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中的透鏡及反射鏡，曲面型式多數為平面和球面，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，但是某些光學系統中依然是需要的。采用非球面技術設計的光學系統，可消除球差、慧差、像散、場曲，減少光能損失，從而獲得高質量的圖像效果和高品質的光學特性。

　　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量，在光學系統中能夠很好的矯正多種像差，改善成像質量，提高系統鑒別能力，它能以一個或幾個非球面零件代替多個球面零件，從而簡化儀器結構，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、醫療儀器等中。

　　1.2　國外非球面零件的超精密加工技術的現狀

　　80年代以來，出現了許多種新的非球面超精密加工技術，主要有：

　　計算機數控單點金剛石車削技術、計算機數控磨削技術、計算機數控離子束成形技術、計算機數控超精密拋光技術和非球面復印技術等，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控技術，均具有加工精度較高，效率高等特點，適于批量生產。

　　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，如Rank Pneumo公司生產的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的現狀

　　我國從80年代初才開始超精密加工技術的研究，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第一個從事超精密加工技術研究的重點實驗室。

　　2、非球面零件超精密切削加工技術

　　美國Union Carbide公司于1972年研制成功了 R―θ方式的非球面創成加工機床。這是一臺具有位置反饋的雙坐標數控車床，可實時改變刀座導軌的轉角θ和半徑 R，實現非球面的鏡面加工。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上，于1990年開發出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于0.1μm，表面粗糙度優于0.01μm。