光學金工實習鏡面的制作

1、 目錄 前言1、 實習目的2、 實習時間3、 實習地點四、實習單位部門五、實習內容六、實習總結 前言 現(xiàn)在，我們大部分都是在課堂上進行教學工作，學到的多是原理性的東西。但是，實踐是檢驗真理的唯一標準。我們在課堂上學到了很多理論知識，如果我們在實際當中不能靈活運用，那就等于沒有學。實習就是將我們在課堂上學到的理論知識運用到實踐中去，真正做到理論聯(lián)系實際，同時還可愿意進一步提高自己的動手能力。 在學校的安排下，我們進行生產實習。本次實習中，針對我們大學以來所學的關于光學的原理、工藝等，實踐性的了解實際生產中的光學零件制造加工過程，更好的鞏固所學的光學原理知識，熟悉加工過程，切實提高我們的動手能力。

2、 通過這次實習，我漸漸明白了實際有時候比理論直接得多，而且在光學零件的加工過程中，經驗是很重要的一種財富，在一些環(huán)節(jié)中，看著老師很認真的調試機器，體會到理論基礎很重要，但理論知識必須要和實際生產聯(lián)系起來，只有通過不斷的實踐，才能將所學的知識運用于實際生活工作中。 一、實習目的這次實習主要是讓我們學會理論聯(lián)系實際，學會把所學的基本理論知識運用到實際當中去。實習過程中，針對我們大學以來所學的關于光學的原理、工藝等，實踐性的了解實際生產中的光學零件制造加工過程，更好的鞏固所學的光學原理知識，熟悉加工過程，切實提高我們的動手能力。同時，也培養(yǎng)我們腳踏實地的工作精神和良好的社會責任感。2、 實習時間20

3、11年6月21日2011年7月1日3、 實習地點西安工業(yè)大學金花校區(qū)4、 實習單位部門非球面加工與檢測1#（214） 銑磨工藝1#（217）精磨工藝1#(210) 拋光工藝1#（210）鍍膜工藝1#（211） 銑磨工藝2#（217）精磨與拋光工藝2#（210） 檢測技術與方法（210）平面精磨拋光工藝（210）5、 實習內容 1、非球面加工與檢測 這道工序中，主要指導老師是陳智利老師。這個過程中，我們主要是對非球面的基本知識及原理和其用途優(yōu)勢做了了解，同時參觀了關于非球面的加工制造的幾臺機器。 （1）非球面的用途 隨著科學技術的發(fā)展，對光學系統(tǒng)提出了新的課題，例如在近代大型望遠鏡光學系統(tǒng) 中，

4、在地球大氣范圍外使用的天文儀器中，要求他們的重量和尺寸大大縮減，就有必要采用非球面；又如在X射線波段工作的儀器，在其反射面上入射的光線近于掠入射，也必須采用非球面。在很多情況下，光學儀器采用非球面，能夠解決這樣一些重要課題，如改善象質、提高光學特性、簡化儀器結構，從而導致縮小外形尺寸、減輕重量。因此，非球面常應用于大視場、大孔徑、象差要求高、結構要求小、或有特殊要求的光學系統(tǒng)中。除空間光學系統(tǒng)和天文光學系統(tǒng)外，還常用于攝影系統(tǒng)、彩色電視、攝影電視、紅外光學系統(tǒng)、醫(yī)療光學系統(tǒng)等方面。非球面的有一個很大的優(yōu)勢是可以縮小外形尺寸、減輕重量，同時在一定程度上改善像質。 （2）非球面的分類 在現(xiàn)代光學技

5、術中，光學系統(tǒng)所應用的光學面多種多樣，將這些光學面；簡單做一個分類，可分為回轉對稱非球面、非回轉對稱非球面、無對稱中心非球面、陣列表面四類。 （3）非球面加工機械 a、LOH數(shù)控SPM-50-SL銑磨機 該設備用于高精度光學球面、非球面等產品的自動銑磨加工，適用于玻璃、晶體、玻片、陶瓷拋光模片等光學元件。 該設備核心是CNC控制結構，其特點有：靈活性、優(yōu)化的銑磨過程、節(jié)省時間。 b、FRP-1型非球面柔性拋光機（我校自主研發(fā)，該設備研制得到陜西省教育廳資助） 該設備由西安工業(yè)大學自主研制開發(fā)，用于光學零件加工及超精密加工的裝置，特別適合研磨后的非球面光學零件拋光。其原理是：柔性拋光模沿著被加工

