1下一代光学加工技术的研发

COM中心组建于1990年，它开发了许多能满足现代精密光学工业需要的先进加工系统。该中心于1993年建立了第一个商品化计算机控制光学加工中心—这是球面光学加工技术的一项重大突破。目前，该计算机控制球面光学加工中心可以为各种机器制造厂商提供服务，解决传统加工技术加工周期长和需要专门技术等问题。

计算机控制加工中心能提供具有恒定加工精度、提高加工能力和高经济效益的光学设备。与在传统机器上进行加工的周期时间相比，用计算机数控机器进行加工的周期大大地缩短，粗略估计周期时间减少了50%。而且，用cnc加工还具有不需要专门加工设备、研制周期短、产出率高以及使用cnc加工的操作者不需要是熟练的光学技术工人等优越性。

COM中心在其初始研究的基础上不断地创新并获得成就。该中心目前正在开发研究下一代非球面和共形:自由表面和几何形状=光学元件的加工制造技术，这将重新定义精密光学工业基础的加工能力。对下一代光学系统的要求已在1998年美国国家研究委员会报告《21世纪的光学与光学工程》中清楚而详细地得到了描述。该报告有如下描述：“适合于商业和军事应用的新型光学产品技术:成像、制导、信息系统、通信等=有赖于光学系统性能的进一步提高和费用的降低，这就要求光学加工能力有关键性的进展。”

2计算机辅助加工

为了达到这一目的，COM中心正在开发新的加工技术，以便经济而高效地加工生产球面、非球面和共形表面的光学零件，满足下一代光学系统性能的要求。COM中心新开发研究的加工技术，能排除工业生产成本对劳动密集性设备和熟练专业技术的依赖，同时能提供加速加工现代化的关键性技术。该中心首先进行了将计算机辅助工程技术应用于完整加工工艺的各基本单元的研究。具有知识程序设置和闭环校正软件模块的计算机辅助加工机将加工期间要执行的加工工艺和质量保证机构组合到一起。高精度加工，在机测量并实行闭环控制，将替代从前要求熟练手工操作的劳动密集型加工过程。当该系统全部研制成功后，将能提供加工处理零件所需要的全部信息，包括零件安装、刀具切削、数控加工指令和质量保证等。

3计算机控制精密研磨

计算机数控加工中心具有加工生产各种透镜的能力。加工出来的透镜表面粗糙度等级和表面局部损伤很低。在许多非成像系统和红外光学应用中，这些透镜可以不必抛光直接拿来使用。计算机控制决定精密研磨加工技术可以提高透镜研磨精度并降低研磨损伤。cnc设备的扩展加工能力为加工各种脆性材料开辟出一种可重复性和可预测性好的加工方法。已证实这种计算机控制精密研磨加工能获得很高等级的形状精度波峰谷和表面光洁度。采用这种技术，加工每个球面大约只用10min，这个成就是史无前例的。计算机控制决定精密研磨技术用于球面透镜的加工生产，显著地提高了光学工业的竞争能力。

