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最近我们又研制出了环抛 机床 和下摆机床。
光学加工技术的发展是随着光学仪器的发展而发展,同时各相关专业的发展也对其起着重要的影响。新的加工技术,新的加工设备都需各专业配合特别是 数控 技术的配合方能研制成功,我们相信在本世纪初会有更多新的光学加工技术和加工设备出现。
三、技术引进对我国光学加工的促进
我国引进光学加工设备和技术,主要是从日本、德国、韩国等国家引进,也有部份是从英国和美国引进的。
四、光学加工实力及存在问题
我们将在旅娣治鲆幌挛夜?庋Ъ庸ば幸档氖盗?痛嬖谖侍狻?/P>
光学加工手段,随着光电行业的发展,进入二十一世纪后,有较大发展和充实。光学加工工业存在的主要问题如下:
a.光电事业有了很大发展,研制出不少具有世界先进水平的产品。产品虽然研制出来,但是投入批量生产却很难。其主要原因是产品设计和工艺设计脱钩,配合不当。我们在工艺上的研究还很浅,在光学加工方面还没有形成一个完整的工艺体系。
b.生产手段是对生产力影响的重要因素。
制造水平低是和设备有关的。光学加工设备的数量不均衡是一个原因,而更重要的是很多设备加工效率低,精度差,有30%以上的设备上仿苏设备和国产设备,国产设备原型机多为日本和韩国设备,其中一部分设备根本没有投入生产。而从现有的设备和检测仪器看:不能满足发展的需求。
c.多年来,我国光学行业沿袭着一种不正常的观念。即重视产品设计和研究的技术人员,而从事工艺设计和制造技术人员却得不到足够的重视。这样,从事工艺科研的人员减少,从而影响了加工水平的提高。
d.近年来,很多光学厂进行了改造,但在光学加工技术引进和技术改造方面的项目还不多,同时,国有企业在这方面的投入很不够,没有一定的投资强度,就不可能形成强有力的生产基础,达到预期的产出目的。
五、发展对策
回顾历史,认识现实,其目的是为了未来的发展。如何发展我们光学加工工
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业,以适应光学电子仪器行业的发展和市场的需求,提出如下对策:
1、建立完整的光学 加工工艺 体系: a.制定工艺方法及确定发展道路
根据产品的发展和市场需求,确定出我们自己的工艺方法和发展道路。开发产品要考虑其有否技术继承性,确定工艺也要考虑其继承性。目前透镜制造日本是以单件加工为主,而德国基本上以成盘为主。那么中国应以什么加工方式为主,确定我们光学 加工工艺 发展道路?这是建立工艺体系的关键。是光学加工发展和提高的当务之急,否则今天采用单件加工,最佳参数生产线就会闲置一旁;而明天采用成盘加工,日本设备又无用武之地,只有制定出标准的加工方法确定出工艺发展路线,我们方能将有限的资金用于发展重点和缩短发展时间。
b.完善光学加工的工艺结构
确定光学加工的发展道路之后,要根据制定的加工方法和发展道路以及市场需求完善工艺结构。工艺结构应由下面七个部分组成:
(a)加工材料;(b)加工要求;(c)加工设备;(d) 加工工艺 装置;(e)加工用辅料;(f)加工技术;(g)加工人员水平。
上述工艺结构的七个基元必须匹配得当。对工艺各基元之间的制约关系一定要进行分析和合理设计。
单件生产线所以能受到认可,是由于开始引进时是全面配套引进的。设备、模具、辅料以及人员培训等全按日本的模式引进的,这样才有高效率。国产化不只是仿制设备,而工装,辅料以及人员培训都应配套进行。
c.加强工艺科研
加强光学工艺基础理论研究是提高光学加工技术水平的必要条件。基础理论的研究将会为提高现有加工技术水平奠定有力的基础。过去没有很好的开发光学工艺基础理论的研究,主要是没有独立科研单位。建立光学工艺科研单位,方能保证光学工艺科研顺利进行。
