非球面光學元件是指面形由多項高次方程決定、面形上各點的半徑均不同的光學元件。一般應用在光學系統(tǒng)中的透鏡及反射鏡，曲面型式多數(shù)為平面和球面，原因是這些簡單型式的曲面加工、檢驗容易，但是用在某些高度精密成像系統(tǒng)有一定的限度。雖然非球面的復雜曲面制造困難，但是某些光學系統(tǒng)中依然是需要的。采用非球面技術(shù)設計的光學系統(tǒng)，可消除球差、慧差、像散、場曲，減少光能損失，從而獲得高質(zhì)量的圖像效果和高品質(zhì)的光學特性。

　　1.1　非球面光學零件的作用

　　非球面光學零件是一種非常重要的光學零件，常用的有拋物面鏡、雙曲面鏡、橢球面鏡等。非球面光學零件可以獲得球面光學零件無可比擬的良好的成像質(zhì)量，在光學系統(tǒng)中能夠很好的矯正多種像差，改善成像質(zhì)量，提高系統(tǒng)鑒別能力，它能以一個或幾個非球面零件代替多個球面零件，從而簡化儀器結(jié)構(gòu)，降低成本并有效的減輕儀器重量。

　　非球面光學零件在軍用和民用光電產(chǎn)品上的應用也很廣泛，如在攝影鏡頭和取景器、電視攝像管、變焦鏡頭、電影放影鏡頭、衛(wèi)星紅外望遠鏡、錄像機鏡頭、錄像和錄音光盤讀出頭、條形碼讀出頭、光纖通信的光纖接頭、醫(yī)療儀器等中。

　　1.2　國外非球面零件的超精密加工技術(shù)的現(xiàn)狀

　　80年代以來，出現(xiàn)了許多種新的非球面超精密加工技術(shù)，主要有：

　　計算機數(shù)控單點金剛石車削技術(shù)、計算機數(shù)控磨削技術(shù)、計算機數(shù)控離子束成形技術(shù)、計算機數(shù)控超精密拋光技術(shù)和非球面復印技術(shù)等，這些加工方法，基本上解決了各種非球面鏡加工中所存在的問題。前四種方法運用了數(shù)控技術(shù)，均具有加工精度較高，效率高等特點，適于批量生產(chǎn)。

　　進行非球面零件加工時，要考慮所加工零件的材料、形狀、精度和口徑等因素，對于銅、鋁等軟質(zhì)材料，可以用單點金剛石切削（SPDT）的方法進行超精加工，對于玻璃或塑料等，當前主要采用先超精密加工其模具，而后再用成形法生產(chǎn)非球面零件，對于其它一些高硬度的脆性材料，目前主要是通過超精密磨削和超精密研磨、拋光等方法進行加工的，另外．還有非球面零件的特種加工技術(shù)如離子束拋光等。

　　國外許多公司己將超精密車削、磨削、研磨以及拋光加工集成為一體，并且研制出超精密復合加工系統(tǒng)，如Rank Pneumo公司生產(chǎn)的Nanoform300、 Nanoform250、 CUPE研制的 Nanocentre、日本的 AHN60―3D、ULP一100A（H）都具有復合加工功能，這樣可以便非球面零件的加工更加靈活。

　　1.3　我國非球面零件超精密加工技術(shù)的現(xiàn)狀

　　我國從80年代初才開始超精密加工技術(shù)的研究，比國外整整落后了20年。近年來，該項工作開展較好的單位有北京機床研究所、中國航空精密機械研究所、哈爾濱工業(yè)大學、中科院長春光機所應用光學重點實驗室等。

　　為更好的開展對此項超精密加工技術(shù)的研究，國防科工委于1995年在中國航空精密機械研究所首先建立了國內(nèi)第一個從事超精密加工技術(shù)研究的重點實驗室。

　　2、非球面零件超精密切削加工技術(shù)

　　美國Union Carbide公司于1972年研制成功了 R―θ方式的非球面創(chuàng)成加工機床。這是一臺具有位置反饋的雙坐標數(shù)控車床，可實時改變刀座導軌的轉(zhuǎn)角θ和半徑 R，實現(xiàn)非球面的鏡面加工。加工直徑達φ380mm，加工工件的形狀精度為±0.63μm，表面粗糙度為Ra0.025μm。

　　摩爾公司于1980年首先開發(fā)出了用3個坐標控制的M―18AG非球面加工機床，這種機床可加工直徑356mm的各種非球面的金屬反射鏡。

　　英國 Rank Pneumo公司于1980年向市場推出了利用激光反饋控制的兩軸聯(lián)動加工機床（MSG―325），該機床可加工直徑為350mm的非球面金屬反射鏡，加工工件形狀精度達 0.25-0.5μm，表面粗糙度 Ra在0.01-0.025μm之間。隨后又推出了 ASG2500、ASG2500T、Nanoform300等機床，該公司又在上述機床的基礎(chǔ)上，于1990年開發(fā)出Nanoform600，該機床能加工直徑為600mm的非球面反射鏡，加工工件的形狀精度優(yōu)于0.1μm，表面粗糙度優(yōu)于0.01μm。