数控加工光学非球面技术研究

摘要非球面光学零件可以获得球面光学零件无可比拟的良好的成像质量，在光学系统中能够很好的矫正多种像差，改善成像质量，提高系统鉴别能力，它能以一个或几个非球面零件代替多个球面零件，从而简化仪器结构，降低成本并有效的减轻仪器重量。

可广泛应用于各种现代光电子产品，几乎在所有的工程应用领域中，无论是现代国防科技技术领域，还是普通的工业领域都有着广泛的应用前景，开展光学玻璃非球面零件的高精密光学技术研究具有重要的理论意义和现实指导意义。

本次设计研究内容为非球曲面的超精密加工系统的研究，非球曲面的超精密加工工艺的研究。

重点内容是非球曲面加工超精密磨削装置的设计，主要为砂轮主轴装置的选取，中心高位调机构的设计，各个运动的传动设计以及砂轮运动轨迹的分析。

在研究过程中详细的分析了影响零件加工精度的各种主要因素并提出相应的控制措施，尤其是对非球曲面的磨削加工设备进行详细设计，并简要分析了非球曲面加工机床的数控及伺服控制系统等。

关键词：非球曲面；超精密加工；微调机构；金刚石砂轮AbstractThe aspheric optical parts can get good image quality, good optical system correction of various aberrations, to improve the image quality, and improve the system ability to identify it to one or several non-spherical spherical optical parts unparalleledparts instead of a number of spherical parts, thus simplifying the instrument structure, reduce costs and reduce instrument weight. It’s widely used in many realms, such as national defense, machine chemical and aviation. It’s very useful to develop the grinding theory and important practical significance to study the high precision grinding methods about the optical glass aspheric surface parts. This article discussed in the ultra-precision grinder, the CNC operation program,and the aspheric surface optics parts’grinding craft. The center height micro-adjusting mechanism and the drive system. In the process of the research, we analysis it detailed that the main factor influence the process precision of the parts, and make something to solve it, especially for the precision grinding equipments, and analysis it simplify for the precision machine tool for aspheric surface optics parts and the servo-control system and the other technology.Key words: the aspheric surface; ultra-precision machining; the micro-adjusting mechanism; diamond wheel目录摘要 (I)目录 (III)第1章绪论 (1)1.1非球面加工的优点和意义 (1)1.2非球曲面研究概述 (1)1.2.1 非球面的定义 (1)1.2.2 非球面应用领域 (2)1.2.3 非球曲面加工技术近年来发展概况 (2)1.2.4 非球曲面加工的发展趋势和研究方向 (4)1.3 非球面光学零件材料及其加工方法 (4)1.3.1 计算机数控单点金刚石技术（SPDT） (5)1.3.2 超精密磨削技术 (5)1.3.3 计算机控制光学表面成型（CCOS）技术 (5)1.3.4 光学玻璃模压成型技术 (6)1.3.5 光学塑料成型技术 (6)1.3.6 其他非球面加工技术 (6)1.4非球面精密磨削加工理论 (6)1.4.1 微量加工理论 (7)1.4.2 脆性材料的延性域磨削 (8)第2章超精密非球面加工方案选择及误差分析 (10)2.1 超精密非球曲面磨床的总体布局 (10)2.1.1 空气主轴系统 (10)2.1.2 伺服进给系统 (11)2.1.3 微位移测量系统 (11)2.1.4 中心高微调系统 (11)2.1.5 数控系统 (11)2.2 非球曲面磨削方案的确定 (12)2.2.1加工零件的技术参数 (13)2.2.2 非球曲面磨削方案确定 (13)2.3 加工误差分析 (14)2.3.1 中心高微调机构对零件加工精度的影响 (15)2.3.2 在X轴上砂轮安装误差对零件加工精度的影响 (17)2.3.3 砂轮半径误差对零件加工精度的影响 (18)2.3.4 X∆综合作用时对零件面形精度的影响 (19)∆及R第3章非球面磨削装置设计 (21)3.1 超精密加工的关键技术 (21)3.1.1 超精密主轴 (21)3.1.2 超精密导轨 (21)3.1.3 