6、表面移動，使其和被加工表面保持吻合狀態(tài)，從而實現(xiàn)均勻拋光。 c、MP400磁流變拋光機 其加工原理是：利用磁流變在磁場作用下形成一個環(huán)帶Bingham體， 添加拋光劑后可以實現(xiàn)工件的拋光。改設備可用于平面、球面光學零件的超光滑加工。 2、光學零件球面的銑磨工藝 這道工序中，我們用的是已經加工成型的毛坯，一種透鏡是一面凸一面凹，另一種透鏡是兩面都凸。（1）球面銑磨的基本原理用筒形金剛石磨輪在球面銑磨機上加工球面零件是利用斜截圓原理。磨輪與工件軸交于O點，兩軸的夾角為，1為筒形金剛石磨輪，繞自身軸線高速回轉，2為工件，繞自身軸線極緩慢的回轉。這樣，磨輪的切削刃口在工件表面上的磨削軌跡的包絡面為一球

7、面。由于磨輪軸和工件軸成角傾斜，所以，將磨輪刃口的圓稱為斜截圓。若磨輪的中徑為DM，磨輪端面切削刃口的圓弧半徑為r，磨輪軸與工件軸的夾角為，則工件球面的曲率半徑R為 （其中，凸面取“+”號，凹面取“”號）當磨輪選定后，DM和r均為定值，只要調節(jié)，即可以得到不同曲率半徑的球面。 （2）球面銑磨工藝銑磨機可以分為球面銑磨機和棱鏡銑磨機，本次實習過程中我們用的是球面銑磨機，利用斜截圓原理，用筒形金剛砂、石磨輪，當磨輪軸與工件軸夾角為時，工件與磨輪各繞自己的軸線轉動，就能加工出球面的一部分。若磨輪切削刃上的某點通過球面的頂點，則為一球缺表面，也就是加工球面透鏡。本次銑磨過程中，冷卻液是水，白色物為銑磨

8、過程中的磨屑。本次實習中最終光學零件要求如下圖：毛坯外直徑23.4 外鏡正透鏡R119.12R33.813.52.2+-0.121.819毛坯外直徑23.4 外鏡負透鏡21.861.37R33.81R49.094.4+-0.1 由于以后還有精磨和拋光，所以在這次的銑磨過程中，要在厚度上留 一定的余量，負透鏡的厚度控制在2.5左右，而正透鏡的厚度則控制在4.6左右。 銑磨出來要檢測工件是否合格，符合上述要求，可以用簡易球徑儀測量矢高。 （3）銑磨過程中注意事項 a、磨輪邊緣線速度的提高，有利于磨削效率的提高，也有利于工件表面粗糙度的改善。但是，磨輪軸速度不能無限的增大，磨頭軸轉速越高，機床的震動

9、、噪音、磨損均增大。本次實習中我們所用銑磨機主軸轉速20r/min，磨輪轉速在8500-10000r/min，轉速非常快，所以在夾持取出工件過程中要特別注意安全問題。 b、在銑磨調試工程中，要注意使磨具的邊沿和毛坯中心重合，否則銑磨出來的工件可能存在外凸包或者內凸包。如磨輪未磨到工件中心，則出現(xiàn)外凸包；如磨輪超過工件中心，則出現(xiàn)內凸包。 c、操作過程中要注意拉桿應該逐漸向前推進，在磨輪與毛坯接觸時，應緩慢給一個回力，然后慢慢放下。 d、老師在開始時會調試機器，調試好了最好不要隨意改變參數(shù)，否則會出現(xiàn)誤差。（4） 銑磨中常見的問題 常見的問題產生的原因克服辦法表面粗糙度不好1、砂輪粒度粗；2、機

10、床震動大；3、冷卻液不佳或流量不足；4、吃刀進給量過大；5、砂輪軸松動；6、砂輪軸軸承磨損或無潤滑油；7、光刀圈數(shù)不夠1、選擇適當?shù)哪ポ喠６燃稗D速；2、減小機床震動；3、調整冷卻液的噴射位置，流量適當；4、進刀量適當，保證光刀時間。零件偏心1、夾具定位面與工件軸不垂直；2、夾具與工件配合過松；3、橡皮墊圈不規(guī)則或不等厚1、夾正零件；2、修正夾具；3、裝夾時要擦凈零件和家具；4、膠層要均勻。面形不規(guī)則1、兩個軸不在同一平面上；2、砂輪軸松動1、兩軸線要調整到一個平面內；2、調整主軸間隙正常；3、控制主軸及磨輪軸徑向跳動量在機床設計指標之內。表面有菊花形紋路1、機床震動較大；2、切削量較大；3、光

