn)金剛石車削技術(shù)除了可以用來(lái)直接加工球面、非球面光學(xué)零件外,，還可以用來(lái)加工各種光學(xué)零件的成型模具和光學(xué)零件機(jī)體,，例如加工玻璃模壓成型模具、復(fù)制模具,、光學(xué)塑料注射成型模具和加工復(fù)制環(huán)氧樹(shù)脂光學(xué)零件用的機(jī)體等,。該技術(shù)與離子束拋光技術(shù)相結(jié)合，可以加工高精度非球面光學(xué)零件,；與鍍硬碳膜工藝和環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)制技術(shù)相結(jié)合,，可生產(chǎn)較為便宜的精密非球面反射鏡和透鏡。假若在金剛石車床上增加磨削附件或采用陶瓷刀具,、安裝精密夾具和采用在－100°C低溫進(jìn)行金剛石切削等措施,，此項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用范圍將可進(jìn)一步擴(kuò)大,。目前,美國(guó)亞里桑那大學(xué)光學(xué)中心已經(jīng)使用該技術(shù)取代了傳統(tǒng)的手工加工工藝，但加工玻璃光學(xué)零件時(shí),，還不能直接磨削成符合質(zhì)量要求的光學(xué)鏡面,，仍然需要進(jìn)行柔性拋光。

單點(diǎn)金剛石車削光學(xué)零件技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果非常明顯,，例如加工一個(gè)直徑100mm的90°離軸拋物面鏡,，若用傳統(tǒng)的研磨拋光工藝方法加工，面形精度zui高達(dá)到3mm（5l）,，加工時(shí)間需要12個(gè)月,，每一個(gè)拋物面鏡的加工成本為5萬(wàn)美元。而采用金剛石車削方法,，3個(gè)星期就能完成,，加工成本只有0.4萬(wàn)美元，面形精度可達(dá)0.6µm(1λ),。美國(guó)霍尼韋爾公司就用這種技術(shù)加工AN/AAD-5紅外偵察裝置的4面體掃描轉(zhuǎn)鏡,。轉(zhuǎn)鏡的每一面尺寸為88.9´203.2mm，每面的平直度要求為l/2,，角精度為90°±4²,。用一臺(tái)車床，15個(gè)月就加工出了124個(gè)掃描旋轉(zhuǎn)反射鏡,，質(zhì)量均達(dá)到了設(shè)計(jì)技術(shù)要求,。每個(gè)旋轉(zhuǎn)反射鏡比用傳統(tǒng)的加工方法加工節(jié)約費(fèi)用2770美元?；裟犴f爾公司用這種工藝生產(chǎn)了200個(gè)4面體旋轉(zhuǎn)鏡,，共計(jì)節(jié)約近90萬(wàn)美元。而且還為AN/AAD-5紅外偵察裝置加工了10萬(wàn)個(gè)平面反射鏡,，節(jié)約費(fèi)用1千多萬(wàn)美元,。在1980~1990年這10年間,平面（50´50mm）、多面體（直徑90mm）,、球面（直徑100mm）,、非球面（直徑125mm）等4種軍用光學(xué)零件的加工費(fèi)用，按保守的經(jīng)濟(jì)效果計(jì)算,，美國(guó)防部就總計(jì)節(jié)省約4億美元,。

金剛石車削機(jī)床是金剛石車削工藝的關(guān)鍵技術(shù)，沒(méi)有金剛石車削機(jī)床,，就不可能實(shí)現(xiàn)金剛石車削加工光學(xué)零件新工藝,。金剛石車削機(jī)床屬于高精密機(jī)床，機(jī)床的主軸精度和溜板運(yùn)動(dòng)精度比一般的機(jī)床要高出幾個(gè)數(shù)量級(jí),，主軸軸承和溜板導(dǎo)軌通常采用空氣軸承和油壓靜力支承結(jié)構(gòu),，機(jī)床運(yùn)動(dòng)部件的相對(duì)位置采用激光位移測(cè)量裝置測(cè)定,。在工件加工的整個(gè)過(guò)程中，采用激光干涉儀測(cè)量工件的面形誤差,。車床上裝有反饋裝置,，可以補(bǔ)償運(yùn)動(dòng)誤差。金剛石車床的主要生產(chǎn)廠家是美國(guó)的莫爾精密機(jī)床公司和普奈莫精密公司,。進(jìn)入90年代后,，日本東芝機(jī)械公司也開(kāi)始生產(chǎn)這種車床。莫爾精密機(jī)床公司生產(chǎn)銷售的主要產(chǎn)品是Moore M－18,、－40非球面加工機(jī),，Moore T型床身機(jī)床，Moore光學(xué)平面加工機(jī),，Moore M -18油淋非球面加工機(jī)等,。普奈莫精密公司生產(chǎn)出售的產(chǎn)品主要有MSG－325型、ASG-2500型,、Nanoform 600型,、Ultra 2000型等金剛石車床。日本東芝機(jī)械公司生產(chǎn)出售產(chǎn)品是ULG-100A（H）金剛石車床,。

金剛石車床的價(jià)格十分昂貴,，而且還不斷提高。以MSG 325型車床為例,，在80年代初每臺(tái)價(jià)為30~40萬(wàn)美元,，而到了90年代初每臺(tái)價(jià)已升高到將近100萬(wàn)美元。這個(gè)價(jià)格對(duì)用戶來(lái)說(shuō)是一個(gè)不小的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān),，推廣普及應(yīng)用有一定難度,。因此，目前各國(guó)正在積極研究開(kāi)發(fā)低成本的金剛石車削機(jī)床,。下面介紹幾種目前正在推廣應(yīng)用的金剛石車削機(jī)床.

 (1) 莫爾M-18非球面加工機(jī)

莫爾M-18非球面加工機(jī)是一種3軸計(jì)算機(jī)數(shù)控超精密加工系統(tǒng)，可以使用單點(diǎn)金剛石刀具車削,，也可以使用磨輪磨削,，既能加工各種高精度平面、球面和非球面光學(xué)零件,，又能加工模具表面和其它表面,。金剛石車削和磨輪磨削相結(jié)合，擴(kuò)大了機(jī)床的加工能力,。例如加工精密模具,，在一臺(tái)這樣的金剛石車床就能將其加工完成。首先使用磨輪在模具基體上加工出公差一致的面形,，然后鍍制無(wú)電鎳,，zui后使用單點(diǎn)金剛石刀具,，車削無(wú)電鎳表面，完成模具的精加工,。該加工機(jī)床采用了Allen-Bradley7320 型,、8200型或通用電器公司2000型計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)，車床的位置控制采用了Newlett-Packard

