非球面加工工艺 001

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。 聚光镜，反射式物镜和望远镜的二次反射 镜等。 卡塞格林系统中的反射镜
凹椭球面镜
凹双曲线面镜
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二次非球面的光学性质
子午曲 线顶点 的曲率 半径R0
文字内容
基本几 何参数
偏率e
决定几何焦 点相对于表 面顶点的位 置
￡.反射面 ￡.折射面
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
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度
数控研磨抛光技术 （2）修改面形的抛光磨具
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被加工球面 的最接近球面曲率半径。 常见的表面形状：
（3）二次非球面的研磨抛光要点
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数控研磨抛光技术
抛光非球面
粗磨、 精磨 机
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数控研磨抛光技术
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。

max
是非球面的最大非球面；实际加工工艺中还
光学零件的加工工艺 LOGO 知识概况
非球面零件的加 工工艺
数控研磨抛光法
易龙 guangdian09305@
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：
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。
要考虑加工余量。
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数控研磨抛光技术
非球面研磨抛光法工艺流程 依零件图 选择原材料 切断（计算 切割余量） 滚圆、滚 边（倒角） 起始球 面粗磨
外观检验 包装（入库 或下道工序）
检验面形 精度、鉴别率、 面形误差
非球面精 磨和抛光
自动定中心 磨边
清洗
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数控研磨抛光技术 非球面研磨加工工艺
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数控研磨抛光技术 粗磨修正成形 抛光修正成形 精磨修正成形 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， max 。 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。
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实际非球面的评价指标
表面轮廓度、光圈和局部光圈表示、Z 值的允许偏差 D=Di-D0常用于消像差系统中的非球面检 测
用来判断非球面的偏差
非球面系统像面上能分辨的最小线距离
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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
实际非球面的评价指标
利用刀口仪的阴影图可定性判断非球面 的面形精度 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） 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）
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数控研磨抛光技术
二次非球面的光学性质 非球面的评价指标（技术要求） 研磨抛光非球面方式和设备 非球面研磨抛光工艺
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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）
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数控研磨抛光技术 非球面的抛光
（1）抛光磨具 整盘抛光磨具；局部抛光磨具
￡.整盘抛光磨具
(a)常用抛光模具 (b)带充气腔抛光模具 (c)带套箍抛光模具
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数控研磨抛光技术
￡.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。 气囊抛光磨具加工零件通常边缘较差，采用气压抛光零件
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
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数控研磨抛光技术
精磨检验
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
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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）
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
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数控研磨抛光技术 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
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
￡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
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数控研磨抛光技术
精磨磨具
单块静磨磨 具
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。
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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。
整盘静磨 磨具
数控研磨抛光技术
精磨注意事项
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