（湖南工业职业技术学院，湖南 长沙 410082；

[摘 要] 红外透镜是决定战斗机中负责目标红外跟踪及探测的关键机载设备光电雷达的红外性能的重要部件。本文结合红外透镜镜面加工领域的技术资料和经验对镜面车削工艺进行了理论探讨，重点介绍了红外透镜加工中镜面车削的技术、设备和具体参数设置，在实际运用中可以为镜面车削领域的一线人员提供一定帮助。
[关键词] 红外透镜加工工艺，镜面车削
Research on Lens Turning Technology when Processing Infrared Lenses
WANG Yan Zheng Ying
(Hunan Industry Polytechnic,Changsha,410007,Hunan；
Guilin University of Technology,Guilin ,541004, Guangxi)
[Abstract] Infrared lens is one of important components of photoelectricity radar which is the key equipment responsible for infrared following up and surveying targets in a fighter plane. The article discusses the lens turning technology based on the technology materials and experience on the industry of infrared lenses processing, and focuses on the introduction of the technology, equipment and specific parameter setting of lens turning technology in the course of infrared lenses processing. The article is of assistance to practitioners in the field of lens turning.
[Key Words] Infrared lenses processing technology, lens turning

1.前言
光电雷达是战斗机中负责目标红外跟踪及探测的关键机载设备，其中的红外物镜部件是决定光电雷达红外性能的重要部件，主要由φ170及φ165规格两块红外中空透镜及相应的光机件组成。
计算机数控单点金刚石车削技术，是由美国国防科研机构于60年代率先开发、80年代得以推广应用的非球面光学零件加工技术。它是在超精密数控车床上，采用天然单晶金刚石刀具，在对机床和加工环境进行精确控制条件下，直接利用金刚石刀具单点车削加工出符合光学质量要求的非球面光学零件。该技术主要用于加工中小尺寸、中等批量的红外晶体和金属材料的光学零件，其特点是生产效率高、加工精度高、重复性好、适合批量生产、加工成本比传统的加工技术明显降低。计算机数控单点金刚石车削技术与镀硬碳膜工艺和环氧树脂复制技术相结合，可生产较为便宜的精密非球面反射镜和透镜。

2.概述红外透镜零件的特点

红外透镜为两块中空透镜，材料是氟化钙晶体，外形尺寸分别为φ170及φ165，外形如图一所示：
图一 氟化钙晶体红外透镜
两个零件外形共同特点为前表面为凹面，后表面为凸面，中心有一φ83的孔。其中φ165零件为正透镜，中间厚，边缘薄；φ170零件为负透镜，中心薄，边缘厚，凹面曲率半径R-119.67，不加余量情况下即仅φ164口径深度为32.51，这给加工带来了更大的难度。
光学方面要求零件抛光后的面形精度用φ40的样板检测为N=1，ΔN=0.5，面倾角χ=1′，表面疵病等级B=Ⅴ，即零件表面的麻点尺寸为0.01～0.5mm，擦痕宽度为0.006～0.05mm。

3.加工设备情况
金刚石车削机床（Single Point Diamond Turning）属于高精密机床，机床的主轴精度和溜板运动精度比一般的机床要高出几个数量级，主轴轴承和溜板导轨通常采用空气轴承和油压静力支承结构，机床运动部件的相对位置采用激光位移测量装置测定。在工件加工的整个过程中，采用激光干涉仪测量工件的面形误差。车床上装有反馈装置，可以补偿运动误差。 金刚石车床的价格十分昂贵，而且还不断提高。80年代初每台价为30～40万美元，而到了二十世纪初每台价已升高到将近100万美元。
在商品化实用超精密机床方面，世界较负胜名的是英国的Tarler／Hobson—Pneumo公司，该公司批量生产Nanoform 250，Nanoform300, Nanoform350等型号超精密车床，产品占据了国际超精密加工很大部分应用市场，是技术领先的产品，在氟化钙晶体红外透镜加工中的镜面车工艺就选用了该设备。
其中Nanoform250车床系统采用空气静压主轴，其径向刚度、轴向刚度分别为88 N/μm和 62N/μm，径向、轴向运动精度均达0．05μm。采用液体静压导轨，其水平直线度和垂直直线度分别为0.2μm／250 mm和0．5μm／250 mm，定位精度为0．3μm／250 mm。数控系统采用 Nanopath，分辨率为0．001μm。测量反馈系统采用光栅尺或激光干涉仪。分辨率分别为8．6 nm 和1．25nm。加工面形精度达0.2μm，表面粗糙度及n＜0．01μm。Nanoform250车床系统采用具有高刚性、高阻尼和高稳定性的液体静压支承滑台。