5501A型激光傳感器系統(tǒng),。莫爾M-18機(jī)床的主要技術(shù)性能指標(biāo)如下:

X軸行程410mm ,；Z軸行程230mm ；空氣軸承主軸中心到工作臺(tái)面的距離為292mm ,到旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)面的距離為178mm ,；X軸和Z軸在全部行程上的直線性為0.5mm ,；X軸和Z 軸在全部行程上的垂直度為1µrad ；X軸Z軸在全部行程上的偏向角為0.5µrad s ,；X軸Z軸全部行程上的定位精度1.5mm ,；X軸和Z軸每25.4mm行程的定位精度為0.5mm ；B軸旋轉(zhuǎn)360°時(shí)的角度偏差為±3µrad s ,；X軸和Z軸的讀數(shù)精度為5mm ,；B軸的讀數(shù)精度為1.3µrad s ；主軸的軸向誤差為0.05mm ,徑向誤差為0.2mrad ,；機(jī)床的體積(高´長(zhǎng)´寬)為1778´2032´1800mm ,。

(2) 普奈莫MSG-325型金剛石車床

普奈莫MSG-325型金剛石車床是計(jì)算機(jī)數(shù)控型雙軸金剛石車床。機(jī)床采用一個(gè)重6t的花崗巖底座,，花崗巖底座裝在壓縮空氣墊上用于隔離振動(dòng),，使振動(dòng)減小到2Hz。X和Z溜板都安裝在花崗巖底座上,，兩個(gè)溜板相互垂直安裝,，在整個(gè)行程上的垂直精度在0.76mm以內(nèi)。X溜板上裝有一個(gè)可以互換的刀架,，Z溜板上裝有一個(gè)空氣軸承主軸,。兩個(gè)溜板的運(yùn)動(dòng)的位置用一個(gè)激光傳感器系統(tǒng)測(cè)定，精度為0.025mm,。

該機(jī)床可以加工紅外和可見(jiàn)光波段應(yīng)用的各種球面和非球面透鏡,、菲涅耳透鏡、反射鏡,、偏軸圓錐截面鏡,、多面體反射鏡以及精密錄像鏡頭等光學(xué)零件。在光學(xué)零件加工過(guò)程中,，可采用激光干涉儀對(duì)加工件進(jìn)行面形非接觸測(cè)量,。機(jī)床的主要技術(shù)性能指標(biāo)如下:

機(jī)床的主軸采用空氣軸承,在1000轉(zhuǎn)/min時(shí),在前端測(cè)量,其徑向和軸向跳動(dòng)均為0.1mm ；驅(qū)動(dòng)馬達(dá)為1/3HP 100~2400轉(zhuǎn)/min直流伺伏服馬達(dá),；采用空氣軸承的X溜板的名義尺寸為609´762mm ,，zui大行程為304mm ,zui大移動(dòng)速度20cm/min ,水平方向運(yùn)動(dòng)誤差0.5mm ,垂直方向運(yùn)動(dòng)誤差1.27mm ,精密絲杠驅(qū)動(dòng)馬達(dá)1HP 0~2500轉(zhuǎn)/min ,；Z溜板zui大行程為203mm ,其它性能指標(biāo)均與X溜板的相同；加工工件的直徑,正常機(jī)床結(jié)構(gòu)的為356mm ,大孔徑機(jī)床結(jié)構(gòu)的為560mm ,；加工工件的zui大加工深度

204mm ,；工件直徑為150mm時(shí),加工工件的面形精度可達(dá)l/2 。

(3) ULG-100A(H)型超精密非球面金剛石車床

該機(jī)床是日本東芝機(jī)械公司90年代產(chǎn)品,，從1992年6月開(kāi)始,，每月生產(chǎn)2臺(tái)，每臺(tái)機(jī)床售價(jià)5000萬(wàn)日元,。機(jī)床主軸采用高剛性超精密空氣靜軸承,，機(jī)床數(shù)控裝置具有反饋功能。它可加工各種光學(xué)零件和非球面透鏡模壓成型用金屬模具,。加工精度可達(dá)0.01mm,。模壓成型金屬模具利用金剛石刀具和磨輪進(jìn)行車削和研磨加工，能達(dá)到鏡面質(zhì)量,。機(jī)床的主要技術(shù)性能指標(biāo)如下:

機(jī)床的X軸(研磨輪軸)zui大行程為150mm ,；Z軸(工件軸)zui大行程為100mm ；研磨輪軸zui高轉(zhuǎn)速為40000轉(zhuǎn)/min ,；研磨輪馬達(dá)1kW/40000轉(zhuǎn)/min ,；工件軸轉(zhuǎn)速20~1500轉(zhuǎn)/min ；工件軸馬達(dá)0.25kW/3000轉(zhuǎn)/min ,；研磨輪主軸軸向和徑向跳動(dòng)0.05 mm ,；工件主軸軸向和徑向跳動(dòng)0.05mm ；X軸移動(dòng)直線性0.1mm/150mm ,；Z軸移動(dòng)直線性0.1mm/100mm ,。

3. 光學(xué)玻璃透鏡模壓成型技術(shù)

光學(xué)玻璃透鏡模壓成型技術(shù)是一種高精度光學(xué)元件加工技術(shù)，它是把軟化的玻璃放入高精度的模具中,，在加溫加壓和無(wú)氧的條件下,，一次性直接模壓成型出達(dá)到使用要求的光學(xué)零件。這項(xiàng)技術(shù)自80年代中期開(kāi)發(fā)成功至今已有十幾年的歷史了,，現(xiàn)在已成為上zui*的光學(xué)零件制造技術(shù)方法之一,，在許多國(guó)家已進(jìn)入生產(chǎn)實(shí)用階段。這項(xiàng)技術(shù)的普及推廣應(yīng)用是光學(xué)行業(yè)在光學(xué)玻璃零件加工方面的重大革命,。由于此項(xiàng)技術(shù)能夠直接壓制成型精密的非球面光學(xué)零件，從此便開(kāi)創(chuàng)了光學(xué)儀器可以廣泛采用非球面玻璃光學(xué)零件的時(shí)代,。因此,，也給光電儀器的光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)帶來(lái)了新的變化和發(fā)展，不僅使光學(xué)儀器縮小了體積,、減少了重量,、節(jié)省了材料,、減少了光學(xué)零件鍍膜和工件裝配的工作量、降低了成本,，而且還改善了光學(xué)儀器的性能,，提高了光學(xué)成像的質(zhì)量。

