高精密平面光學零件加工工藝

PAGE.PAGE...河南工業(yè)職業(yè)技術學院HenanPolytechnicInstitute畢業(yè)設計題目高精度平面光學零件加工工藝系別光電工程系專業(yè)精密機械技術班級姓名學號指導教師日期.畢業(yè)設計任務書設計題目：高精密平面光學零件加工工藝設計要求：1.熟悉高精度平面光學零件加工的工藝，達到圖紙的設計要求。設計任務：1．畫出高精度平面光學零件加工原理圖；2.根據圖紙要求選用合適的加工方法；3．寫出詳細畢業(yè)設計說明書（10000字以上），要求字跡工整，原理敘述正確，會計算主要元器件的一些參數(shù)，并選擇元器件。設計進度要求：第一、二周：收集選題資料；在圖書館查看書籍，在實踐中聽取師傅的教導，在網上查找各類相關資料盡量使資料完整、精確。第三、四周：熟悉相關技術，將收集到的資料仔細整理分類，及時與導師進行溝通。將設計的雛形確立起來第五、六周：根據畢業(yè)設計格式確定、撰寫畢業(yè)設計；第七、八周：準備答辯指導教師（簽名）：.摘要光學平面零件是指由光學平面作為工作面的光學零件。它包括平晶、平行平板、平面反射鏡、光楔、濾光片及棱鏡等。由兩個互相平行的光學平面構成的光學零件系統(tǒng)稱為平行平板。通常以平面光學零件的面形精度和角度精度來衡量平面制造的精度，并以此將平面光學零件區(qū)分為高精度零件、中精度零件和一般精度零件。平面面形精度為N＝o．5～o．1，△N＝o．1以上；角度精度為20〞～5〞以上的零件，稱為高精度平面光學零件。屬于這類的光學零件有平面平行零件、平面樣板、棱鏡、多面體等。高精度平面的拋光除需要很好地解決加工中的裝夾變形、熱變形、應力變形、重力變形等問題外，還應采用先進的加工技術和精密的測試手段。這篇設計主要介紹，高精度平面零件的加工過程，指出加工過程中存在的問題，總結經驗以及所得到的體會。關鍵詞：：

平面零件、加工要求、拋光、精度目錄TOC\o"1-3"\h\u畢業(yè)設計任務書 I摘要 III目錄 IV1緒論 11.1范成法形成平面 11.2輪廓復印法或母板復制法 11.3小工具修磨法 12銑磨成型光學平面元件 23.光學平面的磨削、研磨 44光學平面的高速精磨 54.1平面高速精磨機 54.1.1PJN一320平面高速精磨傳動系統(tǒng)（如圖4.1） 54.1.2N一320平面高速精磨機氣路系統(tǒng) 64.1.3PJN一320平面高速精磨機電路系統(tǒng) 64.1.4PJN一320平面高速精磨機技術參數(shù) 64.2平面精磨用鏡盤特點 64.3高速精磨用平面金剛石磨具 74.4工藝因素對平面高速精磨的影響 84.4.1加工時間對表面粗糙度的影響 84.4.2主軸轉速對表面粗糙度的影響 94.4.3壓強對表面粗糙度的影響 94.4.4冷卻溫度對表面粗糙度的影響 95.