光學(xué)零件加工.doc

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武 漢 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院 光學(xué)零件加工實(shí)訓(xùn)報(bào)告 平凸透鏡的加工及檢測 系、專業(yè)：電子信息工程學(xué)院、光電子技術(shù) 班 級：光電14303班 實(shí) 訓(xùn) 人：曹錦 指導(dǎo)教師：陳書劍 王世霞 顏昌俊 2015年10月28日 摘 要 此次實(shí)訓(xùn)的項(xiàng)目是光學(xué)零件的加工，主要是球面零件的加工，此外還有平行平板機(jī)棱鏡的加工。球面零件的加工主要為粗磨下料、精磨拋光、鍍膜，粗磨下料的工藝較為傳統(tǒng)，但對手法也有一定的要求。再就是精磨拋光，此部分主要看的是加工者的手法，手法直接影響到后面的定心以及鏡片的好壞。最后就是鍍膜，鍍膜的作用有很多，我們的實(shí)訓(xùn)中的鍍膜主要是為了起到一種保護(hù)鏡片的作用。棱鏡及平行平板的加工同樣是對手法的考驗(yàn)。 本次實(shí)訓(xùn)中小組中的成員基本能夠完成自己的鏡片加工，其中存在的主要的問題在于球面鏡的精磨拋光、粗磨下料部分。粗磨下料部分主要在開球面環(huán)節(jié)，精磨拋光則主要是細(xì)磨手法不對等。此類問題在后來的定心磨邊的環(huán)節(jié)中都得到了充分的驗(yàn)證。 本報(bào)告的主要目標(biāo)是：簡述透鏡的加工過程，分析加工過程中出現(xiàn)的問題，及此類問題的改進(jìn)方法。對比得出傳統(tǒng)和現(xiàn)代加工的不同特點(diǎn)了解光學(xué)零件的鍍膜過程、熟悉鍍膜機(jī)的使用及其各項(xiàng)性能?；仡櫿麄€(gè)實(shí)訓(xùn)過程中存在的操作方面的不足之處，進(jìn)一步加深對整個(gè)零件加工環(huán)節(jié)的了解，加深自己對各個(gè)環(huán)節(jié)的印象。 關(guān)鍵詞：球面零件 加工環(huán)節(jié) 加工手法 主要內(nèi)容 1.1概述 光學(xué)玻璃的加工分為傳統(tǒng)加工和現(xiàn)代加工，我們的實(shí)訓(xùn)中主要是傳統(tǒng)加工方法。主要的加工零件為平凸透鏡，它的主要操作流程是；粗磨下料、精磨拋光、定心磨邊、鍍膜等。這次實(shí)訓(xùn)的內(nèi)容還包括平行平板棱鏡的加工，檢驗(yàn)等。 1.2加工的特點(diǎn) 傳統(tǒng)加工的特點(diǎn)是加工出來的零件的精度高，質(zhì)量好，因?yàn)樗褂玫闹饕鞘止橹?，因此對操作人員的手法的要求很嚴(yán)格。此類加工適用于少量、高精度的加工需求。 1.3加工生產(chǎn)流程 選擇 原材料 切割 整平 膠條 滾圓 球面銑磨（粗磨） 精磨 拋光 自動(dòng)定中心磨邊 檢驗(yàn)光心、 光軸、曲率 OK 清洗 外觀 檢驗(yàn) 包裝（流水下道） NG OK NG 1.4粗磨下料 1、切割：選取材料并把毛坯玻璃放入玻璃切割機(jī)(1-1圖)里面。 2、去除直角:把切割好的毛坯玻璃按尺寸在簡易切割機(jī)上切割，再把切割好的矩形的四個(gè)直角用簡易切割機(jī)把四個(gè)直角切掉。 圖1-1 3、膠條：把切割好的毛坯玻璃用玻璃膠粘在一起放在如(1-2圖)所示。 4、滾圓：使用滾圓機(jī)滾圓，把粘好的玻璃放在滾圓機(jī)里面滾圓，在剛開始滾圓的時(shí)候橫向進(jìn)刀可以大些，后半段加工余料的時(shí)候調(diào)小進(jìn)刀量，直到把工件開至合適尺寸。 