本书针对小口径非球面光学元件制造，综述了小口径非球面纳米精度加工技术基础及发展概况，全面系统地总结了作者及其团队15年来在小口径非球面光学元件制造理论及技术方面的研究成果，主要内容包括：小口径非球面磨削、ELID磨削、单点金刚石车削、磁流变抛光、玻璃透镜模压成型及非球面形状在位测量等，以小口径光学模具制造及玻璃透镜模压技术为核心，结合具体实例介绍了上述有关工艺方法的实际应用。
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《21世纪先进制造技术丛书》序
序
前言
第1章 小口径非球面加工技术基础及发展概况 1
1.1 非球面的特点 1
1.2 小口径非球面的应用及其加工难点 3
1.3 小口径非球面加工技术发展现状 6
1.3.1 超精密磨削技术 6
1.3.2 小口径非球面抛光技术 10
1.3.3 非球面单点金刚石车削技术 15
1.3.4 光学玻璃模压成型技术 16
1.4 非球面加工机床 22
1.5 小口径非球面模压制造技术发展趋势 23
参考文献 24
第2章 小口径非球面磨削及误差补偿 34
2.1 小口径非球面磨削方式 34
2.1.1 直交轴磨削 34
2.1.2 平行磨削 35
2.1.3 单点斜轴磨削 35
2.2 小口径非球面磨削误差分析 37
2.2.1 砂轮Y向误差 37
2.2.2 砂轮X向误差 41
2.2.3 B轴角度误差 43
2.2.4 砂轮半径误差 47
2.2.5 砂轮磨损误差 50
2.2.6 X向、偏角、磨损与半径误差分离方法 51
2.3 小口径非球面磨削面形误差补偿方法 52
2.3.1 直接补偿法 52
2.3.2 法向磨削补偿法 53
2.4 小口径非球面磨削补偿加工实例 59
2.4.1 微粉砂轮的选用和修整 59
2.4.2 X、Z、B斜轴球面磨削补偿加工 61
2.4.3 碳化钨凹球面磨削补偿加工 63
2.4.4 碳化钨凹非球面磨削补偿加工 67
2.4.5 单晶硅凸非球面磨削补偿加工 74
2.5 非球面磨削补偿软件 78
2.5.1 软件的设计思想和总体结构 79
2.5.2 主界面控制模块 81
2.5.3 测量模块 82
2.5.4 数据处理与显示模块 83
2.5.5 仿真模块 90
2.5.6 修正代码处理模块 91
参考文献 92
第3章 小口径非球面ELID磨削 94
3.1 ELID磨削的基本原理 94
3.1.1 传统ELID磨削方式 94
3.1.2 非球面ELID磨削方式 96
3.2 小口径非球面喷嘴ELID磨削系统 99
3.3 小口径非球面喷嘴ELID磨削试验 101
3.3.1 无ELID磨削与喷嘴ELID磨削的对比试验 102
3.3.2 间歇式ELID磨削与喷嘴ELID磨削的对比试验 104
3.4 喷嘴ELID磨削电解机理分析 106
3.4.1 喷嘴ELID磨削氧化膜生成过程分析 107
3.4.2 喷嘴ELID磨削氧化膜作用机理分析 112
3.4.3 喷嘴ELID磨削生成的氧化膜厚度计算模型 113
参考文献 120
第4章 小口径非球面单点金刚石车削 122
4.1 小口径非球面超精密车削 122
4.1.1 传统的X、Z两轴联动单点金刚石车削 122
4.1.2 X、Z、B三轴联动固定点金刚石车削 123
4.1.3 两种车削方式加工结果分析 126
4.2 天然金刚石车刀 132
4.2.1 超精密切削对刀具的要求 132
4.2.2 金刚石的晶体结构 133
4.2.3 金刚石晶体各晶面的耐磨性 134
4.2.4 单晶金刚石刀具磨损形态和机理 135
4.2.5 超精密切削时刀具的磨损和耐用度 136
4.2.6 金刚石刀具的设计 136
4.3 B轴控制对非球面面形精度的影响 139
4.3.1 X、Z两轴联动金刚石车削平面基础试验 139
4.3.2 车刀圆弧切削刃面形误差对面形精度的影响 141
4.3.3 车刀磨损对面形精度的影响 162
4.3.4 X、Z、B三轴联动固定点金刚石车削加工的应用 174
4.4 B轴控制对工件表面粗糙度的影响 176
参考文献 179
第5章 小口径非球面抛光技术 183
5.1 小口径非球面斜轴抛光原理及去除机理 183
5.1.1 抛光原理 183
5.1.2 斜轴磁流变抛光去除机理 187
5.2 斜轴磁流变抛光头 190
5.3 碳化钨非球面磨抛组合加工 193
5.3.1 碳化钨非球面超精密磨削 193
5.3.2 碳化钨非球面斜轴磁流变抛光 198
5.4 不锈钢非球面车抛组合加工 201
5.4.1 不锈钢非球面超精密车削 201
5.4.2 不锈钢非球面斜轴磁流变抛光 203
5.5 碳化钨材料亚表面损伤及其检测 205
5.5.1 亚表面损伤产生机理及测试方法 205
5.5.2 碳化钨磨削亚表面损伤研究 207
5.5.3 玻璃磨削后亚表面损伤的去除 212
参考文献 213
第6章 小口径非球面玻璃透镜模压成型 215
6.1 模压成型用光学玻璃材料 215
6.1.1 玻璃材料的主要成分 215
6.1.2 玻璃材料的低熔点趋势 216
6.1.3 玻璃材料的环保趋势 216
6.1.4 光学玻璃的热机械性能 217
6.1.5 光学玻璃压型坯料 220
6.2 光学玻璃模压成型理论 221
6.2.1 玻璃材料属性的温度依赖性 221
6.2.2 界面接触的热传递 221
6.2.3 光学玻璃的黏弹性 223
6.2.4 光学玻璃的时-温等效性 223
6.2.5 黏弹性物理模型 224
6.2.6 结构松弛 226
6.3 非球面透镜模压成型工艺 227
6.3.1 非球面透镜模具的材料选择与设计 227
6.3.2 非球面玻璃透镜的模压成型试验用成型机 228
6.3.3 模压温度的选择 229
6.3.4 成型透镜的成型精度 230
6.4 残余应力的影响因素及仿真预测 232
6.4.1 玻璃模压成型的有限元分析 233
6.4.2 模压成型仿真预测模型的建立 234
6.4.3 应力分析的本构方程 234
6.4.4 加热阶段的分析 234
6.4.5 残余应力仿真分析 236
6.5 轮廓偏移量预测及补偿 241
6.5.1 轮廓偏移及结构松弛 241
6.5.2 模压成型参数对轮廓偏移量的影响 242
6.5.3 模压成型补偿技术 246
参考文献 251
第7章 非球面形状在位测量 253
7.1 非球面形状离线与在位测量 253
7.2 接触式气浮在位测量系统 254
7.2.1 在位测量装置 254
7.2.2 测量探针校正 255
7.2.3 在位测量过程 258
7.3 接触测量误差分析 259
7.3.1 测头曲率半径误差的影响 259
7.3.2 被测物对称轴半径方向误差的影响 260
7.3.3 被测物对称轴倾斜误差的影响 261
7.3.4 弹性变形产生的测量误差的影响 261
7.4 非球面接触测量数据处理 262
7.4.1 去噪处理 262
7.4.2 滤波处理 264
7.4.3 测量数据拟合处理 271
7.4.4 在位测量与离线测量对比 273
参考文献 275
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