高精密平面光學零件的拋光 115.1光膠法 115.2分離器法 135.3環(huán)式連續(xù)拋光法 145.3.1高速環(huán)型拋光法 145.3.2低速環(huán)型拋光法 165.3.2.1低速環(huán)拋法的原理 165.3.2.2低速環(huán)型拋光法的工藝參數(shù)及工藝裝備 175.3.2.3K17的作用 195.3.2.4制膠與制模工藝 195.4碳氟塑科拋光模 216高精度平面光學零件的檢驗 236.1平面面形偏差的無參考面干涉法測量 236.1.1三平面互檢法 236.1.2四平面互檢法 236.2激光平面干涉儀測量 246.3棱鏡干涉儀測量 266.4數(shù)字波面干涉儀檢驗 287結論 32致謝 33參考文獻 34.1緒論平面面形精度為N＝o．5～o．1，△N＝o．1以上；角度精度為20〞～5〞以上的零件，稱為高精度平面光學零件。屬于這類的光學零件有平面平行零件、平面樣板、棱鏡、多面體等。高精度平面的加工除需要很好地解決加工中的裝夾變形、熱變形、應力變形、重力變形等問題外，還應采用先進的加工技術和精密的測試手段。為了達到高精度與高效率,采用技術方法很多,有銑磨、精磨、研磨、拋光、分離器拋光、環(huán)拋、水中拋光、單點金剛石飛切(SPDFC)、計算機機控制小工具拋修(CCP)、離子拋光等等。從機理上考察,可以歸納為三類基本方法1.1范成法形成平面特點是依靠機床的精確運動形成平面包絡面,對機床精度要求高.如用筒狀金剛石磨輪銑磨平面,按正弦公式當α=0時,R=∞范成了片面(生產上為了排屑排冷卻液方便,α有一個小量,表面微凹)。單點金剛石飛切也是依靠高速旋轉的軸與飛刀作直線運動的工作臺垂直而范成了平面.工具與工件的加工接觸為線接觸。1.2輪廓復印法或母板復制法這種復制法與光柵復制法不一樣,在復制過程有磨削研磨、拋光過程。采用精磨模、拋光模(固著磨料拋光模與柏油拋光磨)加工的均屬于這一類.工具與工件的接觸為面接觸。1.3小工具修磨法計算機控制拋光(CCP)離子束拋光與手修屬于這一類,逐點拋修,邊檢邊修,精度可以很高，對局部修正非常方便.工具與工件的接觸為點接觸。

2銑磨成型光學平面元件我國QM30、PM500、XM260研磨機直到NVG-750THD型雙軸超精密平面磨床等大型平面銑磨機利用范成法原理高效銑磨出平面,而且可以采用適當?shù)慕饘賷A具,將角度修磨變?yōu)槠叫衅矫娴你娔?機床磨輪軸與工件的平行度、軸向經向跳動影響棱鏡的角度精度.銑磨成型是光學平面元件毛胚加工的主要技術方法之一。

3.光學平面的磨削、研磨重點在于加工出高精度光學表面面型(N、△N),磨削、研磨與拋光的運動形式很多,但其特點是一樣的,光學平面精度的獲得不主要依靠機床的精度,而主要依靠母板的精度的傳遞,應該重點研究與把握三個機理。輪廓復制法母板的產生、保持與修復三塊平面的對磨與修正平面精磨模要用金屬平磨來修磨,金屬平模就是母板,低速環(huán)拋機的校正板是母板,高速環(huán)拋機的聚氨酯拋光盤修正好后也成了母板.母板最原始最基本獲得的辦法是三塊平模的對磨與相互修正.研磨(精磨)與拋光過程就是母板的精度的保持、破壞與修復過程.精磨模、聚氨酯拋光模與固體磨料拋光模接近剛體,比較好滿足拋光方程要求,所以母板面型保持的時間長,適合高效加工要求。柏油拋光模塑性大,不滿足拋光方程要求,柏油模在拋光過程一直處于破壞與修復過程,是古典拋光的特點,效率低,精度高,并且表面粗糙度好。