光學(xué)玻璃模壓成型法制造光學(xué)零件有如下優(yōu)點(diǎn)：（1）不需要傳統(tǒng)的粗磨,、精磨,、拋光、磨邊定中心等工序,，就能使零件達(dá)到較高的尺寸精度,、面形精度和表面粗糙度；（2）能夠節(jié)省大量的生產(chǎn)設(shè)備,、工裝輔料,、廠房面積和熟練的技術(shù)工人，使一個(gè)小型車間就可具備很高的生產(chǎn)力,；（3）可很容易經(jīng)濟(jì)地實(shí)現(xiàn)精密非球面光學(xué)零件的批量生產(chǎn),；（4）只要地控制模壓成型過(guò)程中的溫度和壓力等工藝參數(shù)，就能保證模壓成型光學(xué)零件的尺寸精度和重復(fù)精度,；（5）可以模壓小型非球面透鏡陣列,；（6）光學(xué)零件和安裝基準(zhǔn)件可以制成一個(gè)整體。

目前批量生產(chǎn)的模壓成型非球面光學(xué)零件的直徑為2～50mm,，直徑公差為±0.01mm,；厚度為0.4～25mm，厚度公差為±0.01mm,；曲率半徑可達(dá)5mm,；面形精度為1.5λ，表面粗糙度符合美國(guó)軍標(biāo)為80－50,；折射率可控制到±5×10－4mm,，折射均勻性可以控制到<5×10－6mm；雙折射小于0.01λ/cm,。

現(xiàn)在,，世界上已掌握這項(xiàng)*玻璃光學(xué)零件制造技術(shù)的公司和廠家有美國(guó)的柯達(dá)、康寧公司,，日本的大原,、保谷、歐林巴斯,、松下公司,，德國(guó)的蔡司公司和荷蘭的菲利浦公司等。

玻璃光學(xué)零件模壓成型技術(shù)是一項(xiàng)綜合技術(shù)，需要設(shè)計(jì)的模壓機(jī)床,，采用高質(zhì)量的模具和選用合理的工藝參數(shù),。成型的方法，玻璃的種類和毛坯,，模具材料與模具制作,，都是玻璃模壓成型中的關(guān)鍵技術(shù)。

3.1 成型方法

玻璃之所以能夠精密模壓成型,，主要是因?yàn)殚_(kāi)發(fā)了與軟化的玻璃不發(fā)生粘連的模具材料,。

原來(lái)的玻璃透鏡模壓成型法，是將熔融狀態(tài)的光學(xué)玻璃毛坯倒入高于玻璃轉(zhuǎn)化點(diǎn)50℃以上的低溫模具中加壓成形,。這種方法不僅容易發(fā)生玻璃粘連在模具的模面上,，而且產(chǎn)品還容易產(chǎn)生氣孔和冷模痕跡（皺紋），不易獲得理想的形狀和面形精度,。后來(lái),，采用特殊材料精密加工成的壓型模具，在無(wú)氧化氣氛的環(huán)境中,，將玻璃和模具一起加熱升溫至玻璃的軟化點(diǎn)附近,，在玻璃和模具大致處于相同溫度條件下，利用模具對(duì)玻璃施壓,。接下來(lái),，在保持所施壓力的狀態(tài)下，一邊冷卻模具,，使其溫度降至玻璃的轉(zhuǎn)化點(diǎn)以下（玻璃的軟化點(diǎn)時(shí)的玻璃粘度約為107,。6泊，玻璃的轉(zhuǎn)化點(diǎn)時(shí)的玻璃粘度約為1013,。4泊）,。這種將玻璃與模具一起實(shí)施等溫加壓的辦法叫等溫加壓法，是一種比較容易獲得高精度,，即容易精密地將模具形狀表面復(fù)制下來(lái)的方法,。這種玻璃光學(xué)零件的制造方法缺點(diǎn)是：加熱升溫、冷卻降溫都需要很長(zhǎng)的時(shí)間,，因此生產(chǎn)速度很慢,。為了解決這個(gè)問(wèn)題，于是對(duì)此方法進(jìn)行了卓有成效的改進(jìn),，即在一個(gè)模壓裝置中使用數(shù)個(gè)模具,，以提高生產(chǎn)效率。然而非球面模具的造價(jià)很高,，采用多個(gè)模具勢(shì)必造成成本過(guò)高,。針對(duì)這種情況,，進(jìn)一步研究開(kāi)發(fā)出與原來(lái)的透鏡毛坯成型條件比較相近一點(diǎn)的非等溫加壓法，借以提高每一個(gè)模具的生產(chǎn)速度和模具的使用壽命,。另外，還有人正在研究開(kāi)發(fā)把由熔融爐中流出來(lái)的玻璃直接精密成型的方法,。

3.2玻璃的種類和毛坯

玻璃毛坯與模壓成型品的質(zhì)量有直接的關(guān)系,。按道理，大部分的光學(xué)玻璃都可用來(lái)模壓成成型品,。但是,，軟化點(diǎn)高的玻璃，由于成型溫度高,與模具稍微有些反應(yīng),，致使模具的使用壽命很短,。所以，從模具材料容易選擇,、模具的使用壽命能夠延長(zhǎng)的觀點(diǎn)出發(fā),，應(yīng)開(kāi)發(fā)適合低溫（600℃左右）條件下模壓成型的玻璃。然而,，開(kāi)發(fā)的適合低溫模壓成型的玻璃必需符合能夠廉價(jià)地制造毛坯和不含有污染環(huán)境的物質(zhì)（如PbO,、As2O3）的要求。對(duì)模壓成型使用的玻璃毛坯是有要求的：（1）壓型前毛坯的表面一定要保持十分光滑和清潔,；（2）呈適當(dāng)?shù)膸缀涡螤?；?/span>3）有所需要的容量。毛坯一般都選用球形,、圓餅形或球面形狀,，采用冷研磨成型或熱壓成型。

3.3 模具材料與模具加工

模具材料需要具備如下特征：（1）表面無(wú)疵病,，能夠研磨成無(wú)氣孔,、光滑的光學(xué)鏡面；（2）在高溫環(huán)境條件下具有很高的耐氧化性能,，而且結(jié)構(gòu)等不發(fā)生變化,，表面質(zhì)量穩(wěn)定，面形精度和光潔度保持不變,；（3）不與玻璃起反應(yīng),、發(fā)生粘連現(xiàn)象，脫模性能好,；（4）在高溫條件下具有很高的硬度和強(qiáng)度等,。

現(xiàn)在已有不少有關(guān)開(kāi)發(fā)模具材料的，zui有代表性的模具材料是：以超硬合金做基體,，表面鍍有貴金屬合金和氮化鈦等薄膜,；以碳化硅和超硬合金做基體,，表面鍍有硬質(zhì)碳、金剛石狀碳等碳系薄膜,；以及Cr2O-ZrO2-TiO2系新型陶瓷,。