传动系统 (22)3.1.4 超精密刀具 (22)3.1.5 超精密加工其他技术 (23)3.2 传动系统设计 (23)3.2.1 磨削参数的计算 (23)3.2.2 导轨的整体设计 (24)3.2.3 传动参数的计算 (25)3.3 磨削系统设计 (25)3.3.1 系统结构设计 (26)3.3.1 中心高微调机构设计 (27)3.3.2 砂轮主轴的选择 (28)结论 (31)致谢 (32)参考文献 (33)CONTENTSAbstract (I)CONTENTS (III)Capter 1 Introduction (1)1.1 The meaning of the processing of aspheric surface (1)1.2 The introuduction of the aspheric surface’s research (1)1.2.1 Definition of aspheric surface (1)1.2.2 Application of aspheric surface (2)1.2.3 The development of aspheric surface in recent years (2)1.2.4 Aspheric pricesssing trends and research directions (4)1.3 The parts’ material and the processing method (4)1.3.1 Computer-controlled single-point diamond technology（SPDT） (5)1.3.2 Ultra-precision grinding technology (5)1.3.3 Computer Controlled Optical Surfacing（CCOS） (5)1.3.4 Optical glass compression molding technology (6)1.3.5Optical plastic molding technology (6)1.3.6 Other processing technology (6)1.4Aspheric surface precision grinding theory (6)1.4.1 Trace processing theory (8)1.4.2 Ductile-regime grinding of brittle materials (8)Capter 2 Ultra-precision aspheric processing alternatives and error analysis.. 102.1 Ultra precision aspherical surface grinding machine layout (10)2.1.1 Air spindle system (10)2.1.2 S ervo feed system (11)2.1.3 Micro-displacement measurement system (11)2.1.4 Center high tuning system (11)2.1.5 Numerical control system (11)2.2 Aspherical surface grinding scheme (12)2.2.1 Processing part of the technical parameters (13)2.2.2 Aspherical surface grinding scheme (13)2.3 Processing error analysis (14)2.3.1 Center high fine-tuning mechanism on the impact of cuttingaccuracy (15)2.3.2 In the X axis on the wheel on the impact of cutting accuracy (17)2.3.3 Wheel radius error on the part of machining precision (18)2.3.4 Both X∆on the part (19)∆and RCapter3 Aspheric tooling design (21)3.1 Ultra-precision machining technology (21)3.1.1 Ultra-precision spindle (21)3.1.2 Ultra-precision guide (21)3.1.3 Drive system (22)3.1.4 Ultra-precision cutter (22)3.1.5 Other technology (23)3.2 Transmission System Designing (23)3.2.1 Grinding parameters (23)3.2.2 The overall design of the Rails (24)3.2.3 Calculation of transmission parameters (25)3.3 Grinding systems design (25)3.3.1 System architecture design (26)3.3.1 Center high micro-adjusting mechanism design (27)3.3.2 Wheel spindle design (28)Conclusion (31)Thanks (32)References (33)第1章绪论1.1非球曲面加工的意义和优点非球面技术应用于光学零件，相对于球面而言，具有许多优点，它可以消除球面镜片在光传递过程中产生的球差、慧差、像散、场曲及畸变等诸多不利因素，减少光能损失，从而获得高质量的图像效果和高品质的光学特征。