圖1-2 5、開球面：在滾圓結(jié)束就是開球面，可以用銑磨機(jī)開球面也可以用傳統(tǒng)的手工開球面。實(shí)訓(xùn)中我們使用的是銑磨機(jī)開球面（如圖1-3）。開球面所使用的是球面銑磨機(jī)，對角度的精準(zhǔn)手法要求較為嚴(yán)格。 1.5精磨拋光 圖1-3 1、清洗：把粗磨開好球面的工件用清水洗干凈，清除工件表面的粗砂同時(shí)還要清除模子表面的殘余的磨料，這樣是為了防止在磨的時(shí)候粗砂劃傷工件的表面。 2、原理：精磨在我們的實(shí)訓(xùn)中采用的是古典法的加工方法，主要用的是散粒磨料，磨料和磨具和零件之間處于松散的狀態(tài)。借助細(xì)磨所加的壓力，通過磨具、磨料、工件之間的相對運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)零件表面的成型。在細(xì)磨前應(yīng)該根據(jù)工件表面粗磨的狀態(tài)決定砂的型號 3、方法：磨球面時(shí)應(yīng)將工件放入砂輪里輕輕加力，并且沿反方向轉(zhuǎn)動(dòng)工件，不時(shí)的轉(zhuǎn)動(dòng)工件，使工件的各個(gè)表面都能夠被砂輪磨到。磨平面的方法與球面的相比操作較為簡便，但基本一致主要是力度和手法應(yīng)使工件各個(gè)面都能得到充分的研磨。 4、機(jī)器：實(shí)訓(xùn)中所選用的研磨機(jī)是（如圖1-4）所示的四軸研磨拋光機(jī)。古典法的精磨拋光是在同一臺(tái)機(jī)器上完成的。每臺(tái)機(jī)子的模具都是固定的，在拋光前應(yīng)將模具放在開水里面燙，使模具表面軟化。 圖1-4 5、磨料的選擇：細(xì)磨選的是w40的細(xì)砂，精磨使用的是w14、w7的磨料。但在由細(xì)磨轉(zhuǎn)為粗磨的過程中應(yīng)該把工件洗干凈，母的是防止兩種不同的磨料的混合使細(xì)砂中混入粗砂，使工件表面出現(xiàn)刮痕。 6、拋光： ① 上盤：使用瀝青剛性上盤，上盤完成后，用酒精擦干凈工件表面的污垢。 ② 預(yù)熱拋光模：把拋光模放在熱水中浸泡，讓拋光模變軟 圖1-5 ③ 調(diào)整好研磨機(jī)的轉(zhuǎn)速，并在拋光模上加少許的拋光粉，對于拋球面的就把拋光模貼緊工件用手在工件上來回推幾下使拋光粉在工件的表面充分的分散。對于拋平面的則是在模盤上滴幾滴拋光粉液體然后用手握住工件在模子上沿模子轉(zhuǎn)動(dòng)的反方向轉(zhuǎn)動(dòng)工件。準(zhǔn)備工作完畢后就用鐵筆壓住工件大概十五分鐘后就上砣。（如圖1-5） 7、 光圈的識(shí)別：光圈高低判斷 一側(cè)加壓法：低光圈，條紋彎曲的凹向背著加壓點(diǎn)P（如圖1-7a）, 高光圈：條紋彎曲的凹向朝著加壓點(diǎn)P（如圖1-7b）. 周邊加壓法：低光圈，當(dāng)沿P方向加壓，空氣隙減小時(shí)，條紋從邊緣向中心移動(dòng)（如圖1-6a）。高光圈，高光圈：當(dāng)沿P方向加壓，空氣隙減小時(shí)，條紋從中心向邊緣移動(dòng)（如圖1-6b）。 圖1-6 圖1-7 8、 光圈的修改：低光圈工件往里收，多拋工件的邊緣部分，如果是高光圈工件往外拉多拋工件的中心部分。 9、 下盤：工件光圈檢測修改完畢拋光合格后就下盤清洗，清洗工件用到的是酒精和汽油。汽油是為了清除工件上盤時(shí)的瀝青，酒精是為了洗掉工件上的洋干漆。 1.6定心磨邊 1、在實(shí)際的生產(chǎn)過程中透鏡的定心磨邊分兩步進(jìn)行。