11、刀時間短；4、滾動軸承的磨損會使磨頭松動。1、調整機床，減小震動及磨輪軸間隙；2、切削壓力要適當；3、保證光刀時間3、 磨邊工藝 透鏡在粗磨、精磨、拋光過程中，由于定位誤差、加工誤差等因素的影響，使得透鏡的光軸與其基準軸不重合，產生中心誤差。透鏡中心誤差定義為；光學表面定心頂點處的法線對基準軸的偏離量。定心頂點是光學表面與基準軸的交點。基準軸是用來標注、檢驗和校正中心誤差的，根據(jù)透鏡安裝表面形狀和裝夾條件而選定的能體現(xiàn)系統(tǒng)光軸的一條直線。這道工序是為了確定銑磨出來工件的中心（即機械中心和光軸重合），也是為了配合后面的精磨和拋光工藝。 （1）機械定心原理 在磨邊工序中，需要定心，定心過程中，有機

12、械定心和光學定心兩種方法，本次實習中，我們采用的是機械定心法。機械法定心是將被定心透鏡放在一對同軸精度高、端面精確垂直于軸線的夾頭之間，利用彈簧壓力來實現(xiàn)定心的，當透鏡光軸與機床主軸尚未重合時，每個夾頭端面與透鏡僅在一處接，若不考慮透鏡重量的影響，以一夾頭為例，夾頭的壓力N可分解為垂直于夾頭端面的夾緊力F和垂直于軸線的定心力P。定心力P將克服透鏡與夾頭見的磨察力Q，使透鏡沿垂直軸線方向移動。當夾頭整個環(huán)形端面都接觸到透鏡表面時（起接觸點軌跡是圓），定心力的作用就相互平衡，透鏡光軸與機床主軸（即透鏡的準基軸）相重合，達到了定心目的。機械法定心操作簡便，加工效率高，適用于中等尺寸，中等精度透鏡的大

13、批量生產。 （2）影響定心精度的因素a、 機床主軸的徑向跳動 主軸徑向跳動將造成透鏡基準軸的位置變化，因此，應使機床主軸的徑向跳動量小于定心精度。b、 定心夾頭 夾頭端面是透鏡定心時定位基準，決定了透鏡粘結面的曲率中心與夾頭幾何軸重合的程度，為此夾頭應滿足一定要求。c、觀察方法。整個定心過程中我們都是靠人眼觀察和感覺，存在一定誤差。為使應高效率、高精度定心磨邊的需要，可采用光學-電視定心裝置 （3）磨邊過程中的注意事項a、完成磨邊工序的工件的口徑應該在23mm到23.5mm之間，這樣才滿足后續(xù)工序的要求。b、磨邊工序中，使用的冷卻液是冷卻油，操作過程中，必須使冷卻液和磨輪同時處于工作狀態(tài)。c、

14、由于本次磨邊中用的是機械定心的方法，也就是靠機械的擠壓力來實現(xiàn)工件的定心過程，所以在整個操作過程中，手一定要注意一直推動拉桿，不可松開。否則工件將由于磨輪的高速旋轉飛出或者破裂，發(fā)生危險。4、 精磨工藝 金剛石磨輪的銑磨會咋透鏡表面產生凹凸層和向內延伸的裂紋，光學零件的精磨時為了減小工件表面的凹凸層深度和裂紋層深度，并進一步提高工件的幾何尺寸精度、表面面形精度以及粗糙度。精磨的質量對拋光的質量影響是非常重要的。精磨機理與銑磨機理相同，主要是機械切切削作用。目前存在的兩種形式的精磨工藝，即散粒磨料精磨和固著磨料精磨。固著磨料精磨就是金剛石丸片精磨，又稱高速精磨，其加工效率高，可以實現(xiàn)自動化生產。