玻璃透鏡壓型用的模具材料，一般都是硬脆材料,要想把這些模具材料精密加工成模具,，必需使用高剛性的,、分辨率能達(dá)到0.01µm以下的高分辨率超精密計(jì)算機(jī)數(shù)字控制加工機(jī)床,用金剛石磨輪進(jìn)行磨削加工。磨削加工可獲得所期盼的形狀精度,，但然后還需再稍加拋光精加工成光學(xué)鏡面才行,。在進(jìn)行高精度的非球面加工中，非球面面形的測(cè)試與評(píng)價(jià)技術(shù)是非常重要的,。對(duì)微型透鏡壓型用模的加工,，要求更加嚴(yán)格，必需進(jìn)一步提高精度和減輕磨削的痕跡,。

3.4 玻璃模壓成型技術(shù)的應(yīng)用

目前,光學(xué)玻璃透鏡模壓成型技術(shù),已經(jīng)用來(lái)批量生產(chǎn)精密的球面和非球面透鏡,。平時(shí)，除了一般生產(chǎn)制造直徑為15mm左右的透鏡外,，還能生產(chǎn)制造直徑為50mm的大口徑透鏡,、微型透鏡陣列等。現(xiàn)已能制造每個(gè)透鏡的直徑為100µm的微型透鏡陣列,。

（1）制造軍用和民用光學(xué)儀器中使用的球面和非球面光學(xué)零件,，如各透鏡、棱鏡,、以及濾光片等,；

（2）制造光通信用的光纖耦合器用非球面透鏡；

（3）制造光盤用的聚光非球面透鏡,。使用一塊模壓成型法制造的非球面透鏡,，可代替光盤讀出器光學(xué)鏡頭內(nèi)使用的三塊球面透鏡。由于模壓成型非球面透鏡的精度很高,，不僅能夠控制和校正大數(shù)值孔徑的軸向像差,，而且還使原來(lái)的光學(xué)鏡頭的重量減輕、成本降低30～50％,。

（4）制造照相機(jī)取景器非球面透鏡,、電影放映機(jī)和照相機(jī)鏡頭的非球面透鏡等。美國(guó)僅柯達(dá)公司每年就需要壓型幾百萬(wàn)個(gè)非球面光學(xué)零件,。

4.光學(xué)塑料成型技術(shù)

光學(xué)塑料成型技術(shù)是當(dāng)前制造塑料非球面光學(xué)零件的*技術(shù),，包括注射成型、鑄造成型和壓制成型等技術(shù),。光學(xué)塑料注射成型技術(shù)主要用來(lái)大量生產(chǎn)直徑100mm以下的非球面光學(xué)零件,，也可制造微型透鏡陣列,。而鑄造和壓制成型主要用于制造直徑為100mm以上的非球面透鏡光學(xué)零件。

塑料非球面光學(xué)零件具有重量輕,、成本低,；光學(xué)零件和安裝部件可以注塑成為一個(gè)整體，節(jié)省裝配工作量,；耐沖擊性能好等優(yōu)點(diǎn),。因此，在軍事,、攝影、醫(yī)學(xué),、工業(yè)等領(lǐng)域有著非常好的應(yīng)用前景,。美國(guó)在AN/AVS-6型飛行員微光夜視眼鏡中就采用了9塊非球面塑料透鏡。此外,，在AN/PVS-7步兵微光夜視眼鏡,、HOT夜視眼鏡、“銅斑蛇”激光制導(dǎo)炮彈導(dǎo)引頭和其他光電制導(dǎo)導(dǎo)引頭,、激光測(cè)距機(jī),、軍用望遠(yuǎn)鏡以及各種照相機(jī)的取景器中也都采用了非球面塑料透鏡。美國(guó)TBE公司在制造某種末制導(dǎo)自動(dòng)導(dǎo)引頭用非球面光學(xué)零件時(shí),，曾對(duì)幾種光學(xué)塑料透鏡成型法作過(guò)經(jīng)濟(jì)分析對(duì)比,，認(rèn)為采用注射成型法制造非球面光學(xué)塑料透鏡zui為合算。

4.1注射成型法

注射成型是將加熱成流體的定量的光學(xué)塑料注入到不銹鋼模具中,，在加熱加壓條件下成型,，冷卻固化后打開(kāi)模具,便可獲得所需要的光學(xué)塑料零件。光學(xué)塑料注射成型的關(guān)鍵環(huán)節(jié)是模具,，由于光學(xué)塑料模壓成型的工作溫度較低,，所以對(duì)模具的要求要比對(duì)玻璃模壓成型模具的要求低一些。非球面模具的超精密加工相當(dāng)困難,，通常的加工都是首先在數(shù)控機(jī)床上將模具的坯件磨削成近似非球面,，然后用范成精磨法逐步提高非球面的面形精度和表面粗糙度，zui后用拋光法加工成所要求的面形精度和表面粗糙度,?？墒牵捎跀?shù)控機(jī)床的加工精度比較低,，在模具加工過(guò)程中需要對(duì)模具進(jìn)行反復(fù)檢測(cè)和修改,，逐步地提高模具精度，從而使模具的成本變得很高,。因而現(xiàn)在的模具,，是用剛性好,、分辨率高的計(jì)算機(jī)數(shù)控超精密非球面加工機(jī)床和非球面均勻拋光機(jī)超精密加工而成的。首先用計(jì)算機(jī)數(shù)控超精密非球面機(jī)床將模坯加工出面形精度達(dá)±0.1µm的非球面,，然后用拋光機(jī)在保持非球面面形精度不變的條件下均勻地輕拋光,，大約拋去0.01µm，使模具表面的粗糙度得到提高,。

注射成型的光學(xué)塑料零件的焦距精度可以控制到0.5～1％,，面形精度高于λ∕4，長(zhǎng)度公差達(dá)

0.0076mm,，厚度公差達(dá)0.012mm,。

下面介紹一種日本人發(fā)明的高精度塑料光學(xué)零件注射成型法——澆口密封成型法。

澆口密封成型法,，是一種向加熱至樹(shù)脂轉(zhuǎn)化溫度（Tg）以上的金屬模中注射熔融的樹(shù)脂(注射量應(yīng)是：冷卻結(jié)束打開(kāi)模具時(shí)樹(shù)脂的壓力剛好是大氣的壓力的量),，迅速密封澆口，等溫度,、壓力均勻后,，在相對(duì)容積一定、溫度－壓力均勻條件下,，徐徐冷卻至樹(shù)脂的熱變形溫度以下后,，打開(kāi)模具取出壓形品的成型方法。