定心：通過光學(xué)或機(jī)械的方法尋找并確定透鏡光軸與基準(zhǔn)軸重合的位置，即透鏡光學(xué)表面定心頂點(diǎn)處的法線與基準(zhǔn)軸重合的位置，這里的基準(zhǔn)軸就是機(jī)床的回轉(zhuǎn)軸。磨邊：透鏡定心后夾緊，用砂輪或金剛石磨輪磨削透鏡的外圓，以獲得圖紙要求直徑的透鏡。透鏡的定心方法主要分光學(xué)定心和機(jī)械定心兩類。 2、定心原理：機(jī)械法定心是將透鏡放在一對同軸精度高、端面精確垂直于軸線的接頭之間，利用彈簧壓力夾緊透鏡，根據(jù)力的平衡來實(shí)現(xiàn)定心。其中一個(gè)接頭可以轉(zhuǎn)動(dòng)，另一個(gè)既能轉(zhuǎn)動(dòng)又能沿軸向移動(dòng)。 圖1-8 3、機(jī)器的操作：自動(dòng)定心磨邊機(jī)（見圖1-8）先開電源，再開水泵、砂輪，接著根據(jù)零件的大小調(diào)節(jié)千分尺。調(diào)節(jié)至合適大小時(shí)把工件加上去夾緊，接著把開關(guān)調(diào)至半自動(dòng)化，自動(dòng)定心磨邊機(jī)會(huì)自動(dòng)完成磨邊定心的任務(wù)。 4、操作自動(dòng)定心磨邊機(jī)是應(yīng)該注意操作步驟，夾取工件時(shí)同樣要注意手的姿勢否則容易傷到手或者造成設(shè)備的損壞。 1.7鍍膜 1、光學(xué)鍍膜是通過特殊的裝置在高溫真空的條件下，通過汽化使膜料均勻的覆蓋在工件表面的一種工藝。其用途有，減反、內(nèi)反、外反、分束、濾光、保護(hù)、導(dǎo)電，等作用。按照材料劃分有：金屬、電解質(zhì)、有機(jī)。 2、實(shí)訓(xùn)中的鍍膜是在高真空的環(huán)境下完成的，在高真空環(huán)境下完成的鍍膜，可以提高膜沉積的速度、純度、致密性及基片的附著力。真空鍍膜機(jī)主要由，電控柜、控制系統(tǒng)、蒸發(fā)系統(tǒng)、機(jī)械系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)。蒸發(fā)系統(tǒng)主要的加熱方式為，電阻加熱和電子束加熱。 3、工藝流程： ① 開機(jī)前應(yīng)該清潔工作臺(tái)，核對生產(chǎn)工藝卡。 ② 開機(jī)流程：開控制柜—機(jī)械系統(tǒng)—擴(kuò)散泵—24v電源—觸控屏—PLC電源 機(jī)械泵—預(yù)閥—擴(kuò)散泵—工件夾具—關(guān)閉預(yù)閥—開放氣閥—通氣—打開真空室—放清潔好的工件—裝比較片—往坩堝里裝膜料—關(guān)上真空室的門—開低閥—關(guān)低閥—開預(yù)閥—開高閥—進(jìn)入PLC控制儀—設(shè)置膜料的厚度—膜的速度—進(jìn)入鍍膜系統(tǒng)—打開氣柜電源開烘烤—開工轉(zhuǎn)—開充氣離子源—開燈絲—陽極電源開關(guān)—燈絲電流30A—陰極電流3-4A—反順序關(guān)陽極電流開關(guān)—燈絲電流—通氬氣—當(dāng)顯示為綠色是表示沒有氬氣—開電子槍充氣—開槍擋板—開電子腔燈絲—開高壓。 ③ 關(guān)機(jī)流程：反順序上述流程。 ④ 如果要連續(xù)的給鏡片鍍膜加工，則重復(fù)上述流程加工件進(jìn)去如果不用則關(guān)上真空室的門抽真空3分鐘。 ⑤ 關(guān)機(jī)過程中要注意的事項(xiàng)為：反順序關(guān)閉個(gè)開關(guān)（當(dāng)擴(kuò)散泵的溫度下降到50度時(shí)，關(guān)閉冷卻水系統(tǒng)—關(guān)閉總氣路—關(guān)閉總電源開關(guān)）。 ⑥ 裝配工件，完成整個(gè)平凸透鏡的加工流程。 