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【光学零件加工的柔性自动化技术】
作者:admin 来源:电子商务部

  

    近10多年来,计算机数控技术发展很快,已迅速被大多数工业加工行业所采用。目前,计算机数控的加工方法,特别是计算机数控加工中心已经被认为是增大加工的灵活性、提高工件加工的速度和质量的最基本的方法。在过去的年代里计算机数控技术在光学加工行业中的应用比较少,这几年已经引起了行业专家们的重视。
自1990年起,为满足军用光学系统目前和未来的需求,美国"陆军制造技术计划"支持发展新的技术。美陆军材料司令部投资700万美元在罗彻斯特大学建立起一个面积达1670m2的光学制造中心。该中心得到了美国精密光学制造协会和美国国防部的支持,其成员目前已有100来个。
建立光学制造中心的目的,是想通过引进以定型加工为基础的计算机数控加工机床,使劳动力密集型的光学加工技术迅速实现柔性自动化,从而改善美国在光学零件制造方面的能力,使美国工业的光学基础恢复元气。光学制造中心,通过和其成员之间的紧密联系,加快了新技术的开发步伐,不久便开发出了称之为光学自动化和管理(Opticam)的新光学加工技术。这种Opticam技术,以定型加工为基础,通过计算机数控机床和柔性工具,实现光学零件加工的柔性自动化。
1992年光学制造中心研制出了第1台型号为Opticam SM的加工系统,实现了光学零件在计算机数控机床上加工的梦想。该机床的工具轴为具有空气轴承的高速旋转轴,其线速达50m/s。工具为金属结合剂的金刚石环形磨轮,其粒度分别为20~10μm、12~6μm、4~2μm。在零件加工过程中,计算机控制进给,机械手更换夹具。该加工机床加工的光学零件其表面粗糙度(RMS)可达20nm以下,次表面的破坏层深度小于2μm。5分钟内面形精度可达1λ(PV值)。1993年该中心又推出了第2代设计产品Opticam SX加工系统。这是一种非常灵活的运动精度为亚微米级的5轴计算机数控精密加工中心。使用的工具为由烧结金刚石磨料制成的环形磨轮。磨轮的转速为10000转/min,工件轴的转速为200转/min。机床的定位精度为1μm,转角精度为1"。该系统能完成所有球面零件的粗磨、精磨、超精磨、定中心、磨边、倒角等加工工序。能加工直径为10~150mm的凹凸半球零件。加工出的光学零件的面形精度好于λ/3(P-V值),表面粗糙度的均方根值为3~10nm。目前这种Opticam机床已被12家光学零件制造厂使用,已生产出了可供标枪导弹、F-16飞机、目标捕获指示瞄准具/驾驶员夜视传感器和导弹寻的改进计划等用的光学元件。
Opticam技术的开发应用,极大的提高了光学加工的适应性和生产率,收益巨大。首先是,使光学零件加工摆脱了对熟练技术工人的依赖,工人不再需要进行长时间的培训。只要利用给与的工件加工参数,任何计算机数控机床操作员均能生产出符合要求的光学零件,而且可以100%的提高产量。因此,它完全能够应付因战争动员所造成的生产量骤增。其次是,不再为每种透镜配备专用的工具与夹具,从而使光学零件的加工费用得以降低。罗彻斯特大学光学制造中心,曾利用初步得到的数据将这种新技术与传统的光学加工方法作了比较,按保守估计得出的结论是,用新技术比用传统的技术要平均节省20%的费用。其三是,由于Opticam技术提供的柔性加工能力使在同一台机床上可以生产不同的光学零件,且很快就能拿出样品,所以可使光学元件加工的总周期缩短30~60%。


    为了进一步完善Opticam技术在光学加工领域的应用,在"陆军制作技术计划"的支持下,罗彻斯特大学的光学制造中心正潜心作如下方面的工作:
①针对Opticam SX加工系统加工出的玻璃透镜仍需通过一次抛光工序的加工,才能去除次表面的损伤和使表面粗糙度的均方根值小于2μm,正在研究原苏联人Belarus发明的磁流体精加工技术。现已研制出利用磁流体抛光技术的Opticam磁流体抛光样机和定型方法,下一步工作是研究确定磁流体抛光过程的特性和将其工作最佳化;
②研制价格便宜的、加工直径为2~50mm的透镜用的Opticam micro SX机床,将Opticam技术扩展到微型透镜加工领域。
③进行金刚石磨料刀具最佳化和改进冷却剂的研究。打算利用日本人发明的加工中电解整修技术,通过计算机控制电解去除研磨工具的粘结材料,在研磨中不断地进行金刚石研磨工具的整修。
④1996年,美国国防高级研究计划局启动新的600万美元的技术再投资计划,预将Opticam技术扩展到玻璃和易碎材料的非球面透镜的制造领域。光学制造中心正在进行这项工作的研究,打算通过将定型微研磨技术与磁流体抛光技术相结合的做法来实现这一计划。按计划1999年实现制作设备商品化。
     另外,罗彻斯特大学光学制作中心还开始了有关制造非轴对称和共形光学元件方法的研究,预将Opticam技术延伸到非径向对称元件的成形加工领域。

 

 

 

 

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