由于球面组成的折射或者反射面不可避免
地存在着严重的球差，为了克服这个问题，
只有在光学系统中应用非球面．因为非球面
不但可避免球差，还可消除各种像差，减小
光能损失，获得高质量的图像效果和高品质
的光学特性．天文望远镜是应用非球面最早
的领域．非球面由于加工的困难，常常由多
个球面所代替．不过多个球面也会在光学元
件的固定上，仪器的总质量上，光学的校正
上存在很多问题．因此克服非球面加工的困
难 已 经成 为 现代 光学 加 工的 一个 重 要课
题．[5] 

目前轴对称自由曲面的加工方法主要

有磨削、车削、模压等技术，这些技术也能
生产出精度比较高的光学元件口．磨削技术
主要应用在加工大、中尺寸的非球面光学元
件．加工元件时，磨削工具受计算机控制，
在工件表面进行磨削去除加工．由于磨削加
工需要反复地进行面形测试、计算、修正研
磨抛光等一系列动作才能达到面形精度的
要求，因此效率并不是很高．[6] 

而对于模压成型技术来说能很好地生

产出精度相对较高的光学元件，但是由于生
产时要求对压型前毛坯的表面保持十分光
滑和清洁并呈适当的几何形状，以及对模具
要求苛刻.[7]   

非球面加工机床磨削时，x 轴微进给机

构的性能和控制方法决定了面形精度和加
工质量，因而对机床微进给系统的伺服性能

提出了更高的要求：要有很高的驱动推力、
快速进给速度和进给加速度，同时要有极高
的精度和系统稳定性．对于一般数控机床，
由于受到传统机械结构(即旋转电动机+滚
珠丝杠)进给方式的限制，其高频响应特性
伺服性能指标难以达到要求．而直线电机驱
动机构作为一种新的高速进给力式能提供
比传统机械机构更大的速度和加速度．进给
机构由直线电机直接驱动消除了中间环节
的机械滞后及螺距误差，其运动精度取决于
反馈装置、控制系统和直线导轨，从而可达
到较高的精度。[8][9] 

 

5  ULPG-010 非球面车磨复合加

工中心 

 

如图 2 所示，湖南大学微纳研究所研制

开发的 ULPG-010 非球面车磨复合加工中心
采用高速电主轴，高精度直线电机驱动工作
台,气浮导轨支撑，其中车刀采用单点金刚石
车刀，高速空气磨头采用斜置非常适用于微
小非球面模具的加工，工作台 3 轴联动，采
用开放式数控系统，直接兼容 G 代码，编程
方便。以机床进给精度为 0．1μm，则精度
一般收敛于 3-5μm，而以机床进给精度为

0．01μm，则最高精度 1.5μm。