4光學平面的高速精磨4.1平面高速精磨機PJN一320平面高速精磨機用于精磨平面鏡盤。4.1.1PJN一320平面高速精磨傳動系統(tǒng)（如圖4.1）圖4.1PJN一320平面高速精磨傳動系統(tǒng)圖1圖4.1PJN一320平面高速精磨傳動系統(tǒng)圖1—電機2、3—三角帶輪4—手輪5—變速箱6、7—三角帶輪8—主軸9—電機10、1—1三角帶塔倫12—減速器13—手輪14—偏心盤15—連桿16—擺軸17、18—絲桿螺母19—手輪20、21—齒輪齒條22—氣缸23—壓力球頭。(1)主軸傳動主軸電機1經一對三角帶輪2、3至六級變速箱5，從而使變速箱的輸出軸得到六級轉速，A變速箱三角皮帶輪6、主軸三角帶輪7使主軸8得到六級轉速。變速箱的變速通過兩個手柄調節(jié)來實現(xiàn)。(2)擺軸傳動由電機9，經一對三角帶塔輪10、11，傳動蝸輪蝸桿減速器l2，出減速器輸出軸上的偏心盤14經連桿l5傳動擺軸l6，使壓力頭以20或作左、右擺動．壓力頭與主軸磨盤的距離高低由內絲桿螺母17．18手動調節(jié)．壓頭力前后位置可由手輪19齒輪齒條20、21調整。4.1.2N一320平面高速精磨機氣路系統(tǒng)PJN一320平面高速精磨機由氣缸實現(xiàn)加壓，同樣地采用初比同樣地采用初壓、高壓好和低壓三個階段，所以氣路系統(tǒng)的原理圖與球面高速精磨機的氣路圖十分相似。4.1.3PJN一320平面高速精磨機電路系統(tǒng)工件軸的轉動、擺軸的擺動、初壓、高壓、低壓等各程序均由電路系統(tǒng)控制，從原理上講與球面高速精磨機的電路系統(tǒng)原理圖沒有什么原則區(qū)別。4.1.4PJN一320平面高速精磨機技術參數(shù)表4-1PJM-320平面高速精磨機技術參數(shù)表4-1PJM-320平面高速精磨機技術參數(shù)4.2平面精磨用鏡盤特點1、平高速精磨采用剛性上盤時，以粘結而為基準，從粗磨開始上盤，要注意工件的厚度公差，也即與銑磨機的軸向基準配合合理。同時，菊花紋、凸包、非球面度要遠小于精磨的加工余量。2、假如平而高速精機的壓力頭是不能轉動的死頂針，則頂針與膠平模間的連接處，要有一個要有一個徑向推軸承，用以減少頂針與膠平模的摩擦，使運動平穩(wěn)。3、頂針的著力點應盡量接近被加工表面。4膠平筋應該帶有筋，保證鏡盤剛度。4.3高速精磨用平面金剛石磨具平面金剛石磨具的基體一般隨平面高速精磨機同時購入，所以，不用自行設計。平面精磨模與主軸的聯(lián)接一般分兩種情況，一種為法蘭盤聯(lián)接，剛性好些，但磨盤基體與法蘭盤的接觸面必須刮研得好，否則精密盤夾緊后，共加工面可能會有變形；另一種為錐度定位，螺紋聯(lián)接。平面精磨盤的設計主要是精磨片在磨盤上的分布。平面精磨盤上精磨片的分布原則是使精磨片均勻磨損，保持各精磨片在磨損過程中磨損量相等，既能保證平面精磨盤使用過程中光圈穩(wěn)定。令平面精磨盤上精磨片按同心圓排列，并精磨盤安裝在主軸上作主運動。則當精磨盤轉動一圈時，第行的精磨片在接觸范圍內單位面積的平均磨損量為則式中是行精磨片在接觸范圍內的平均壓強，如公式(7—72)所示；可，是行精磨片的平均相對線速度；為行精磨片在精磨盤轉一圈中在接觸范圍內的磨削時間。當上盤在加工中不擺并隨動的話，在接觸范圍內的相對線速度是各點相等的。若令任意點的相對線速度，則式中、分別表示下盤、上盤的角速度，e為上下盤間的偏心距。