結(jié) 論 平凸透鏡、棱鏡、平行平板的加工，通過傳統(tǒng)加工手法加工，加工速度慢操作較為復(fù)雜。從毛坯下料到加工完成所經(jīng)過的周期較長，且只能夠小批量的加工生產(chǎn)。但它的加工的精度高質(zhì)量好，整個(gè)實(shí)訓(xùn)加工中需要對每個(gè)加工環(huán)節(jié)都認(rèn)真完成，才能加工出高精度的鏡片。任何環(huán)節(jié)的出差錯(cuò)都有可能導(dǎo)致整個(gè)加工的失敗。 平面零件加工 摘 要 光學(xué)平面零件是指由光學(xué)平面作為工作面的光學(xué)零件。它包括平晶、平行平板、平面反射鏡、光楔、濾光片及棱鏡等。由兩個(gè)互相平行的光學(xué)平面構(gòu)成的光學(xué)零件系統(tǒng)稱為平行平板。 通常以平面光學(xué)零件的面形精度和角度精度來衡量平面制造的精度，并以此將平面光學(xué)零件區(qū)分為高精度零件、中精度零件和一般精度零件。 對棱鏡和平板的技術(shù)要求中，有一些是和透鏡的技術(shù)要求相同的，這些要求是：標(biāo)準(zhǔn)樣板精度等級△、光圈數(shù)N、局部光圈數(shù)△N、表面粗糙度、表面疵病B、氣泡度q，它們的定義、規(guī)定及要求也都適用于棱鏡，這里不再重復(fù)。而角度要求是棱鏡和平板特有的。 這篇報(bào)告主要介紹，平面零件的加工過程，指出加工過程中存在的問題，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)以及所得到的體會(huì)。 實(shí)訓(xùn)中我們的主要加工對象是直角棱鏡、平行平板。 關(guān)鍵詞：平面零件、加工要求、精度 主要內(nèi)容 1.1 概述 本報(bào)告主要講述使用傳統(tǒng)工藝加工方法加工45直棱鏡，平行平板，及雙面磨拋機(jī)的使用。都為傳統(tǒng)的手工加工，因此對加工的精度有較高的要求。其中平行平板的誤差在15″左右 1.2 平行平板的加工 平行平板的加工過程中，主要為手工操作。但在剛剛開始加工時(shí)需要在自準(zhǔn)測角儀上觀察哪邊搞哪邊低，這樣做的目的是找出高的那一面，而需要磨的就是高的那面。一般的剛剛開始加工的鏡片的偏差都在幾分，因此剛剛開始加工的時(shí)候一般都是要開機(jī)床的。但在加工過程中也要不時(shí)的取下來放到自準(zhǔn)測角儀上觀察防止不小心磨過。 加工過程中要注意自己的加工手法，對于較高的一面可以用較大的勁，在加工過程中同時(shí)也要轉(zhuǎn)動(dòng)鏡片防止鏡片中間沒有被磨到。 等到鏡片的偏差只有一分左右時(shí)就要關(guān)掉機(jī)床，因?yàn)闄C(jī)床的轉(zhuǎn)速過快，一分的誤差太小很容易就會(huì)把一分的誤差磨掉而出現(xiàn)新的誤差。此時(shí)應(yīng)該把機(jī)床關(guān)掉直接用手握住鏡片在磨盤上轉(zhuǎn)，并且需要不時(shí)的清洗觀察。 1.3 45直棱鏡的加工 在這次的 實(shí)訓(xùn)中加工45角直棱鏡的要求是，兩個(gè)腰相等90直角垂直，平面要求平行度好。 由于我們拿到的是粗磨好了的工件，需要通過細(xì)磨加工而達(dá)到要求。在加工直角棱鏡的時(shí)候我們用的都是細(xì)砂，在機(jī)床上完成加工但機(jī)床的速度都比較慢。由于兩個(gè)45角都比較薄加工的時(shí)候容易磨破，所以加工是一般都會(huì)倒角，并且對加工者手法要求嚴(yán)格。 