非球面曲面超精密加工设备的研制成功是国内超精密加工技术发展的里程碑,非球面光学零件由于具有独特的光学特性在航空、航天、兵1器以及民用光学等行业开始得到应用,从而简化了产品结构并提高了产品的性能。当时加工设备只有美国、日本及西欧等少数国家能够生产,国内引进受到严格限制而且价格昂贵,国家从“九五”开始投入了人力物力支持研发超精密加工设备。到“九五”末期,北京航空精密机械研究所、哈尔滨工业大学、北京兴华机械厂、国防科技大学等单位陆续研制成功代表当时超精密加工最1高技术水平的非球面超精密切削加工设备,彻底打破了国外的技术封锁。之后其他各类超精密加工设备,如超精密磨削设备、小计算机数控磨头抛光设备、磁流变抛光设备、离子束抛光设备、大口径非球面超精密加工设备(如图1所示)、自由曲面多轴超精密加工设备、压印模辊超精密加工设备等也陆续研制成功,缩小了超精密加工技术国内外的差距。同时由于有了超精密加工设备的支撑,在超精密加工工艺方面也有了很大进展,如ELID超精密镜面磨削工艺、磁流变抛光工艺、大径光学透镜及反射镜超精密研抛及测量工艺、自由曲面的超精密加工及测量工艺、光学薄膜模辊超精密加工工艺,超精密加工技术的应用领域也从军1工行业转向了民用行业。
新能源产业(如太阳能)国内虽然发展很快,但核心技术还是掌握在国外,如硅片切割、研磨、抛光、刻划设备,高倍聚光菲涅尔透镜模具超精密加工设备等与国外还存在较大差距。信息产业的发展推动了芯片、存储等发展,随着存储密度越来越大,对磁盘的表面粗糙度以及相应的读写设备的悬浮高度及磁头的上下跳动量的要求大大提高,目前国外已经可以把磁头、磁盘的相对间隙最1高控制在1nm左右。在医1疗器械行业,超精密加工技术也起着很大的作用,人造关节采用钛合金或其他贵金属材料,这些高精度零件的表面处理对清洁度、光整度和表面粗糙度具有极高要求,需要进行超精密研抛,形状要根据个人的身体结构定制,国外价格昂贵,而国内无论从使用寿命和安全性等方面存在较大差距。其他如微型内窥镜中的微小透镜及器件、心脏搭桥及血管扩张器、医用微注射头阵列等国内现在还无法生产。
太赫兹技术在航空领域的重要应用是太赫兹雷达可用于隐身飞行器探测,其中束控元件是太赫兹探测系统的重要功能部件,其透镜主要采用硅基远红外透射材料,反射元件面形有抛物面、椭球面、离轴非球面以及赋形曲面等,采用铝等金属基材料。我国正研的主反射元件尺寸已有φ300mm、φ800mm、φ1000mm等,面形精度要求已要求达微米级,表面质量为镜面,并且要求零件精度质量具有良好的稳定性。我国中期发展的太赫兹系统拟采用φ4~5m的主镜,远期主镜直径将达30m或更大,太赫兹系统束控主反射元件面形也将采用主动控制的拼接式平面、离轴非球面等形状。基于上述要求,需要大型单点金刚石超精密车削设备、复杂曲面超精密加工工艺技术、大型复杂曲面的高精度三坐标测量技术等支撑。