圖4.2的關系曲線實際上為兩隨不同相對半徑處的如圖4.2所示，r為相對偏心距，從圖4.2可以看到，隨著r加大，邊緣部分的越來越大，磨盤中心部分的值圖4.2的關系曲線越來越小，甚至為負值。假如采用大的r值，上盤加工時不擺，這時，平面精磨盤的中心部位應該不分布精度片。式中是上精磨片被上盤所覆蓋的中心角的一半；為磨盤的角速度。若各行精密片的面都相同，則精磨盤光圈不變。由于2eA對于同一精磨盤加工來說是常數(shù)，所以，精磨片的分布，應保持各行的面值相等。4.4工藝因素對平面高速精磨的影響平面高速精磨的特點是磨去量不容易提高，在目前各種平面精磨機技術參數(shù)的變化范圍內，磨去量的變化并不太大．下面主要敘述工藝因素對玻璃表面粗糙度的影響。4.4.1加工時間對表面粗糙度的影響鏡盤初始表面用320﹟金剛砂研磨，然后在PJM—320平面高速精磨機上，以初壓延時壓延時、低壓延時分別為6s、18s、3s為一個加工單位時間，加工后測一次表面粗糙度，以四個不同的精磨盤分別做實驗，所得結果如圖4.3所示．4.4.2主軸轉速對表面粗糙度的影響用兩個不同精磨片的精磨盤1—4號和2—2號在5~20m/s邊緣線速度范圍內加工，玻璃表面的粗糙度Ra隨主軸轉速的提高而下降，如圖4.4所示，這是由于主軸轉速起高，每一顆金剛石在玻璃表面所定的軌跡超密，而磨去量并不增加多少所造成的。4.4.3壓強對表面粗糙度的影響用兩個不同的精磨盤2—2號和3—3號，在的壓強范圍內，玻璃表面粗糙度Ra但隨壓強的增加而下降，如圖4.5所示，圖4.4主軸轉速對表面粗糙度的影響B(tài)aK7;圖4.4主軸轉速對表面粗糙度的影響B(tài)aK7;320﹟;;24s—72s—12s2％F68;25℃;20I/min圖4.3加工時間對表面粗糙度的影響曲線圖4.3加工時間對表面粗糙度的影響曲線4.4.4冷卻溫度對表面粗糙度的影響如圖4.6所示，玻璃表面粗糙度受冷卻液溫度的影響，在25~26℃范圍內，溫度升高，Ra值略有下降。圖4.6冷卻液溫度對表面粗糙度的影響B(tài)aK7;圖4.6冷卻液溫度對表面粗糙度的影響B(tài)aK7;320﹟;4—4；；；，24s—72s—12s；2％F68；20I/min圖4.5壓強對表面粗糙度的影響圖4.5壓強對表面粗糙度的影響B(tài)aK7;320﹟;；，24s—72s—12s；2％F68;25℃;20I/min在PJM—320平面高速精磨機上的擺次只有兩種，即和，這兩種擺次對精磨磨去量和Ra值的影響均較小。濃度在2％一5％范圍內的F68冷卻液對平面精密磨去量和Ra值的影響也較小。

5.高精密平面光學零件的拋光5.1光膠法光膠法是利用光學表面間分子吸力來裝夾工件。平面零件的光膠是將已經拋光一面的工件1膠到平面光膠墊板2上，如圖5.1所示。由于依靠分子吸力裝夾，并且接艙面問沒有膠層和光膠墊板的兩表面嚴格平行，因此，工件的裝夾變形小，可以加工出平面度好，兩表面嚴格平行的平面零件。工件光膠面的光圈必須很好，光圈不好，不僅光膠不單，而且兩面的光圈要相互影響。即光膠面為低(高)光圈，則下盤后，加工面的光圈變高(低)。圖5.1平面光膠示意圖1—平面零件2一光膠墊板3一粘結膠4—粘結平板。光膠墊板可用K9或BaK7玻璃制作，其精度由被加工件的精度決定。通常光波面的平面度N＝o．2～o．5，△N=o．