加工過程之中一般是先加工零件的平面，對于平面的檢測我們用到的是刀口尺，具體的操作方法是；左手拿著工件右手拿著刀口尺把刀口尺平放在工件的平面上，對著光照強(qiáng)的地方觀察工件和刀口尺接觸的地方是否有細(xì)縫，如果有則需要繼續(xù)加工，如果沒有則說明工件的平行度良好。 1.4 雙面磨拋機(jī) 雙面加工技術(shù)是指同時(shí)對平板類光學(xué)零件的兩個(gè)平面同步進(jìn)行加工的技術(shù)。顯然，這種兩面同步加工的技術(shù)，比每個(gè)面分別單次加工的效率要高得多，但相應(yīng)的設(shè)備要求和控制要求也要高得多。 雙面加工的基本原理圖，（如右圖） 1–下模；2–工件；3–分離片；4–擋圈；5–上模；6–鐵筆桿. 這種雙面加工，—般速度不高。下模比較大，上模比較小，擋圈直徑比上模大，比下模小。適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)上模的擺動(dòng)量，可以實(shí)現(xiàn)平板的上下表面同時(shí)精磨或拋光。研磨或拋光時(shí)，人工將磨料或拋光粉間斷地添加到下模和平板的表面。這種低速的雙面加工，比單面加工提高了效率，但被加工的平面度和雙面的平行度則達(dá)不到很高的要求，所以只適用于一般精度平板的加工。 下圖所示的是高速雙面加工機(jī)床，其加工原理如上圖所示，圖中高速雙面加工的上模3和下模5直徑相同，分別以大小相同、方向相反的角速度繞機(jī)床的主軸轉(zhuǎn)動(dòng)。在上下模之間，還有帶動(dòng)被加工工件的行星輪，它是被與主軸同心的內(nèi)齒輪和中心齒輪嚙合、驅(qū)動(dòng)，繞著上下模的中心作行星運(yùn)動(dòng)，既有繞中心的公轉(zhuǎn)，又有繞行星輪自我中心的自轉(zhuǎn)。而被加工零件，則被放入行星輪中與被加工體形狀一致的孔內(nèi)，因此，被加工工件在上下模之間的運(yùn)動(dòng)，是行星運(yùn)動(dòng)與自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的合成，支承被加工零件的行星輪嚙合情況 這種高速雙面加工主要應(yīng)用在精磨和拋光工序，在精磨階段，使用自己配制好的散粒磨料液，在拋光階段，使用自己配制好的拋光液，加工時(shí)，先在下模的行星輪中擺放好被加工的平板，隨下模的轉(zhuǎn)動(dòng)、內(nèi)齒輪和中心齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)行星輪運(yùn)動(dòng)，工件又由行星輪帶動(dòng)作行星運(yùn)動(dòng)，緩慢運(yùn)動(dòng)正常之后，上模開始接觸，并逆向轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使工件的運(yùn)動(dòng)進(jìn)入合成狀態(tài)。 結(jié) 論 平行平板，和直角棱鏡的加工，所使用的是傳統(tǒng)的加工手法，它的加工精度高，適合于小批量的加工。對于操作人員需要熟練的手法還要細(xì)心，要懂的自準(zhǔn)測角儀的使用，對于棱鏡的加工同樣如此。雙面磨拋機(jī)是較為現(xiàn)代的一種加工設(shè)備，可以用于大批量的加工。通過實(shí)訓(xùn)應(yīng)該熟悉機(jī)器的各種性能，掌握其使用方法 其他項(xiàng)目 摘 要 高速磨拋機(jī)是一種現(xiàn)代加工的設(shè)備，在具體的操作使用時(shí)可以調(diào)節(jié)其擺幅和偏心在試訓(xùn)過程中我們主要的操作是調(diào)節(jié)它的擺幅和偏心。