大型光学非球面超精密磨削关键技术的研究近年来，随着科技的不断进步和人们对光学器件精度要求的不断提高，大型光学非球面超精密磨削技术逐渐成为光学领域的研究热点。

本文将从材料选择、加工工艺、设备要求等方面，探讨大型光学非球面超精密磨削关键技术的研究。

一、材料选择大型光学非球面超精密磨削的材料选择是关键。

材料的硬度、抗磨性、热膨胀系数等性能直接影响到磨削的效果和加工的精度。

常见的材料有玻璃、石英、陶瓷等。

在选择材料时，需要充分考虑材料的性能特点，以及光学器件的具体用途和要求。

二、加工工艺大型光学非球面超精密磨削的加工工艺也是研究的重点之一。

传统的磨削方法往往存在加工效率低、加工精度难以保证等问题。

因此，研究人员提出了一系列新的加工工艺，如离子束磨削、激光磨削等。

这些新的加工工艺在提高加工效率的同时，也能够保证加工精度的要求。

三、设备要求大型光学非球面超精密磨削对设备的要求非常高。

首先，需要具备高精度的磨削设备，以保证加工的精度和表面质量。

其次，还需要具备稳定的控制系统，以实现对加工过程的精确控制。

此外，为了提高加工效率，还需要具备快速换刀系统和自动化控制系统等。

四、精密度的控制大型光学非球面超精密磨削的关键技术之一是精密度的控制。

在整个加工过程中，需要通过精确的控制系统对加工参数进行调整，以实现对加工精度的控制。

同时，还需要进行精确的测量和检测，以及对加工过程中的误差进行补偿，以确保加工的精度和表面质量。

五、表面质量的评估大型光学非球面超精密磨削的表面质量评估也是研究的重点之一。

表面质量的评估可以通过光学测量仪器进行，如干涉仪、扫描电子显微镜等。

通过对加工后的光学器件进行表面质量评估，可以及时发现加工过程中存在的问题，并进行调整和改进。

大型光学非球面超精密磨削关键技术的研究涉及材料选择、加工工艺、设备要求、精密度的控制以及表面质量的评估等方面。

通过对这些关键技术的研究，可以提高大型光学非球面超精密磨削的加工精度和效率，满足人们对光学器件精度要求的不断提高。

数控加工光学非球面技术的研究The Aspheric optics processing technologystudies CNC摘要自从非球面加工技术出现以来，至今几百年来采用的加工方法已有50多种，传统的加工方法虽然能达到较高的精度，但这种加工方法加工效率低、重复精度差。

在最近几年出现的数控加工光学非球面技术大大解决了传统加工方法存在的缺陷。

它提高了加工精度和加工质量、缩短了产品研制周期等。

在诸如航空工业、汽车工业等领域有着大量的应用。

由于生产实际的强烈需求，国内外都对数控加工技术进行了广泛的研究，并取得了丰硕成果。

本文将简单的介绍一些非球面和数控机床的理论知识，传统加工非球面技术。

最后重点介绍数控加工光学非球面技术。

关键词: 数控加工非球面抛光技术计算机控制ABSTRACTSince the emergence of non-spherical processing technology ,about 50 methods in the optical processing have been used. Although traditional processing methods can achieve high accuracy, this processing method has processing inefficiency and poor repeatability precision . In recent years the NC aspheric optics technology greatly solve the traditional processing methods flawed. It improves processing accuracy and processing quality, and shorten the product development cycle and so on. A large number of applications has been found in some areas such like the aviation industry, and the auto industry. Because of the strong demand, Home and Abroad are on the NC machining techniques for a wide range of research, and achieved fruitful results.This paper will briefly introduces some technology of the Non-spherical and NC machine tools and the traditional processing.And highlights NC aspheric optical processing technology in the last part.Keywords : CN Aspheric optics Polishing Technology CCOS目录第一章绪论 (1)1.1研究的目的和意义 (1)1.2国内外发展现状 (1)第二章非球面的理论基础 (3)2.1非球面的优缺点 (3)2.2非球面的数学表达式 (3)2.3非球面的加工方法 (4)2.4传统加工非球面技术 (5)2.5光学非球面的检验 (7)第三章数控机床的介绍 (10)3.1数控机床的发展概况 (10)3.2数控机床的结构和特点 (10)第四章非球面的数控加工技术 (14)4.1常见的计算机控制抛光技术 (14)4.2计算机数控研磨和抛光技术 (15)4.3数控抛光技术中工艺参数选择 (19)4.4数控加工技术的检验 (20)4.5阴影法检验非球面 (22)4.6数控加工非球面实例 (23)结论 (25)参考文献 (26)致谢 (27)第一章绪论1.1研究的目的和意义自从1638年法国学者笛卡儿第一个提出凸面是椭圆面，凹面是球面的无球差非球面透镜，各国公司都进行了大量的非球面透镜技术研究和开发，但加工精度不高。