d.相关专业的配合
光学加工技术涉及的学科很多,诸如力学、化学、电子等学科。因此光学加工技术水平的提高与未来的发展都必须有相关专业的配合。如是科研课题攻关,则应由主管部门组织相关专业共同进行,共同享受科研成果;如是学术研究,则
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应由学会邀请相关学科研究人员参加,共同探讨和论证。
2、培养人才,调整人才结构
对任何一个生产或科研领域,人才都是重要的,而在光学加工领域更为重要,目前,怎样培养出一批即能上机操作,又能编制工艺的工人是很重要的;同时要对现有的光学加工技术人才结构进行调整,一是使原来单一光学技术人员调整为光学、机械、化工、电子等多专业技术方队。这样才能适应发展的需要。二是对现有的技术人员进行知识更新和进行经营和管理方面的知识补课。这样,技术人员才能在制定工艺规程时从经营,价值工程等多方面考虑问题。
3、加强投入
自从改革开放以来,光学行业进行的技术改造和技术引进项目较少,技术提高不大。为改变目前这种落后面貌和适应光学行业的发展以及市场的需求,必需加大对光学加工技术改造和技术引进的投资。没有大的投入,不会有大的产出。
4、企业联合,携手共进
竞争是提高和进步的积极因素,如果我们在竞争的同时,又能联合,携手共进,将使我们的光学制造业能有更大的发展和进步。
7.国外光学加工技术的发展现状
如今我们不难发现,军用武器系统中几乎都装备有各种各样的光电传感器件,而在这些光电传感器件中,或多或少都采用了各种样式的光学零件。从美国陆军所作的一项调查报告的材料中我们知道,1980~1990年美国军用激光和红外热成像产品所需要的各种光学零件就有114.77万块,其中球面光学零件为63.59万块,非球面光学零件为23.46万块,平面光学零件为18.1万块,多面体扫瞄镜为9.62万块。拿M1坦克为例,其大约使用了90块透镜、30块棱镜以及各种反射镜、窗口和激光元件。又如一具小小的AN/AVS-6飞行员夜视眼镜就采用了9块非球面光学零件和2块球面光学零件。
从70年代开始,以红外热成像和高能激光为代表的军用光学技术迅速发展。军用光学系统不但要求成像质量好,而且要求体积小、重量轻、结构简单。这对
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光学加工行业是一个严峻考验。为了跟上时代发展的步伐,设计和制作出质地优良的光学成像系统,光学零件加工行业于70年代开展了大规模技术革命和创新活动,研究开发出许多新的光学零件加工方法,如非球面光学零件的加工法。近10多年来,新的光学零件加工技术得到进一步地推广和普及。目前,国外较为普遍采用的光学零件加工技术主要有: 计算机数控单点金刚石车削技术、光学玻璃透镜模压成型技术、 光学塑料成型技术、 计算机数控研磨和抛光技术、 环氧树脂复制技术、 电铸成型技术??以及传统的研磨抛光技术等。
2.计算机数控单点金刚石车削技术
计算机数控单点金刚石车削技术,是由美国国防科研机构于60年代率先开发、80年代得以推广应用的非球面光学零件加工技术。它是在超精密数控车床上,采用天然单晶金刚石刀具,在对机床和加工环境进行精确控制条件下,直接利用金刚石刀具单点车削加工出符合光学质量要求的非球面光学零件。该技术主要用于加工中小尺寸、中等批量的红外晶体和金属材料的光学零件,其特点是生产效率高、加工精度高、重复性好、适合批量生产、加工成本比传统的加工技术明显降低。采用该项金刚石车削技术加工出来的直径120mm以下的光学零件,面形精度达l/2~1l,表面粗糙度的均方根值为0.02~0.06mm。
