大口徑光學非球面超精密磨削裝備與技術*

（廈門大學航空航天學院，廈門 361102）

大口徑光學元件通常包括平面、非球面、離軸非球面、楔形非球面等類型[1]。在航空航天、醫療影像設備、軍事光學系統、激光核聚變裝置等先進制造領域，非球面光學元件展現出其獨特的優勢：簡化儀器結構、減少光能損失、獲得更好的光學效果等[2]。因其重要的戰略地位與國家光學工程應用需求的不斷提升，大口徑非球面光學元件的制造也顯現出大型化、高精度、高效率等特點[3]。

加工設備的性能是影響大口徑光學元件面型精度、表面質量的關鍵因素。因此，如何開發出高性能的機床設備，是當前國內外的主要研究方向之一。國外發達國家在該領域的研究起步較早，目前已在相關領域取得了很大進展。英國Cranfield 大學研制的OAGM2500大型超精密磨床可加工最大為2.5m×2.5m 的工件，平面加工精度達到1μm。美國Precitech 公司生產的Nanoform X 機床最大可加工工件的直徑為440mm，加工后面形精度PV值<0.1μm；Lawrence Livermore 國家實驗室研制的LODTM 機床具備精度達28nm 的超高加工水平[4–5]。日本Fanuc 公司的ROBONANO α–0iB 五軸超精密機床回轉精度為0.05μm，加工得到的工件表面粗糙度可達2.36nm[5–6]。國內方面，代表性的主要有航空工業精密所、哈爾濱工業大學、廈門大學等科研機構。航空工業精密所研制的Nanosys–300 超精密復合加工機床、北京機床研究所研制的NAM–800 機床均有著較為優越的加工性能。哈爾濱工業大學從超精密機床多尺度方法、設計理論等方面出發，研制出多臺超精密加工設備[7–9]。廈門大學研制了MK7160 和2MK1760 大尺寸矩形光學平面精密磨床，其工作臺加工范圍為800mm×600mm，各軸分辨率達0.1μm[10]。而在加工工藝方面，廈門大學開發了光學非球面的計算機輔助制造工藝軟件[11]。

總體來說，國內在大口徑光學超精密加工機床領域已取得較大進步，但由于技術封鎖等原因，國內的研究進展仍存在滯后性。隨著人們意識到大口徑光學元件在軍用和民用領域的巨大作用后，各方面的相關研究進程也在不斷加快，而其中對更大口徑的超精密光學磨床的需求尤為迫切。

因此，針對當前需求，課題組在自主研發的MK7160 和2MK1760平面磨床[2,10–12]的基礎上，進一步研發了高精度平面磨床UPG80。該機床具備更大口徑的加工性能與更先進的配套工藝技術，如液體靜壓支承技術、砂輪修整技術及智能監測系統等。……