1，表面疵病等級B＝II圖5.1平面光膠示意圖1—平面零件2一光膠墊板3一粘結膠4—粘結平板。特別薄的平面零件，在加工第一面時應增大毛坯的厚度，第一面拋光合格后，將其光膠到光膠墊板上，先磨去增厚的尺寸，再精磨到所要求的尺寸，最后拋光到平面度和平行度符合要求。棱鏡的光膠是將棱鏡的拋光表面與夾具結合在一起．或兩個棱鏡的拋光表面結合在一起，使夾具的工作角度與棱鏡的被加工角度組成180°角，把角度加工轉換為平面加工，如圖5.2所示。棱鏡上與夾具光膠的面是定位基準。因此，棱鏡的角度精度由夾具的精度保證，只要夾具的工作角度十分精確和光膠的平面度符合要求，則與其成補角的棱鏡被加工角度也能加很精確。一般情況下，角度精度可達2〞～5〞，平面度N＝o．1。圖5.2棱鏡的光膠加工法（a）立方體加工；(b)長方體加工。圖5.2棱鏡的光膠加工法（a）立方體加工；(b)長方體加工。1—立方體2一長方體3一棱鏡；4一光膠墊板5一光膠操作時用墊扳。加工直角用的光膠夾具是立方體和長方體。利用長方體和光膠墊板可進行成盤加工，從而提高加工效率。立方體和長方體可用K9或BaK7玻璃制成，其精度由被加工件的精度決定。通常，它們上、下兩表面不平行度應不大子2〞，用光膠棱鏡的工作面與上、下兩表面間的夾角為90°±2〞，下表面和工作面的面形精度為N＝o．5～o．1，△N=o．1，表面疵病等級B＝II～III。對于屋脊角不符合要求的，可將屋脊角成對光膠，或是手修或是利用分離器加工。光膠時屋脊角的偏差必須符號相同、數(shù)值相近，如圖5.3所示。。對于其他高精度的角度同樣可以利用夾具工作角度與棱鏡被加工角度互補的原理進行光膠加工。例如，棱鏡45°角的光膠加工，可用45°光膠體，如圖5.4所示。其上兩個光膠面應與底面(測量基礎)成45°±2〞，上、下兩表面不平行度不大于2〞。圖5.3屋脊角的光膠法加工圖5.4棱鏡45°圖5.3屋脊角的光膠法加工圖5.4棱鏡45°角N光膠法加工5.2分離器法分離器是一塊只有若干個圓孔(少數(shù)為方孔)的工作面，平面度很好的玻璃平板，它主要用于平面零件、平面平行零件的拋光，也可用于棱鏡的拋光。分離器的直徑視平面工件的大小而定，一般為由，厚度約為直徑的1/10．分離器根據工件的大小、形狀制成多孔或單孔、圓孔或方孔。多孔式分離器孔的總面積(包括散熱孔)應為分離器面積的I/4～1/3，單孔式分離器孔的面積應為分離器面積的1/4。孔在分離器上分布不應中心對稱，并不得位于中心處。孔的直徑要比工件直徑大10～15％。分離器的材料應是內應力小、膨脹系數(shù)小的玻璃。分離器加工可以獲得高精度平面的原因；(—)大直徑分離器的良好平面度保證了拋光模的平面度，而且小直徑工件處于分離器中最容易拋光好的部位，所以工件能夠獲很高的平面度。(二)工件除隨分離器轉動和擺動外，本身還作自由運動，工件加工面上各點均做軌跡復雜的運動，各點的磨耗趨于相等。(三)加工中工件的受力點低，減少了顛覆力矩的作用，較好地克服了塌邊。另外，可以根據需要增減外加荷重，有效地修正光圈及角度偏差。(四)比成盤加工消除了裝夾變形，比手工拋光消除了手的溫度影響，有利于提高加工精度。分離器加工時，如圖5.5拋光模4隨主軸旋轉，分離器5由上架機構帶動而驅使位于孔中的工件6進行拋光。為使分離器在拋光模上運動更加平穩(wěn)，易于控制光圈，圖5.5為采用“蟹鉗式”擺動架帶動分離器工作。