15、 （1）精磨原理 采用金剛石磨具的球面高速精磨設備有平擺式、準球心和范成法等幾類。本次實習過程中用的是下擺式精磨，利用的依然是準球心的原理，它是利用擺動軸線通過對應鏡盤或磨具的曲率半徑中心，壓力方向始終指向曲率中心，且在加工過程中為恒定值，這樣可以使得所加壓力平穩(wěn)，壓力方向指向磨具球心，可以較好的達到均勻精磨。由于零件中心速度慢而邊沿粗度大，同樣，對于磨具來說，邊沿的切削率高，而中心的切削率低，所以在調試過程中，讓零件的中心對準磨具的邊沿，則正好可以實現(xiàn)光學工件和磨具工作相吻合，打到相對均勻的精磨效果。 金剛石丸片精磨時，第一道精磨去除粗磨較深的破壞層，大約每面去除1mm；第二道精磨又稱超精磨

16、，主要是去除第一道精磨較深的破壞層，大約每面去除0.005mm到0.01mm以上，從而達到拋光前的各項要求。 （2）精磨的基本設備 a、精磨中利用的磨具是金剛石丸片，其各性能（金剛石粒度、濃度、精磨片得結合劑以及精磨片的尺寸）對高速精磨的加工精度、表面質量、生產效率和工藝穩(wěn)定性都有重要影響。 b、精磨過程中，主軸的轉速比較快； c、精磨時用的冷卻液是有機液體； （3）精磨過程中的注意事項 a、精磨過程中，設定時間為40s，每一面要經過兩道精磨工序，第一道精磨去除粗磨較深的破壞層，大約每面去除1mm；第二道精磨又稱超精磨，主要是去除第一道精磨較深的破壞層，大約每面去除0.005mm到0.01mm

17、以上，從而達到拋光前的各項要求。 b、精磨時，要特別注意工件夾持的穩(wěn)定性，因為磨具的轉速相當快，一旦工件夾持不穩(wěn)定，很可能造成工件破裂甚至飛出，造成危險呢。 c、操作過程中，要注意把機器蓋蓋上，然后先開水泵（冷卻液），后開磨具，這樣更安全，加工結束后，將水泵關閉后再取出工件。 5、 拋光工藝 透鏡拋光是透鏡加工過程中最關鍵的一道工序。光學加工中，拋光是精磨以后的一個主要工序。工件在精磨之后，雖然具有一定的光滑和規(guī)則的表面形狀，但它還不完全透明而且表面的形狀也不是所要求的，需要經過拋光才能成為所要求的拋光表面。現(xiàn)在，拋光過程中多用的是高速拋光。 （1）拋光的目的a、去除精磨的破壞層，達到規(guī)定的表

18、面粗糙度要求；b、精修表面，達到圖紙規(guī)定的表面面形（光圈及局部允差）的要求；c、為以后的特種工藝，如鍍膜、膠合工序創(chuàng)造條件。 （2）拋光過程中的因素a、機械磨削 這種情況下，拋光與精磨的本質相同，都是堅硬的磨料顆粒對玻璃表面進行微小切削作用的結果，由于拋光是用很細顆粒的拋光液，所以微小切削作用是在分子大小范圍內進行。由于拋光模與工件表面相當吻合，因此拋光時切向力很大，從而使玻璃表面凸凹微痕結構被切削掉，逐漸形成光滑的表面。實驗表明，拋光粉粒度在一定范圍內，粒度越大，研磨效率越高，拋光粉硬度高，拋光速率越高，另外，在一定范圍內增加壓力、提高主軸轉速，拋光率會顯著提高。這些都說明，拋光過程中機械磨

19、削作用是基本的。b、化學作用 拋光的本質并不僅僅是機械磨削，拋光過程中必須要考慮到各種化學作用對拋光速率及拋光效果產生的影響。這些作用主要包括：水對玻璃的侵蝕作用、玻璃的水解反應（水與表面的硅酸鹽發(fā)生水解反應，結果玻璃表面的的堿金屬和堿土金屬被析出來，生成氫氧化合物，使拋光液變成堿性。同時玻璃表面形成硅酸凝膠薄膜，從而減輕了水的腐蝕作用，但由于硅膠層往往是多孔的或因龜裂而產生裂紋，于是在水溶液中的堿性就會進一步侵蝕玻璃的網(wǎng)絡內體，是玻璃主體遭到破壞，大量二氧化硅轉入拋光液中，一部分沉淀在玻璃表面。另外，玻璃表面在水的作用下發(fā)生水解，形成膠態(tài)硅酸層，在拋光粉作用下，膠層不斷被刮去，露出新的表面有

