大型非球面反射镜的柔性光学制造技术

　　1　引　言

　　柔性制造技术(Flexible Machining Technology, FMT)源于机械制造领域,其特点是使用计算机控制技术将物质流和信息流有机结合起来,以实现多种产品的自动化生产。相对于大批量生产采用的“刚性”技术来说,FMT能够高效率地实现多品种、小批量生产需求。FMT是集多种高技术为一体的综合技术,包括机床技术、电子技术、液压传动技术、控制技术以及计算机技术等等。目前,FMT已经远远超出了机械制造的概念而渗入到各种制造行业。在天文光学、空间光学等领域,大型高精度非球面反射镜的需求量不断增大,数控技术被引入到光学加工领域,引发了一场技术革新的浪潮,促进光学加工技术向多元化、自动化、柔性化方向发展。

　　2　柔性光学制造技术(FOMT)

　　在大型非球面反射镜加工领域,备受关注的新技术有计算机控制小工具抛光(CCOS)、计算机控制应力盘抛光(CCSL)、应力抛光(SP)、膜带(Membranes )工具抛光、离子束抛光和磁流变抛光等等。这些技术各有其鲜明的特点:CCOS由计算机控制比工件小得多的抛光模在被加工表面上运动;应力盘抛光采用的抛光盘在抛光过程中不断地产生实时变形,适配被加工表面,完成加工;应力抛光对工件按设计要求设置支承,施加应力使之变形,按光滑球面或平面进行加工,完成后再释放应力,从而产生所需的非球面;膜带工具抛光技术采用足够薄的膜带,通过背面的计算机控制驱动器施加需要的抛光压力。与上述四种接触式机械加工方法不同的是,离子束抛光则是采用非接触的物理去除方法即离子束对表面的轰击,而磁流变抛光则是在高压磁场作用下溶有抛光材料的磁流变抛光液的一种射流对表面的材料去除。

　　不难看出,这些技术有一个非常显著的共同点,即通过一定的方式形成合适的机械的或物理的“抛光模”,在被加工表面子口径范围内取得材料去除特性函数R(x,y),在整个加工表面移动R(x,y),通过计算机计算和控制驻留时间或抛光压力,以达到要求的材料去除分布。在这个过程中,由于数控(CNC)机床或数控设备是必不可少的,所以,抛光过程是一个自动控制过程。事实上,CCOS、离子束抛光和磁流变抛光过程是非常近似的,它们都是通过计算机控制一个很小的“磨头”在不同位置上的驻留时间,而且有着非常相似的去除特性函数R(x,y),不同的只是“抛光模”的性质。显然,无需大量地刚性更换加工设备和辅助工装与工具,仅主要通过部分地调整计算机数字控制程序,即可适应不同口径的不同方程和形状的大镜加工。所以,从有别于刚性自动化的角度来说,上述光学制造技术具有典型的“柔性”特征。