圖5.5“圖5.5“蟹鉗式”分離器法加工1一支架2一橡膠滾輪3一調節(jié)螺釘；4一拋光模；5一分離器6—平面零件。平面零件一般用普通拋光法拋光到l～2道光圈后，便可放入分離器內進行精拋光。拋光模直徑比分離器大20～30％，拋光柏油應較硬、柏油層應較薄，以減少拋光模的變形。為防止過大的吸附力，便于拋光劑在模上均勻流動和儲存，并使拋光模的中央和邊緣部位的溫度在拋光過程中盡可能一致，和有利于保持正確的面形，在拋光模上劃有10×10～20×20mm的方格網槽，同時方格位置不應與拋光模轉動中心對稱，以免運動軌跡周期性重復而引起零件表面的局部偏差。機床主鈾轉速為1～15r/min，偏心輪轉速為1.5～20r/min，擺幅不宜過大。分離器法加工的優(yōu)點是：加工精度高，而且穩(wěn)定，減輕了勞動強度，提高了加工效率。但由于分離器比工件大得多，尤其當工件尺寸很大時，分離器的尺寸相應地增大得很多，所以大分離器的制造十分困難。5.3環(huán)式連續(xù)拋光法5.3.1HPM60、80、100及JP650型環(huán)型拋光機的拋光盤直徑為600、800、1000及600mm.工件可以為平面,也可以為棱鏡組合光膠鏡盤或金屬夾具組合棱鏡鏡盤.由于HPM機型采用變頻調速,軟啟動,軟停止,運動平穩(wěn),低噪音使用更為方便。這類機床的工作原理也是母板復制法,要求底盤具有高的平面性,工作盤有時常修正環(huán)或分離器,主軸轉速高15-85rpm，通常用聚酸脂拋光片加拋光懸浮液拋光.顯然修好聚酸脂光盤的平面性是一個關鍵，可以用平面金屬模來修正也可以用金屬修正環(huán)來修正，這種方法是中等精度的高效加工方法.5.3.2高精度的平面(如平晶或薄型平面)適合用低速環(huán)型拋光法。這種方法也是母板復制法,由于工作母板(柏油拋光盤)具有可塑性,是邊拋光邊修正的,校正板起保持與修正作用,而速度、壓力也起保持與修正作用。5.3.2.1低速環(huán)拋法的原理根據Preston拋光方程.對工件平面上任意一點M(圖5.6)的拋光量h為式中,P－M點的瞬時壓強V－M點的瞬時速度T－加工時間A－與加工過程有關的工藝系數(shù)V－作如下分析:,,其瞬時速度中心在時,,,,當ω1→ω2時，當Req\o(\s\up5(),\s\do2(0))→∞，產生平動，速度趨于均勻。當推動平面的著力點接近接觸面時，壓力也趨于均勻，從而獲得了均勻拋光（磨損）的條件。熱變形是精密加工時要關注的問題，由于拋光熱使平行平面工件產生厚度方向的溫度線性分布，用△t表示，設工件外經為D，厚度為d，工件材料的熱膨脹系數(shù)為α，則平面變成球面性變形，求面的矢高為h，則如工件材料采用微晶玻璃或石英玻璃，則熱變形很小。5.3.2.2低速環(huán)型拋光法的工藝參數(shù)及工藝裝備以浙江大學1984年機械部簽定通過的RP-1000環(huán)型拋光機（圖5.7a），南京利生光學機械責任有限公司HPM150型環(huán)型機是低速環(huán)拋機（圖5.7b）為例討論參數(shù)。