非球面加工工艺实验研究朱振涛，于正林（长春理工大学机电工程学院，长春130022）摘要：由于非球面零件本身的特殊性和复杂性，较球面零件加工更加困难。

基于自主研发的切线法数控成形非球面机床，分析加工零件表面精度的影响因素。

采用单因素法分别对砂轮参数、冷却液影响因素进行分析，着重分析砂轮磨损和磨轮转速误差。

严格控制加工过程中所产生的误差，避免由于过多误差影响最终零件的面形精度和表面粗糙度，优化工艺流程。

关键词：非球面；数控机床；表面精度；工艺流程中图分类号:TH706文献标志码:粤文章编号：员园园圆原圆猿猿猿（圆园员9）03原园017原园3 Experimental Research on the Processing Technology of Aspheric SurfaceZHU Zhentao,YU Zhenglin（Changchun University of Science and Technology,Changchun130022,China）Abstract:Due to its particularity and complexity,it is more difficult to process aspherical parts than spherical parts. Based on the self-developed tangent NC forming aspherical machine tool,this paper analyzes the influencing factors of the surface precision of the machined parts.The single factor method is used to analyze the parameters of the grinding wheel and the coolant.The grinding wheel wear and the grinding wheel speed error are analyzed.The errors generated during the machining process are strictly controlled to avoid the surface accuracy and surface roughness of the final part due to excessive errors,and the process flow is optimized.Keywords:aspherical surface;NC machine tool;surface accuracy;process flow0引言近些年来，非球面光学零件凭借自身的光学特性和无与伦比的成像效果，使其在军事、民用和航天等领域成为不可或缺的光学器件。

影响方形非球面光学元件加工精度的工艺研究本文主要对方形非球面光学元件的再加工检测过程中进行了试验和研究，并且分析了影响到加工精度产生误差的原因。

对于方形非球面光学元件的精密磨削过程来说，是能够检测出工程技术的关键步骤，是直接关系着方形非球面光学元件精度，能够体现工程的好坏。

本文通过对方形非球面光学元件在加工中各个工件旋转轴（A，B，X，Y，C）等不同轴的速度与位置进行了精确的检测，并且对以上轴速与轴距做出了一定的调整，目的是为了更好更加顺利的完成对方形非球面光学元件的加工与检测，对工艺的改造不仅能够实现方形非球面光学元件的精密磨削，还能够满足设计提出的相关要求，更好的提升元器件的精密品质。

标签：方形非球面;磨削精度;影响;工艺研究0 引言虽然近年来我国市场经济一直处于高速发展的阶段，但是我国对于方形非球面光学元件的加工起步较晚，工艺依然只是处于初级阶段，在工艺技术上还无法与国外起步较早的国家相提并论，且自身存在着加工精度低，生产效率低等影响。

对于整个加工方形非球面光学元件的加工精度的主要影响因素就是在生产过程中的检测问题。

对于方形非球面的加工过程一般是有三个步骤即：元件成型、元件精磨、元件抛光。

在这三个步骤中尤其是在精磨阶段的时候，需要对其精度有着严格的把控这样才能够制作成精磨的元件。

因此需要在精磨的过程中需要加入数据测量来对其进行指导补偿加工，需要反复的进行加工——检测——再加工——再检测，才能够达到最终精密的加工要求。

1 对于方形非球面系统的加工原理介绍对于在非球面光学元件的高精度加工磨削过程中，可以使用圆弧砂轮、平面砂轮、球面砂轮等砂轮进行加工。

但是对于各个砂轮有着不同的应用，如平面砂轮只能够加工凸面非球面光学元件，如果在凹面非球面加工过程中使用的是平面砂轮那么会对生产的精度产生一定的影响与干涉，最终造成对生产精度影响，致使工程制作达不到标准。