首先,，以大約130MPª的高壓,，將高溫的熔融樹(shù)脂注射到模具中，在高溫（T1）下將澆口密封,。密封在模具中的樹(shù)脂,，其壓力在均勻化的過(guò)程中降至30MPa左右（此時(shí)的溫度為：比樹(shù)脂轉(zhuǎn)化溫度Tg高一些的某一溫度T2）。從注射開(kāi)始經(jīng)過(guò)一定時(shí)間后,，就可由壓型機(jī)的合模裝置上將模具單體取下,。單體模具經(jīng)過(guò)緩緩冷卻后才可開(kāi)模，取出壓型成品,。

澆口密封成型法的關(guān)鍵問(wèn)題在于,，注射到模具中的300℃左右高溫的熔融樹(shù)脂，如何以130MPa的壓力將澆口密封死,。其做法是：在成型注射之前,，先將一個(gè)小球放入金屬模具的澆口部，當(dāng)向模具中注射熔融樹(shù)脂時(shí),，小球受到樹(shù)脂的擠壓就會(huì)從澆口處向靠近模穴一側(cè)移動(dòng),。這時(shí)，在澆口部通往模穴的地方就會(huì)出現(xiàn)間隙,，熔融樹(shù)脂從此間隙能夠流入到模穴中,。而當(dāng)注射成型機(jī)停止向模具內(nèi)高壓注射樹(shù)脂時(shí),，由于壓差的原因，瞬間發(fā)生樹(shù)脂逆流現(xiàn)象,，小球則被這種逆流的樹(shù)脂又從靠近模穴的一側(cè)推向模具的澆口處,。此時(shí)，小球依靠高壓的樹(shù)脂所發(fā)生的擠壓力將模具澆口堵死,，完成澆口密封工作,。

該澆口密封成型法由于是樹(shù)脂注射后用小球進(jìn)行澆口密封的，因而不需要保壓和壓縮機(jī)構(gòu)及其工作,。所以注射了樹(shù)脂后的金屬模具很容易從成型機(jī)上取下來(lái),，以金屬模具單體脫離成型機(jī)身的形式進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的冷卻。這不但大大提高了成型機(jī)的工作效率,，同時(shí)也提高了單位時(shí)間的生產(chǎn)效率,。這種成型法可將一部分功能分配到機(jī)外的裝置中去完成，改變了過(guò)去那種功能只能在成型機(jī)裝置內(nèi)進(jìn)行的做法,。

澆口密封成型工序分4步工序進(jìn)行。

（1）加熱工序,。由金屬模具的外部進(jìn)行傳導(dǎo)加熱,。從成型品的取出溫度加熱到Tg（樹(shù)脂的轉(zhuǎn)化溫度－即模具加溫需要達(dá)到的溫度）以上的一定溫度為止，用很短的時(shí)間進(jìn)行升溫,，使熱度做到均勻化,。（2）成型工序。向模具內(nèi)注射熔融的樹(shù)脂,，使小球?qū)⒛＞邼部诿芊夂?，為使溫度、壓力做到均勻化,，?duì)金屬模進(jìn)行保溫,。

（3）緩冷工序。利用自行保持合模力的機(jī)構(gòu),，一邊維持合模狀態(tài),，一邊從壓型機(jī)上取下壓型模。取下的單體壓型模具,，采用自然空氣冷卻或是強(qiáng)制空氣冷卻的方式,，以每分鐘1～2℃的速度逐漸降溫。

（4）取出工序,。從壓型模中取出成形品,。由于壓型模具已從壓型機(jī)上取下，這時(shí)只要取下自行保持合模力的機(jī)構(gòu),，就能打開(kāi)型模取出成形品,。在成形品取出過(guò)程中,，由于樹(shù)脂的壓力相當(dāng)于大氣的壓力，所以不需要推出裝置,，只要打開(kāi)突出分型面的部分,，成形品就能離模。

澆口密封成型法的關(guān)鍵要素,，是金屬模具的溫度條件和注射充填條件（緩慢冷卻結(jié)束時(shí)樹(shù)脂壓力為大氣壓力的條件）,。因此，既使是模壓成型形狀和體積不同的成型品,，也不用改變注射時(shí)和冷卻結(jié)束時(shí)的金屬模具的溫度,，只要有充裕的時(shí)間使溫度－壓力達(dá)到均勻化，并保持緩慢冷卻的速度,，根據(jù)模穴的容積注射充填樹(shù)脂,，就能進(jìn)行高精度地復(fù)制。

4.2 壓制成型法

所謂壓制成型法就是將光學(xué)塑料毛坯放入金屬模具中模壓成光學(xué)塑料零件的一種方法,。下面介紹其中一種壓制成型方法——再熔融成型法,。

再熔成型法，是將近似于成形品形狀的毛坯,，插入具有復(fù)制面形,、又使樹(shù)脂不能流出的金屬模具中，在模穴容積一定條件下,，將模穴中的樹(shù)脂加熱至樹(shù)脂轉(zhuǎn)化溫度Tg以上,，利用因樹(shù)脂的膨脹和軟化-熔融所發(fā)生的均勻的樹(shù)脂壓力，使樹(shù)脂緊密附著到模子的復(fù)制面上,，等溫度-壓力均勻后,，在相對(duì)容積一定、溫度－壓力均勻條件下,，徐徐冷卻至樹(shù)脂的熱變形溫度以下,，然后打開(kāi)型模取出壓型成形品的一種光學(xué)塑料零件成形方法。

再熔成型法,，通過(guò)利用不同的工序確保壓形品的形狀創(chuàng)成和面形精度,，緩和了成形品內(nèi)的殘留應(yīng)力和密度分布，實(shí)現(xiàn)了成形品的精度優(yōu)良制作,。再熔成型法工藝由下述2道工序組成,。

（1）毛坯成形工序。使用普通的注射成形法,，制作近似于zui后成形品形狀的毛坯成形品,。

毛坯成形工序，由于采用的是通常的注射成形法，在將熔融的樹(shù)脂向低于樹(shù)脂熱變形溫度的模具中注射充填過(guò)程中,，表層部就會(huì)驟冷固化,，毛坯會(huì)有收縮。若出現(xiàn)面形不能復(fù)制的話,，則是殘留應(yīng)力比較大的緣故,。

（2）面形復(fù)制工序。將毛坯插入具有復(fù)制面形,、而又使樹(shù)脂不能流出外部的不同模具中,，加熱－冷卻，進(jìn)行面形復(fù)制,。

面形復(fù)制工序是將低精度的毛坯高精度化的一個(gè)工序,。具有面形的模具，通過(guò)加熱至樹(shù)脂的Tg（樹(shù)脂轉(zhuǎn)化溫度）以上,，殘留應(yīng)力可以得到緩和,。進(jìn)而，由于加熱時(shí)樹(shù)脂的軟化－熱膨脹能使模穴內(nèi)發(fā)生均勻的樹(shù)脂壓力,，所以,，能夠?qū)崿F(xiàn)高精度的面形復(fù)制。

