1. 引 言
r+HJ_R,5A R|{6JsjG10 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)陸軍所作的一項(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114.77萬塊，其中球面光學(xué)零件為63.59萬塊，非球面光學(xué)零件為23.46萬塊，平面光學(xué)零件為18.1萬塊，多面體掃瞄鏡為9.62萬塊。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。
d}b# "A |pr~Oh z 從70年代開始，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年代開展了大規(guī)模技術(shù)革命和創(chuàng)新活動(dòng)，研究開發(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，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。
nX>k}&^L K}O~tff 2.計(jì)算機(jī)數(shù)控單點(diǎn)金剛石車削技術(shù)
4EuZe:'X G%anot 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年代率先開發(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)行精確控制條件下，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。
KhZ'Ic[vw ~s{$ &N 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、氯化鉀、氯化鍶、氟化鎂、氟化鈣、鈮酸鋰、KDK晶體）無電鎳、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。
*#EyfMz-B l\5qa_{z 計(jì)算機(jī)數(shù)控單點(diǎn)金剛石車削技術(shù)除了可以用來直接加工球面、非球面光學(xué)零件外，還可以用來加工各種光學(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。
}6eWdm!B _'Q}Y nEv 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，面形精度最高達(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90萬美元。而且還為AN/AAD-5紅外偵察裝置加工了10萬個(gè)平面反射鏡，節(jié)約費(fèi)用1千多萬美元。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。
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