对于凹面非球面光学元件的加工只能使用圆弧砂轮来对其进行打磨。

国内外非球面光学零件超精密加工技术现状四：非球面零件超精密切削加工技术美国UnionCarbide公司于1972年研制成功了R―θ方式的非球面创成加工机床。

这是一台具有位置反馈的双坐标数控车床，可实时改变刀座导轨的转角θ和半径R，实现非球面的镜面加工。

加工直径达φ380mm，加工工件的外形精度为±0.63μm，表面粗糙度为Ra0.025μm。

摩尔公司于1980年首先开发出了用3个坐标控制的M―18AG非球面加工机床，这种机床可加工直径356mm的各种非球面的金属反射镜。

英国RankPneumo公司于1980年向市场推出了利用激光反馈控制的两轴联动加工机床(MSG―325)，该机床可加工直径为350mm的非球面金属反射镜，加工工件外形精度达0.25-0.5μm，表面粗糙度Ra在0.01-0.025μm之间。

随后又推出了ASG2500、ASG2500T、Nanoform300等机床，该公司又在上述机床的基础上，于1990年开发出Nanoform600，该机床能加工直径为600mm的非球面反射镜，加工工件的外形精度优于0．1μm，表面粗糙度优于0.01μm。

代表当今员高水平的超精密金刚石车床是美国劳伦斯．利弗莫尔(LLNL)实验室于1984年研制成功的LODTM，它可加工直径达2100mm，重达4500kg的工件其加工精度可达0.25μm，表面粗糙度Ra0.0076μm，该机床可加工平面、球面及非球面，主要用于加工激光核聚变工程所需的零件、红外线装置用的零件和大型天体反射镜等。

英国Cranfield大学精密工程研究所(CUPE)研制的大型超精密金刚右镜面切削机床，可以加工大型X射线天体看远镜用的非球面反射镜(最大直径可达1400mm，最大长度为600mm的圆锥镜)。

该研究所还研制成功了可以加工用于X射线看远镜内侧回转抛物面和外侧回转双曲面反射镜的金刚石切削机床。

日本开发的超精密加工机床主要是用于加工民用产品所需的透镜和反射镜，目前日本制造的加工机床有：东芝机械研制的ULG―l00A(H)不二越公司的ASP―L15、丰田工机的AHN10、AHN30×25、AHN60―3D非球面加工机床等。