為了防止發(fā)生溫度分布和壓力分布,，冷卻需要緩慢進(jìn)行,，而且必需冷卻至樹(shù)脂熱變形溫度以下。這樣,，開(kāi)模取壓形品時(shí),，成形品才不會(huì)變形,。另外,，由于開(kāi)模時(shí)的樹(shù)脂壓力必需大致相當(dāng)于大氣壓力，因此,，模穴容積一定條件下的毛坯的重量誤差也是應(yīng)該引起重視的一個(gè)要點(diǎn),。

通過(guò)實(shí)施各自具有特征的毛坯工序和面形復(fù)制工序，可以構(gòu)成能生產(chǎn)性能優(yōu)良的塑料光學(xué)零件的制造系統(tǒng),。

再熔成形法的面形復(fù)制工序的設(shè)備,，除了能夠開(kāi)、合型模的沖壓機(jī)外,，還有不需要有澆口和噴嘴之類的部分金屬模具,，制作起來(lái)很便宜。因此,，設(shè)備增設(shè)起來(lái)很容易,。可以根據(jù)生產(chǎn)量的情況,，適宜地進(jìn)行設(shè)備投資,，建立起一個(gè)相對(duì)應(yīng)的柔性生產(chǎn)系統(tǒng),。

再熔成形法的特征是：由于再熔成形法的毛坯成形工程采用了普通的注射成形工藝，所以具有成形周期短,、適合批量生產(chǎn)之優(yōu)點(diǎn),。但是，面形復(fù)制工程必需實(shí)施加熱,、冷卻工程,，因此又存在著與澆口密封成型法一樣周期長(zhǎng)的缺陷。然而,，因?yàn)椴恍枰裢ǔＷ⑸涑尚喂に嚹菢拥淖⑸?、充填工序，所以也就不用考慮樹(shù)脂流路的問(wèn)題,。又因成形時(shí)產(chǎn)生的壓力小于30MPa（通常的注射成形為100MPa左右）,，故并不要求模具有很高的剛性。模具因?yàn)轶w積小而可使用多個(gè),，因此,，可以采用多個(gè)模具彌補(bǔ)

生產(chǎn)效率低的不足。由于加熱,、冷卻容易控制,，成形周期縮短，所以生產(chǎn)效率可以提高,。

另外,，由于毛坯成型工序和面形復(fù)制工序能夠獨(dú)立操作，面形復(fù)制工序的沖壓機(jī)可以對(duì)每一個(gè)壓形品的成形條件進(jìn)行設(shè)計(jì),，所以可以進(jìn)行不同樹(shù)脂,、不同形狀的成形品的混合生產(chǎn)。

利用該成型法制作的非球面反射鏡經(jīng)過(guò)形狀測(cè)量,，結(jié)果是:在±100mm范圍內(nèi),，反射面的彎曲（起

伏）度在4µm以下，成形品的精度很高,。

5.計(jì)算機(jī)數(shù)控研磨和拋光技術(shù)

技算機(jī)數(shù)控研磨和拋光技術(shù)是一種由計(jì)算機(jī)控制的精密機(jī)床將工件表面磨削成所需要的面形,，然后用柔性拋光模拋光，使工件在不改變精磨面形精度的條件下達(dá)到鏡面光潔度的光學(xué)零件制造技術(shù),。該技術(shù)主要用來(lái)加工中,、大尺寸的非球面光學(xué)零件。加工零件時(shí),，磨削工具受計(jì)算機(jī)控制,，在工件表面進(jìn)行磨削去除加工。磨削工具根據(jù)工件的不同加工余量，在工件表面停留不同的時(shí)間來(lái)實(shí)現(xiàn)非球面加工,。工件加工精度主要取決于測(cè)量精度和所采用的誤差校正方法,。

非球面光學(xué)零件的精密研磨拋光比較普遍采用的一種技術(shù)是：小型磨床修正研磨拋光法。

小型磨床研磨拋光法分為縱向掃描和光柵掃描兩種方式,?？v向掃描方式是：被加工的工件以一定的速度旋轉(zhuǎn)，拋光器則沿著貫穿工件軸心的斷面進(jìn)行搖動(dòng),?？v向掃描方式對(duì)工件軸心附近的形狀控制和非旋轉(zhuǎn)對(duì)稱部分的形狀誤差的修正研磨拋光比較困難，但是研磨時(shí)間可望縮短,，設(shè)備比較簡(jiǎn)單,。光柵掃描方式則是：被加工的工件不旋轉(zhuǎn)，拋光器在工件的表面移動(dòng)研磨拋光,。這種方式不僅容易進(jìn)行非旋轉(zhuǎn)對(duì)稱部分的修正研磨拋光,，而且還可以進(jìn)行離軸光學(xué)零件的研磨拋光加工。但是,，此種方式的設(shè)備組成較為復(fù)雜,，成本比較高。

為了提高加工精度,，小型磨床加工系統(tǒng)必需具備很高的精度和反復(fù)再現(xiàn)性,、研磨去除量不隨時(shí)間變化而變化、高精度的模擬計(jì)算,、和與實(shí)際研磨的一致性等條件,。小型磨床研磨拋光加工的工藝流程大致如下：首先由三維測(cè)試機(jī)、激光干涉儀測(cè)出加工面的形狀精度,，求出面形誤差,。工作站根據(jù)面形誤差計(jì)算出需要研磨拋光的軌跡，并將該研磨拋光軌跡轉(zhuǎn)換成數(shù)控編碼傳送給磨床進(jìn)行加工,。加工完了后進(jìn)行面形精度測(cè)試,。面形精度若是沒(méi)有達(dá)到要求,，再反復(fù)地進(jìn)行計(jì)算,、加工。通過(guò)這樣反復(fù)地進(jìn)行面形測(cè)試,、計(jì)算,、修正研磨拋光，即可達(dá)到提高面形精度的目的,。

小型磨床zui早是由美國(guó)研究開(kāi)發(fā)的,，其磨頭直徑不超過(guò)工件的1/3，由計(jì)算機(jī)計(jì)算去除量，加工精度比較高,?？梢愿呔鹊丶庸ぶ睆?/span>1500～1800mm的大口徑非球面。目前,，美國(guó)亞里桑那大學(xué)的光學(xué)中心,，已基本上用計(jì)算機(jī)數(shù)控研磨拋光加工技術(shù)取代了傳統(tǒng)的手工研磨拋光加工非球面光學(xué)零件。另外美國(guó)羅徹斯特大學(xué)光學(xué)制造中心也已獲得了300多萬(wàn)美元的國(guó)防基金和幾家大公司的資助,，實(shí)現(xiàn)了非球面透鏡生產(chǎn)的自動(dòng)化,。