4.零件加工工艺的整体流程介绍

5.镜面车工序工艺研究
红外透镜是一种特殊的光学器件,不仅对表面形状精度要求高,对光洁度要求也很高｡红外透镜使用的材料是氟化钙，如果加工完再用抛光的方式修正加工,就不能保证形状精度,所以必须用金刚石车刀车削的方法加工出来｡
5.1安装新刀具，

 
刀具高度h应该调好，刀具高度调整不好，加工零件中心有缺陷，刀尖低于中心呈柱形，刀尖高于中心呈锥形；刀具X坐标也应该调好，刀具X坐标调整不好，无法保证零件表面面型误差，测量结果呈M或W型（凹面镜：W——不到中心，M——超过中心；凸面镜：W——超过中心，M——不到中心）、V或Λ型。
5.2加工零件

5.2.1.主程序 

注：1）.床子上装有两把刀，精加工时一般代号为NO：52338、Type：C040 WG； 粗加工时一般代号为NO：XXXXX、Type：N040 WG。
2）.粗加工时设置的主要参数：粗车量小于0.1mm，切削参数为S3000，F8，每次切削量小于0.05mm。
3）.精加工时设置的主要参数：精车量小于0.01mm，一般等于0.005mm,切削参数为S3000，F3，面型精度Pv小于等于0.4μm，光洁度参数V级。
5.3通过轮廓仪检测零件
目前采用的测量方法有接触式和非接触式测量法两种, 接触式测量法即使测量头和加工表面接触,然后通过扫描的方式检查工件的表面形状和光洁度｡以前这种方法测量存在两个问题:第一个问题是测量力的问题,因为接触产生摩擦,摩擦产生力,力导致变形,进而影响精度,如何降低测量力並維持安定的測量是目前的一个主要问题;第二个问题是如何减小测量对象形状对测量的影响｡
英国的Tarler／Hobson—Pneumo公司生产的Talysurf CCI白光干涉表面轮廓仪即Talysurf CCI三维非接触形貌仪采用CCI（专利技术的相位相干算法）干涉原理，可高精度测量表面形貌、表面粗糙度及关键尺寸，并

图二 Talysurf CCI白光干涉表面轮廓仪
检测零件的软件有两种FTS Program（DOS版）和Ultra（Windows版） 两种。在加工过程中通过测量获得误差信息,并通过补偿控制的方法来抑制误差,就可以达到所要求的加工精度,在加工中程序补偿（对原程序进行程序补偿修正）用FTS2TPG.EXE软件。
5.4 加工难点及关键技术：
氟化钙晶体红外透镜加工，加工工艺环节多，工艺复杂，零件的精加工阶段存在有待克服的技术难点。精加工阶段在上下盘时因为需要加热，如受热不均存在解理的可能性，并且如何保证零件的尺寸精度及面形精度成为该阶段的技术关键。

6.结束语
镜面车技术属于超精密加工技术，目前正在向纳米级加工技术发展。镜面车技术标志着向加工检测一体化方向发展，机床向多功能模块化方向发展的趋势｡现代制造技术的发展，学科交叉、复合加工技术的特点日益突出，精密加工和超精密加工不仅作为一门独立的学科发展，而且会以更多的交叉学科形式出现，甚至形成新的学科。
[参考文献]
[1] 李圣怡 戴一帆，《超精密加工技术的发展及对策》，武汉：中国机械工程杂志社,2000（8）.
[2] 王春海、樊锐、赵先仲，《数字化加工技术》，北京：化学工业出版社，2003（10）
[3] 蒋建强，《模具数控加工技术》，北京：电子工业出版社，2005（02）
[4] 郑文虎，《精密切削与光整加工技术》，北京：国防工业出版社，2006（02）

[作者简介] 王艳（1968-），女，湖南泸溪人，湖南工业职业技术学院讲师，研究方向：机械设计与制造。