非球面光刻机光学元件的设计与优化在现代电子科技领域，光刻技术被广泛应用于半导体芯片制造过程中。

而在光刻机的核心部件光学元件中，非球面光刻机光学元件的设计与优化成为了一项重要的研究课题。

本文将针对非球面光刻机光学元件进行深入探讨，并介绍其设计与优化方法。

首先，我们先来了解一下非球面光刻机光学元件的基本原理。

非球面光学元件是一种曲面形状不规则的光学元件，与传统的球面光学元件相比，具有更好的成像质量和更小的像差。

它通过曲面形状的优化，可以更好地纠正光斑的形状和光强的均匀性，提高光刻图形的分辨率和精度。

在非球面光学元件的设计与优化过程中，首先需要确定所需的成像要求。

根据成像要求，可以选择不同的非球面曲线形状，并进行光学参数的计算和模拟。

常见的非球面曲线形状包括抛物面、椭球面、双曲面等。

其中，抛物面具有平行光束成像于其焦点的特性，椭球面可以实现某一方向的平行光束成像于其焦点，而双曲面则可以实现平行光束成像为消散点。

在设计过程中，需要考虑到非球面光学元件的制造成本、加工难度和实际应用的可行性。

通过光学优化软件进行模拟和分析，可以辅助确定最佳的非球面曲线形状和参数，以实现所需的光学性能，并且使得元件在制造和使用过程中具有更好的稳定性和可靠性。

除了形状的设计，还需要考虑材料的选择与加工工艺。

非球面光学元件的材料通常选择高折射率的光学玻璃，具有良好的透过性和抗光学疲劳性能。

在加工工艺上，常见的方法包括机械加工、磨削和抛光等。

对于非球面光学元件的制造，高精度的加工和表面处理是非常关键的，可以通过现代先进的加工设备和技术来实现。

为了优化非球面光刻机光学元件的性能，除了形状和材料的选择外，还可以进行光学系统的优化调整。

例如，可以采用多个非球面光学元件组合的方式来实现特定的光学效果，如加大焦距、增加光刻深度等。

此外，还可以通过光学镀膜技术来改善非球面光学元件的透射效率和反射性能。

光学镀膜可以增强光学元件的表面硬度、耐腐蚀能力，并且可以实现特定的光学性能，如增加透过率或降低反射率。

φ64mm玻璃非球面的数控加工与检验的开题报告
一、研究背景
随着科学技术的不断发展，人们对高精度光学元件的需求不断增加。

因此，数控加工技术应运而生并逐渐成熟，成为制造高精度光学元件的
重要工艺之一。

而对于非球面光学元件来说，其形状十分复杂，传统的
加工方法已经无法满足其要求，因此需要借助数控加工技术来完成。

本文以φ64mm玻璃非球面为研究对象，旨在探讨其数控加工和检验技术的应用。

二、研究内容和主要研究方法
1.数控加工技术研究：
（1）非球面数控加工的基本原理、加工路径规划方法和加工参数设置。

（2）数控加工设备的结构组成、基本操作及加工程序编程技术。

2.非球面光学元件检验技术研究：
（1）非球面光学元件的形状误差、表面粗糙度和波前畸变的测量方法。

（2）检验设备的结构组成、基本操作及检验程序编程技术。

三、预期的研究成果
1.成功设计和加工φ64mm玻璃非球面光学元件。

2.建立φ64mm玻璃非球面光学元件的数控加工和检验技术体系。

3.完成φ64mm玻璃非球面光学元件的实验验证和应用研究。

四、研究意义和应用前景
本文研究的非球面光学元件是高精度光学元件中的一种，其具有广泛的应用场景，如激光测量、光学通信、光学成像等。

通过研究数控加工和检验技术，可以提高非球面光学元件的制造精度和生产效率，为工业生产和科学研究提供有力的支持。

非球面透镜的制造与应用技术研究透镜作为光学器件的重要组成部分，广泛应用于光学仪器、摄影、眼镜等领域。