20、被水解，如此往復循環(huán)，構成拋光過程）、光學玻璃化學穩(wěn)定性與拋光速度的關系、拋光液pH值的影響、添加劑對拋光的影響（在拋光液中加入少量其他物質，以達到提高速率和改善表面疵病的目的） （3）準球心高速拋光 準球心高速拋光機主要由下列幾部分組成：a、傳動系統(tǒng)b、壓力頭機構c、拋光液循環(huán)系統(tǒng)d、電氣控制系統(tǒng) （4）拋光模的要求 適應高速高壓拋光工藝的要求，拋光模層應具有如下的性能： a、微孔結構:拋光模層具有與拋光顆粒相適應的微孔結構，這樣不僅能吸附,儲存大量的拋光顆粒，而且微孔的孔穴能夠容納拋光顆粒在其內作自由滾動。,并在水的作用下使拋光顆粒能比較均勻地分布在玻璃表面,以新的鋒利的尖角不斷地切削玻璃

21、。另外，拋光模層與玻璃表面是由許多很小的表面接觸,單位面積上壓力大，因此增強了拋光作用。b、耐熱性:能承受拋光中高速高壓所產生的熱，而不使拋光模面形變化，以保證光圈的穩(wěn)定。c、耐磨性:在高速高壓拋光中，拋光模磨耗少,能長期保持面形精度,以利于控制光圈。d、柔韌性:在一定的溫度和壓力下具有一定的蠕變,使拋光模層與被拋光表面緊密吻合,以減少表面疵病和有利于獲得所要求的光圈。e、硬度:硬度應適當,太軟，則拋光模容易變形，造成塌邊：太硬,容易造成光圈不規(guī)則和產生擦痕。f、其他方面:成型收縮率小，老化期長，細水性能好等。 （5）注意事項 a、準球心問題 ，必須使下模（凸鏡盤或凹拋光模）球面的曲率中心落在

22、搖臂的擺動軸線上和保持拋光模層厚度，鏡盤粘結膠的均勻一致。 b、 準確處理拋光壓力以控制拋光速度。 c、本次實習中，所設定的拋光時間在10分鐘左右，但為了獲得更好的效果，可以適當延長拋光時間。將工件夾持好后，必須要在蓋上蓋子后先啟動冷卻液，后啟動主軸以確保安全。 （6）拋光和精磨的區(qū)別 a、磨具不同：精磨用的是金剛石丸片，拋光用的是絕緣紙。 b、主軸的轉速不同：拋光時主軸較精磨時慢一些。 c、冷卻液不同：精磨時用的是有機液體，拋光時用的是拋光粉，它與水混合不僅有磨削作用，還有化學作用。6、 鍍膜工藝 光學薄膜是附著在光學零件表面的、厚度既薄又均勻的介質膜層，用于控制光線或保護光學零件表面。鍍膜

23、就是將光學薄膜沉積在光學零件表面的制造過程。隨著現(xiàn)在光學工藝的法展，鍍膜技術也在不斷發(fā)展中。 （1）鍍膜技術主要由光學鍍膜機完成。光學鍍膜機也被稱為光學薄膜制造裝置，它的主要功能部件組成與薄膜制造方法密切相關，主要技術有物理氣相沉積技術（主流）和化學氣相沉積技術。常見光學鍍膜機的真空系統(tǒng)由"真空室+真空泵組+真空測量及顯示+相關附件"組成 （2）光學薄膜制造工藝流程光學薄膜是應用金屬或電介質等材料作為膜層在光學零件上鍍制一層或多層薄膜，利用光線在這些膜層上的多次干涉效應，獲得所要求的光學效果。準備工作抽低真空抽高真空沉積薄膜薄膜性能檢測 （3）光學薄膜熱蒸發(fā)工藝流程圖模料選擇清洗真空室內相關零部件清洗光學零件膜系設計預裝模料零件裝夾光學性能檢測充氣取工件打開低真空泵真空室真空度檢測高真空泵預抽膜厚監(jiān)控蒸鍍真空室抽低真空打開高閥真空室抽低真空離子束輔助沉淀模料預熔離子束輔助清洗工件加熱工件旋轉 （4）本