4技术推广

COM中心的后继开发研究是把计算机控制加工和计算机控制精密研磨扩展到加工研磨非球面和共形自由光学表面。为了实现这种加工能力，COM中心成立了两个新的加工中心：非球面加工中心和自由表面加工中心。这两个加工中心已实现了宽光谱区的反射和折射光学零件的自动化生产。配有COM中心研制的加工机的（由美国新罕布什尔州公司制造商业加工中心具有为光学工业提供下一代非球面光学零件的加工能力。其超精加工系统能生成直径大至100mm的轴对称非球面光学表面。高性价比的非球面加工系统的开发研究，为工业非球面光学加工开辟了一个崭新的领域。非球面精密研磨机具有许多新的特点，它是一台双导向轴7液压静力导轨8、双转动心轴加工机。这两个心轴一个用于粗成形加工的精密滚珠轴承心轴；另一个是用于精成形加工空气轴承心轴。双心轴设计与先进控制和反馈系统组合能加工生产各种非球面光学表面，加工出来的表面几乎不要求后续抛光。精密研磨后，在零件从夹具上卸下来之前，用非机械式表面轮廓仪测量非球面表面形状。计算机把测量表面与操作人员输入的设计要求的非球面进行比较，如果形状误差较大有必要进行校正，计算机便会自动生成使机器执行的补偿刀具进刀程序，加工完成的非球面零件随时可以用公司生产的cnc系统进行精修加工。COM中心的另一个研究成果是新近完成的共形计算机精密研磨机。这种新的精密研磨机是一种计算机数控、多导向轴超精机械加工系统，它能加工任意形状7自由形状8的光学表面，加工包络面的尺寸在250mm范围内。共形光学零件的形状包括轴对称形和非轴对称形的各种光学零件，并且这些光学零件也可能是非球面、球面、圆柱面、圆锥面、衍射光学表面、平面和卵形表面等的组合。这种研磨机的另外一个优点是能把它的研磨头换下后安装固定上单点金刚石车削工具。这种加工系统除了具有多导向轴研磨和金刚石车削能力外，还具有自由形状扫栅研磨离轴部分的能力。在加工零件时不需要大幅度摆动，而在大幅度摆动条件下进行加工是不切合实际的。研磨机有许多新设计的性能，将这些新设计的性能与先进控制和反馈系统组合，能加工生产出各种光学表面，这些加工好的表面可以直接在公司生产的新型共形系统上进行抛光。

5磁流变精修抛光

随着计算机数控与精密研磨的发展，一种具有革命性的精密抛光新概念，称作磁流变精修抛光得到了发展。抛光技术提供一种不需要专门特殊加工工具的计算机控制的表面精修抛光方法。这种精抛光可以理解为，把磁流变7%*8流体作为传统软膏抛光加工中使用的刚性研磨工具的一种替代物。这种%*流体的形状能实时地加以变换和控制，因而可适用于抛光任何几何形状的光学零件。与传统非定形沥青或化合物抛光相比较，有许多值得注意的优点。抛光免除了传统抛光那种用沥青反复抛光的过程，也不需要用熟练工人和刚性研磨工具。公司最近研制出一种准备投产的系统，这是在抛光和精密成形加工高精度光学零件>非球面、球面和平板方面的一项突破。该系统在提高面形精度的同时还能消除局部面形损伤。9!!型加工系统能提高研磨光学零件或抛光光学零件的最终面形精度，而且只需几分钟。这种加工机非常适用于球面、非球面和平板光学零件的加工。

cnc加工要求输入两个函数：一个是“抛光工具”切削速率的机上测试函数；另一个是描述待抛光和校正光学零件的初始表面误差函数。利用这两个输入函数，机器软件为控制器产生一系列指令，在抛光加工周期时间

内，控制器将按指令置放透镜使其浸入磁流变流体。磁流变流体接触工件表面并且磁控制磁流变流体产生一个与光学零件表面共形的“亚孔径抛光磨具”。这种“亚孔径抛光磨具”永远不会变钝或者说锋锐度不会改变，这就是%*)抛光明显超过传统抛光的优点。由于沥青的滑移，抛光工具的形状在不断的改变，但这种抛光工具面形不会改变。

6下一代光学加工技术

支撑光学零件加工和误差精修是错综复杂的加工科学和加工过程工艺技术的开发研究项目。这些项目专门研究用于支撑这些新的加工技术要求的工具设备、加工方法、材料科学和测量技术等。COM中心的加工科学研究项目着重揭示材料特征参数、材料性质、环境条件和加工参数之间的复杂的相互作用。加工科学研究的主要目标是提高和扩大设备的加工能力和最优化生产能力，这是一个不断提高光学工业加工水平的研究项目。COM中心在工业、大学和政府部门之间建立了战略伙伴关系，在加速光学零件加工工业现代化方面已经取得很大成功。计算机辅助加工技术优于传统加工技术，可取得显著的经济效益。不但可保证在竞争生产中取胜，也将有力支持生产新型商品和军用光学产品。3$%中心将继续开发推进这项研究，以扩展现代化加工技术/为工厂增加新的加工能力。