目前,采用金刚石车削技术可以加工的材料有:有色金属、锗、塑料、红外光学晶体(碲镉汞、锑化镉、多晶硅、硫化锌、硒化锌、氯化纳、氯化钾、氯化锶、氟化镁、氟化钙、铌酸锂、KDK晶体)无电镍、铍铜、锗基硫族化合物玻璃等。上述材料均可直接达到光学表面质量要求。此技术还可加工玻璃、钛、钨等材料,但是目前还不能直接达到光学表面质量要求,需要进一部研磨抛光。
计算机数控单点金刚石车削技术除了可以用来直接加工球面、非球面光学零件外,还可以用来加工各种光学零件的成型模具和光学零件机体,例如加工玻璃模压成型模具、复制模具、光学塑料注射成型模具和加工复制环氧树脂光学零件用的机体等。该技术与离子束抛光技术相结合,可以加工高精度非球面光学零件;与镀硬碳膜工艺和环氧树脂复制技术相结合,可生产较为便宜的精密非球面反射镜和透镜。假若在金刚石车床上增加磨削附件或采用陶瓷刀具、安装精密夹具和采用在-100°C低温进行金刚石切削等措施,此项技术的应用范围将可进一步扩大。目前,美国亚里桑那大学光学中心已经使用该技术取代了传统的手工加工工
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艺,但加工玻璃光学零件时,还不能直接磨削成符合质量要求的光学镜面,仍然需要进行柔性抛光。
单点金刚石车削光学零件技术经济效果非常明显,例如加工一个直径100mm的90°离轴抛物面镜,若用传统的研磨抛光工艺方法加工,面形精度最高达到3mm(5l),加工时间需要12个月,每一个抛物面镜的加工成本为5万美元。而采用金刚石车削方法,3个星期就能完成,加工成本只有0.4万美元,面形精度可达0.6μm(1λ)。美国霍尼韦尔公司就用这种技术加工AN/AAD-5红外侦察装置的4面体扫描转镜。转镜的每一面尺寸为88.9′203.2mm,每面的平直度要求为l/2,角精度为90°±42。用一台车床,15个月就加工出了124个扫描旋转反射镜,质量均达到了设计技术要求。每个旋转反射镜比用传统的加工方法加工节约费用2770美元。霍尼韦尔公司用这种工艺生产了200个4面体旋转镜,共计节约近90万美元。而且还为AN/AAD-5红外侦察装置加工了10万个平面反射镜,节约费用1千多万美元。在1980~1990年这10年间,平面(50′50mm)、多面体(直径90mm)、球面(直径100mm)、非球面(直径125mm)等4种军用光学零件的加工费用,按保守的经济效果计算,美国防部就总计节省约4亿美元。
金刚石车削机床是金刚石车削工艺的关键技术,没有金刚石车削机床,就不可能实现金刚石车削加工光学零件新工艺。金刚石车削机床属于高精密机床,机床的主轴精度和溜板运动精度比一般的机床要高出几个数量级,主轴轴承和溜板导轨通常采用空气轴承和油压静力支承结构,机床运动部件的相对位置采用激光位移测量装置测定。在工件加工的整个过程中,采用激光干涉仪测量工件的面形误差。车床上装有反馈装置,可以补偿运动误差。金刚石车床的主要生产厂家是美国的莫尔精密机床公司和普奈莫精密公司。进入90年代后,日本东芝机械公司也开始生产这种车床。莫尔精密机床公司生产销售的主要产品是Moore M-18、-40非球面加工机,Moore T型床身机床,Moore光学平面加工机,Moore M -18油淋非球面加工机等。普奈莫精密公司生产出售的产品主要有MSG-325型、ASG-2500型、Nanoform 600型、Ultra 2000型等金刚石车床。日本东芝机械公司生产出售产品是ULG-100A(H)金刚石车床。
金刚石车床的价格十分昂贵,而且还不断提高。以MSG 325型车床为例,在80年代初每台价为30~40万美元,而到了90年代初每台价已升高到将近100万美
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