传统的透镜通常是球面透镜，但是球面透镜在成像质量和光学性能方面存在一定的局限性。

为了克服这些局限性，非球面透镜应运而生。

本文将探讨非球面透镜的制造与应用技术研究。

一、非球面透镜的制造技术非球面透镜的制造需要先进的加工设备和精密的加工工艺。

目前，常见的非球面透镜制造技术主要有以下几种。

1. 精密加工技术：利用数控机床和磨削技术，对透镜进行精密加工。

这种技术能够实现高精度的透镜制造，但是加工周期较长，成本较高。

2. 激光加工技术：利用激光束对透镜进行加工。

激光加工技术具有高效、灵活的特点，可以实现复杂形状的非球面透镜制造。

但是激光加工设备的成本较高，需要专业技术人员进行操作。

3. 压制成型技术：利用高温和高压对透镜进行成型。

这种技术可以快速制造大量的非球面透镜，但是成型精度相对较低。

以上是非球面透镜制造的几种常见技术，不同的技术适用于不同的应用场景。

制造非球面透镜需要综合考虑成本、加工周期和成型精度等因素。

二、非球面透镜的应用技术研究非球面透镜相比于球面透镜具有更好的光学性能和成像质量，因此在许多领域都得到了广泛的应用。

1. 光学仪器：非球面透镜在光学仪器中的应用非常广泛。

例如，在望远镜中，非球面透镜可以有效地减少球差和像散，提高成像质量。

在显微镜和激光器等光学仪器中，非球面透镜可以用于调节光路和改善成像效果。

2. 摄影：非球面透镜在摄影领域的应用也越来越广泛。

通过使用非球面透镜，摄影师可以实现更好的景深效果和更准确的对焦。

同时，非球面透镜还可以减少畸变和散光，提高照片的质量。

3. 眼镜：非球面透镜在眼镜领域的应用主要是为了矫正视力问题。

通过使用非球面透镜，眼镜可以更准确地矫正近视、远视和散光等视力问题，提高佩戴者的视觉体验。

除了以上应用领域，非球面透镜还在激光加工、光通信、医疗器械等领域有着重要的应用价值。

光学非球面先进制造关键技术的探讨
光学非球面先进制造关键技术是光学领域的一个新领域，它已经成功应用于多
种领域OK。

要想实现光学非球面先进制造关键技术，必须从理论到工艺实施等方
面都考虑到。

首先，在理论上，需要熟悉基础知识，例如像素阵列的光学技术、怎样在硬信
息和软信息（虚拟信息）之间传输信息等等。

同时，还要特别注意，此项技术的理论基础还比较薄弱，实际应用中也会出现很多新问题，需要时刻谨慎，多思考问题。

其次，到了实现阶段，就需要借助合理的工艺及设备，解决制作出精度要求高、参数范围宽的光学非球面先进结构产品。

这一步骤必须在制定精确的工艺流程及技术参数的基础上，全程监控并调整每一步的制作关键技术；同时，还要对复杂工艺进行全程控制，尤其是在调节环境变量这一方面，要充分考虑可能存在的随时变化，以确保制造出的光学特性符合预期。

最后，制造出的光学非球面先进结构产品，要对其光学参数逐项进行检测、比对；优化工艺，确保制作出的光学非球面先进结构达到设计要求。

从现有技术看，光学非球面先进制造关键技术确实不容易，只有经过理论上精
心构思，工艺及设备精益求精，甚至是多方交流，方能把光学非球面先进制造关键技术发挥出更大的价值。

非球面研究是光学设计和制造领域中的一个重要方向。

非球面表面相对于传统的球面表面具有更灵活的光学设计和更广泛的应用。

以下是国内外非球面研究的一些主要现状：
国内非球面研究现状：
1. 科研机构和企业：中国的一些光学研究院、大学光学研究团队以及一些光学制造企业在非球面技术研究方面取得了一些成果。