光學(xué)零件的膠合工藝是指將兩個(gè)或兩個(gè)以上的透鏡、棱鏡、平面鏡，彼此吻合的光學(xué)表面，按照一定技術(shù)要求粘結(jié)成為光學(xué)部件的工藝。常見的有膠合法、光膠法、機(jī)械法。膠合主要是改善像質(zhì)、減少光能損失增加成像亮度、簡化光學(xué)零件的加工、保護(hù)光學(xué)零件的表面。所謂晶體定向，就是在晶體材料毛坯上確定一個(gè)與該晶體軸成預(yù)定角度方向的基準(zhǔn)面。其他 面均由該基準(zhǔn)面來確定。在晶體加工中，先是根據(jù)晶體生長出來的宏觀外形，棱、面與軸的關(guān)系進(jìn)行粗略定向，然后在垂直于光軸的方向上劃線切割，再把兩個(gè)端面磨平 ，在此基礎(chǔ)上再選用更精確的定向方法。下面介紹幾種常用的晶體定向的基本方法。通常有根據(jù)外形初步定向、解理法定向、偏光顯微鏡定向。 1.1高速磨拋機(jī) 如有圖所示為實(shí)訓(xùn)中接觸到的高速磨拋機(jī)，它的擺幅和偏心可以根據(jù)加工需求調(diào)整。其中需要注意的是夾取工件的時(shí)候應(yīng)該注意鐵筆防止鐵筆直接掉下來砸壞工件，在加工過程中應(yīng)該打開水龍頭并且保持水注射到工件的表面。防止在加工的過程中過熱而使工件炸裂。 在調(diào)整機(jī)器的擺幅和偏心的時(shí)候應(yīng)該先用扳手把螺絲擰松，再用橡皮錘輕輕敲打逐漸的調(diào)整磨拋機(jī)的擺幅和偏心。 1.2 透鏡的膠合 結(jié)合 力法 膠合法 光膠法 機(jī)械法 定義 利用透明光學(xué)膠將若干個(gè)光學(xué)零件結(jié)合成復(fù)雜的光學(xué)部件 依靠零件拋光表面分子間的吸引力，將零件結(jié)合成復(fù)雜的光學(xué)部件 采用機(jī)械零件(如隔圈壓圈等)將若干個(gè)光學(xué)零結(jié)合成復(fù)雜的光學(xué)部件 圖示 特點(diǎn) ①膠合件的結(jié)合力大，機(jī)械強(qiáng)度高，耐寒性和耐熱性好； ②對膠合件的制造精度要求較高； ③適合與各種零件的膠合 ①光膠件的結(jié)合力大，機(jī)械強(qiáng)度高，耐寒性和耐熱好； ②要求光膠件的制造精度很高； ③不適應(yīng)于大型零件、溫差較大條件下工作零件、工作在光譜短波零件的膠合 由于光學(xué)零件之間存在空氣間隙，在界面上會(huì)生發(fā)射，有光能損失，適用于大型光學(xué)零件的結(jié)合 1.3 晶體定向 解理法定向：晶體在外力作用下容易沿解理面裂開，認(rèn)定了解理面，即可由該解理面的密勒（HKL）指數(shù)大致確定晶體的光軸。由于不是所有晶體都有解理性，而且在獲得解理面過程中，對晶體有一定的破壞作用，所以只在個(gè)別情況下才采用解理面定向方法。 偏光顯微鏡定向：用偏光顯微鏡定向是晶體定向中最常用的方法。它是根據(jù)晶體光學(xué)的了理論，利用光的偏振性、相干性以及晶體具有雙折射的性質(zhì)綜合考慮所采用的一種定向方法。對晶體定向的原理是利用會(huì)聚光的色偏振，得到與自然光相類似的干涉條紋，其測試原理如下圖所示。 S-光源 P1-起偏器 P2-檢偏器 K-試樣 O1-聚光鏡 O2-物鏡 BB-物鏡的焦平面圖 結(jié)論 實(shí)訓(xùn)的目的是為了培養(yǎng)動(dòng)手能力在實(shí)訓(xùn)中應(yīng)該聽從老師和組長的安排，要掌握好理論知識(shí)。實(shí)訓(xùn)中的偏光顯微鏡看上去雖然很容易但是懂手去調(diào)卻沒有那么簡單。通過實(shí)訓(xùn)我們應(yīng)該鞏固自己學(xué)到的理論知識(shí)更要掌握動(dòng)手能力。