80年代末，日本研制出了的超精密數(shù)控范成法研磨機(jī),，使用該研磨機(jī)加工出的光學(xué)零件,，其面形精度達(dá)到了0.08µm，表面粗糙度的均方根值為0.2nm,。若用瀝青拋光模進(jìn)行加工,，表面粗糙度的均方根值能達(dá)到0.035nm。zui近,，日本采用門型機(jī)械加工中心,，使用4000#～8000#鑄鐵絲結(jié)合金剛石砂輪，利用ELID（在線電解修正法）磨削法,，磨削BK-7光學(xué)玻璃,，所獲得的非球面的面形精度為1µm，表面粗糙度為43nm Rmax,。

德國(guó)的計(jì)算機(jī)數(shù)控研磨拋光技術(shù)很快,。Loh公司生產(chǎn)的CNC SPM50和120研磨拋光機(jī)，不僅可以粗,、精磨球面光學(xué)零件,，而且還可以粗、精磨非球面光學(xué)零件,。施耐德（SCHEIDER）光學(xué)機(jī)械公司90年代末制造的ALG 100型計(jì)算機(jī)數(shù)控非球面磨床和ALP 100型計(jì)算機(jī)數(shù)控非球面拋光機(jī),，可以率地進(jìn)行非球面光學(xué)零件的生產(chǎn)。

ALG 100型計(jì)算機(jī)數(shù)控非球面磨床,，可在對(duì)話框中直接輸入非球面加工參數(shù),，自動(dòng)計(jì)算非球面磨削加工量；采用*導(dǎo)向裝置與旋轉(zhuǎn)加工技術(shù),，各軸與旋轉(zhuǎn)軸的傳動(dòng)使用了高性能數(shù)字AC伺服傳動(dòng)裝置,；采用干涉測(cè)量系統(tǒng)加強(qiáng)加工過(guò)程中的工件的測(cè)量，能對(duì)工件的非球面加工進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整,；非球面加工中心能夠直接進(jìn)行非球面或棱形的組合加工,，具有綜合預(yù)加工的2,、3維混合加工技術(shù)功能；旋轉(zhuǎn)軸采用高頻空氣軸承,，可利用環(huán)形工具進(jìn)行高速的球面預(yù)加工,，能夠獲得*透鏡半徑等特性。ALG100非球面磨床的主要技術(shù)規(guī)格如下：加工工件尺寸：zui大直徑為150mm,，半徑為10 mm的平面,；軸數(shù)3軸（X,Z,B）X、Z,；軸的推進(jìn)（進(jìn)刀）速度為0.01～5000 mm/min,；X、Z軸的位置往返精度為±0.001 mm,；B軸的推進(jìn)（進(jìn)刀）速度為0.01～4300º/min,；B軸位置往返精度為±4；連接機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)軸（H×D）25×42 mm,；主軸轉(zhuǎn)速度為5000～15000轉(zhuǎn)/min,；工件軸轉(zhuǎn)速為25～1500 轉(zhuǎn)/min；磨床外形尺寸1150×1900×1220 mm,；質(zhì)量為1000kg,。

ALP 100型計(jì)算機(jī)數(shù)控非球面拋光機(jī)，可以在對(duì)話框中直接輸入非球面加工參數(shù),；自動(dòng)計(jì)算非球面拋光加工量,；使用特殊加工的非球面磨具拋光；拋光參數(shù)可進(jìn)行計(jì)算機(jī)數(shù)控,、調(diào)節(jié)與觀察,；可以優(yōu)化計(jì)算機(jī)數(shù)控的拋光軌跡，制作出高表面質(zhì)量的復(fù)雜的非球面幾何形狀,；采用了*導(dǎo)向與轉(zhuǎn)軸技術(shù),，可高速地進(jìn)行連續(xù)的軌跡拋光；各軸和旋轉(zhuǎn)軸都采用了高性能的數(shù)字式AC伺服傳動(dòng)裝置,；可基于圖形模式進(jìn)行優(yōu)化拋光的調(diào)整等特性,。該拋光機(jī)的主要技術(shù)規(guī)格如下：可加工工件的尺寸：zui大直徑為150 mm，半徑為10 mm的平面,；軸數(shù)3軸（X,Z,B）,；X、Z軸的推進(jìn)（進(jìn)刀）速度為0.01～5000mm/min,；X,、Z軸位置往返精度為±0.001 mm,；B軸的推進(jìn)（進(jìn)刀）速度)0.01～4300º/min,；B軸的位置往返精度為±4,；連接機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)軸25×42 mm；主軸轉(zhuǎn)速度為50～2500 轉(zhuǎn)/min,；工件軸轉(zhuǎn)速為25～1500 轉(zhuǎn)/min,；拋光機(jī)外形尺寸1150×1900×1220mm；車床質(zhì)量1000kg,。

6.光學(xué)零件加工的柔性自動(dòng)化技術(shù)

近10 多年來(lái),計(jì)算機(jī)數(shù)控技術(shù)發(fā)展很快,，已迅速被大多數(shù)工業(yè)加工行業(yè)所采用。目前,，計(jì)算機(jī)數(shù)控的加工方法,，特別是計(jì)算機(jī)數(shù)控加工中心已經(jīng)被認(rèn)為是增大加工的靈活性、提高工件加工的速度和質(zhì)量的zui基本的方法,。在過(guò)去的年代里計(jì)算機(jī)數(shù)控技術(shù)在光學(xué)加工行業(yè)中的應(yīng)用比較少,，這幾年已經(jīng)引起了行業(yè)專家們的重視。

自1990年起,，為滿足軍用光學(xué)系統(tǒng)目前和未來(lái)的需求,，美國(guó)“*制造技術(shù)計(jì)劃”支持發(fā)展新的技術(shù)。美*材料司令部投資700萬(wàn)美元在羅徹斯特大學(xué)建立起一個(gè)面積達(dá)1670m2的光學(xué)制造中心,。該中心得到了美國(guó)精密光學(xué)制造協(xié)會(huì)和美國(guó)國(guó)防部的支持,，其成員目前已有100來(lái)個(gè)。