例如，中国科学院光电研究院、清华大学等都有相关研究团队。

2. 军事应用：在军事光学系统中，非球面光学元件的应用也相当广泛，如在航空、航天等领域。

国外非球面研究现状：
1. 研究领域：国外的一些先进光学研究机构致力于非球面光学系统的设计、制造和应用。

美国、欧洲、日本等地的大学和研究机构在非球面研究方面都有重要的贡献。

2. 行业应用：非球面技术在行业中得到广泛应用，包括激光系统、成像系统、光学通信系统等。

特别是在高精度光学仪器、光学元件制造方面，非球面技术的应用已经成为提高光学系统性能的重要手段。

3. 软件工具：光学设计软件在非球面设计中发挥着关键作用。

例如，Zemax、CODE V等光学设计软件提供了强大的非球面设计和优化工具，使工程师能够更灵活地设计非球面光学系统。

4. 制造技术：先进的制造技术，包括数控加工、精密抛光、电解加工等，对于制造高精度的非球面光学元件也发挥了重要作用。

总体而言，非球面研究在国内外都是一个活跃的领域，其应用涵盖了广泛的科学、工程和军事领域。

由于技术的不断进步和应用领域的拓展，非球面研究在未来仍将持续发展。

光学非球面技术原理与加工技术光学非球面的定义广义来说，非球面是不包括球面和平面的其他表面。

从应用的角度来说，非球面可以分成轴对称的非球面、具有两个对称面的非球面、没有对称性的自由曲面。

非球面分类通常把非球面分成二次非球面和高次非球面。

二次非球面在光学系统当中应用最广，相对于其他类型的非球面有着特殊的位置。

二次非球面又可以分为：有一对无像差点的非球面和没有无像差点的非球面。

前者广泛应用于各种光学仪器当中，是最常见的非球面。

后者广泛应用在形成变形像的光学系统当中。

高次非球面可以分成单调子午曲线的表面和非单调表面。

非球面分类如图1所示。

图1. 光学非球面的分类自由曲面自由曲面的一般表达式：Z=∑A ij XiYj i,j=0,1,2……n。

对于此类自由曲面虽已失去了非球面轴对称的特点，但仍是围绕着一个坐标原点有规律展开的。

现对还是有规律可循的。

另有一类仅能用三维点位坐标来定义的复杂自由曲面，广泛地被应用在渐进多焦点眼镜中，以实现光焦度按特定规律分布的目的。

技术原理非球面透镜，曲率半径随着中心轴而变化，用以改进光学品质，减少光学元件，降低设计成本。

非球面透镜相对于球面透镜具有独特的优势，因此在光学仪器、图像、光电子工业得到了广泛的应用，例如数码相机、CD播放器、高端显微仪器。

对比优势a. 球差校准非球面透镜用以替换球面透镜，最显著的优势在于可以修正球面透镜在准直和聚焦系统中所带来的球差。

通过调整曲面常数和非球面系数，非球面透镜可以最大限度的消除球差。

非球面透镜（光线汇聚到同一点，提供光学品质），基本上消除了球面透镜所产生的球差（光线汇聚到不同点，导致成像模糊）。

采用三片球面透镜，增大有效焦距，用于消除球差。

但是，一片非球面透镜（高数值孔径，短焦距）就可以实现，并且简化系统设计和提供光的透过率。

图2. 消球差非球面透镜b. 系统优势非球面透镜简化了光学工程师为了提高光学品质所涉及的元素，同时提高了系统的稳定性。

LOH SP120数控非球面生产线工程应用研究的开题报告一、研究背景及意义非球面透镜是指在光学系统中不是球面的透镜，其具有更大的自由度和更高的功能，可以满足更加复杂的光学需求。

目前，非球面透镜已经被广泛应用于半导体制造、航天器制造、医学影像等领域中。

然而，非球面透镜的加工制造难度巨大，需要高精度的数控机床来完成加工制造。

而传统的数控机床往往无法满足非球面透镜制造的高精度和高效率需求，因此研发一种新型的数控机床来加工非球面透镜成为了一个重要的研究课题。

在此背景下，本文选择了LOH SP120数控非球面生产线为研究对象，通过对该生产线进行技术分析和实验研究，旨在探索如何利用该生产线来完成高精度和高效率的非球面透镜加工制造。

本研究对于提高我国非球面透镜加工制造水平具有重要的意义。

二、研究内容和方法本研究将采用实验研究和理论分析相结合的方法。

具体来说，研究内容如下：1. 技术分析：通过对LOH SP120数控非球面生产线的技术特点、加工能力和应用范围等方面进行深入的分析和研究，为后续的实验研究提供必要的支持和指导。

2. 实验设计：基于实际的加工需求，设计一系列非球面透镜加工试验，探索如何利用LOH SP120数控非球面生产线来完成高精度和高效率的非球面透镜加工制造。

3. 数据分析：通过对实验数据的收集和分析，探索LOH SP120数控非球面生产线的加工精度、加工效率和加工特性等方面的问题，为后续的应用提供必要的参考和指导。

三、预期成果和意义本研究的预期成果包括：（1）对LOH SP120数控非球面生产线的技术特点和加工应用进行深入分析，为非球面透镜加工制造提供技术支持和指导；（2）探索利用LOH SP120数控非球面生产线完成非球面透镜加工制造的方法，提高非球面透镜加工制造的精度和效率；（3）对LOH SP120数控非球面生产线的加工特性进行深入探究，为后续的应用提供必要的参考和指导。

本研究的意义在于：（1）提高我国非球面透镜加工制造水平，推动非球面透镜的应用和发展；（2）为机械加工领域提供一种新型的数控机床解决方案，具有一定的推广和应用价值。