建立光學(xué)制造中心的目的,，是想通過(guò)引進(jìn)以定型加工為基礎(chǔ)的計(jì)算機(jī)數(shù)控加工機(jī)床,，使勞動(dòng)力密集型的光學(xué)加工技術(shù)迅速實(shí)現(xiàn)柔性自動(dòng)化，從而改善美國(guó)在光學(xué)零件制造方面的能力,，使美國(guó)工業(yè)的光學(xué)基礎(chǔ)恢復(fù)元?dú)?。光學(xué)制造中心，通過(guò)和其成員之間的緊密,，加快了新技術(shù)的開(kāi)發(fā)步伐,，不久便開(kāi)發(fā)出了稱之為光學(xué)自動(dòng)化和管理（Opticam）的新光學(xué)加工技術(shù)。這種Opticam技術(shù),，以定型加工為基礎(chǔ),，通過(guò)計(jì)算機(jī)數(shù)控機(jī)床和柔性工具，實(shí)現(xiàn)光學(xué)零件加工的柔性自動(dòng)化,。

1992年光學(xué)制造中心研制出了第1臺(tái)型號(hào)為Opticam SM的加工系統(tǒng),，實(shí)現(xiàn)了光學(xué)零件在計(jì)算機(jī)數(shù)控機(jī)床上加工的夢(mèng)想。該機(jī)床的工具軸為具有空氣軸承的高速旋轉(zhuǎn)軸,，其線速達(dá)50m/s,。工具為金屬結(jié)合劑的金剛石環(huán)形磨輪，其粒度分別為20～10µm,、12～6µm,、4～2µm,。在零件加工過(guò)程中，計(jì)算機(jī)控制進(jìn)給,，機(jī)械手更換夾具,。該加工機(jī)床加工的光學(xué)零件其表面粗糙度（RMS）可達(dá)20nm以下，次表面的破壞層深度小于2µm,。5分鐘內(nèi)面形精度可達(dá)1λ（PV值）,。1993年該中心又推出了第2代設(shè)計(jì)產(chǎn)品Opticam SX加工系統(tǒng)。這是一種非常靈活的運(yùn)動(dòng)精度為亞微米級(jí)的5軸計(jì)算機(jī)數(shù)控精密加工中心,。使用的工具為由燒結(jié)金剛石磨料制成的環(huán)形磨輪,。磨輪的轉(zhuǎn)速為10000轉(zhuǎn)/min，工件軸的轉(zhuǎn)速為200轉(zhuǎn)/min,。機(jī)床的定位精度為1µm,，轉(zhuǎn)角精度為1。該系統(tǒng)能完成所有球面零件的粗磨,、精磨,、超精磨、定中心,、磨邊,、倒角等加工工序。能加工直徑為10～150mm的凹凸半球零件,。加工出的光學(xué)零件的面形精度好于λ/3（P-V值）,，表面粗糙度的均方根值為3～10nm。目前這種Opticam機(jī)床已被12家光學(xué)零件制造廠使用,，已生產(chǎn)出了可供標(biāo)槍XX,、F-16飛機(jī)、目標(biāo)捕獲指示瞄準(zhǔn)具/駕駛員夜視傳感器和XX尋的改進(jìn)計(jì)劃等用的光學(xué)元件,。

Opticam技術(shù)的開(kāi)發(fā)應(yīng)用,，極大的提高了光學(xué)加工的適應(yīng)性和生產(chǎn)率，收益巨大,。首先是,，使光學(xué)零件加工擺脫了對(duì)熟練技術(shù)工人的依賴，工人不再需要進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的培訓(xùn),。只要利用給與的工件加工參數(shù),，任何計(jì)算機(jī)數(shù)控機(jī)床操作員均能生產(chǎn)出符合要求的光學(xué)零件，而且可以100%的提高產(chǎn)量,。因此,，它完夠應(yīng)付因戰(zhàn)爭(zhēng)動(dòng)員所造成的生產(chǎn)量驟增。其次是,，不再為每種透鏡配備的工具與夾具,，從而使光學(xué)零件的加工費(fèi)用得以降低,。羅徹斯特大學(xué)光學(xué)制造中心，曾利用初步得到的數(shù)據(jù)將這種新技術(shù)與傳統(tǒng)的光學(xué)加工方法作了比較,，按保守估計(jì)得出的結(jié)論是,，用新技術(shù)比用傳統(tǒng)的技術(shù)要平均節(jié)省20％的費(fèi)用,。其三是,，由于Opticam技術(shù)提供的柔性加工能力使在同一臺(tái)機(jī)床上可以生產(chǎn)不同的光學(xué)零件，且很快就能拿出樣品,，所以可使光學(xué)元件加工的總周期縮短30～60%,。

為了進(jìn)一步完善Opticam技術(shù)在光學(xué)加工領(lǐng)域的應(yīng)用，在“*制作技術(shù)計(jì)劃”的支持下,，羅徹斯特大學(xué)的光學(xué)制造中心正潛心作如下方面的工作：（1）針對(duì)Opticam SX加工系統(tǒng)加工出的玻璃透鏡仍需通過(guò)一次拋光工序的加工,，才能去除次表面的損傷和使表面粗糙度的均方根值小于2µm，正在研究原蘇聯(lián)人Belarus發(fā)明的磁流體精加工技術(shù)?，F(xiàn)已研制出利用磁流體拋光技術(shù)的Opticam磁流體拋光樣機(jī)和定型方法,，下一步工作是研究確定磁流體拋光過(guò)程的特性和將其工作*化；（2）研制價(jià)格便宜的,、加工直徑為2～50mm的透鏡用的Opticam micro SX機(jī)床,，將Opticam技術(shù)擴(kuò)展到微型透鏡加工領(lǐng)域。（3）進(jìn)行金剛石磨料刀具*化和改進(jìn)冷卻劑的研究,。打算利用日本人發(fā)明的加工中電解整修技術(shù),，通過(guò)計(jì)算機(jī)控制電解去除研磨工具的粘結(jié)材料，在研磨中不斷地進(jìn)行金剛石研磨工具的整修,。（4）1996年,，美國(guó)國(guó)防研究計(jì)劃局啟動(dòng)新的600萬(wàn)美元的技術(shù)再投資計(jì)劃，預(yù)將Opticam技術(shù)擴(kuò)展到玻璃和易碎材料的非球面透鏡的制造領(lǐng)域,。光學(xué)制造中心正在進(jìn)行這項(xiàng)工作的研究,，打算通過(guò)將定型微研磨技術(shù)與磁流體拋光技術(shù)相結(jié)合的做法來(lái)實(shí)現(xiàn)這一計(jì)劃。按計(jì)劃1999年實(shí)現(xiàn)制作設(shè)備商品化,。

另外,，羅徹斯特大學(xué)光學(xué)制作中心還開(kāi)始了有關(guān)制造非軸對(duì)稱和共形光學(xué)元件方法的研究，預(yù)將Opticam技術(shù)延伸到非徑向?qū)ΨQ元件的成形加工領(lǐng)域,。