圖5.7bHPM150型環(huán)型拋光機①環(huán)型拋光模：拋光模環(huán)帶寬度通常為拋光模直徑的0.33～0.38,拋光模底盤用鋁合金制成，在拋光機上通過端面車削后即可制作柏油模，模層厚度10～10mm之間，拋光膠中通常加入K－17塑料粉，以增加韌性與穩(wěn)定性，拋光模應加制不通過中心的方格槽，拋光模通過車削或其他方法進行修整。如果采用玻璃或花崗巖作襯底，則模層厚度可以大大減薄。②校正板：可以用熔融石英、微晶玻璃，K4及K9玻璃制作，也有用金屬盤貼以玻璃來代替整塊玻璃制成校正板。校正板直徑通常為拋光模直徑的1/2～2/3。工件夾持器：可以用玻璃分離器，也可以用金屬貼以玻璃制成工件夾持器。轉速：主軸速度在精拋時為10～15cm/s之間，速度精度為1%，這時ω1與ω2接近。當然，也可以在校正盤卡輪上加裝馬達，以驅動校正盤的旋轉，使ω2趨近ω1。拋光液：采用點滴式加入氧化鈰拋光液，或采用浸沒式拋光，后者有利于溫度控制，最好采用離子水，控制PH值。⑥溫度：室內溫度為23℃～25℃，最重要的是室內溫度梯度（空間）與溫度變化（時間）的控制，通常用局部自動溫控在±0.05℃內。校正板工件（工件夾持器）裝御器：我們設計了一臺特殊的推車，高度可以調整，并帶有一組帶橡皮圈的滾柱，裝御很發(fā)方便。我國幾個主要單位的1m環(huán)拋機主要工藝參數(shù)對照表如表1所示。表1我國1m環(huán)拋機主要工藝參數(shù)對照表單位No.1No.2No.3No.4No.5拋光模直徑（米）1.01.091.11.01.0拋光模表面不平度（mm）0.01車后未測0.0050.030.01拋光模轉動時水平度（mm/m）未測0.1～10.2～0.30.060.05拋光膠配方0#（1∶3）+10%K172#或1.75#1∶2（玉門3號）+6%K171∶3.5(獨山子)+3%K171∶3(獨山子5#)+5%K17拋光膠軟化點（℃）70～8080～8580～85（針入度11～12）拋光膠層厚度（mm）17～181271516主軸轉速（rpm）1～21～1.510.5～11校正板尺寸（材料）?590X78（K9）?630?600X60?500X80（K4）?500X70（K4）室溫（℃）夏26°，冬23°21°22°±0.5°25°～26°5.3.2.3K17的作用K17是塑料的商業(yè)牌號，就是聚乙烯醇，呈粉末狀，色白。聚乙烯醇沒有一定的熔點，加熱時軟化，拉伸又重新結晶，有著明顯的纖維圈。溫度高于71±0.2℃時熱膨脹系數(shù)大，重復加熱出現(xiàn)滯后現(xiàn)象，其變形率如圖所示。在拋光模中增加韌性，提高切削性能；提高穩(wěn)定性，低于60℃時，不會變形。拋光的工作溫度低于30℃～40℃，高于71℃時易變形。5.3.2.4制膠與制模工藝180°配膠，140℃保溫，100℃加K17（有的單位70～80℃時加K17），40～50℃倒膠制模（底模預熱到40～50℃），自然冷卻、固化，車平開槽，一般為25X25，寬5，深4，（美國寬4，深6），50℃溫水修模，用校正板與工件夾持器修平，有時用工具（刮刀、砂輪）作局部修正。這種方法如圖5.8所示，它是從塊規(guī)的行星式拋光移植而來的，工作時將工件4置于帶校正盤1的環(huán)式拋光模2上，由夾持器5驅動進行拋光。它具有以下的優(yōu)點：(1)用面形精確的校正盤和夾持器代替分離器，校正盤的運動可隨時修正拋光模的面形，從而使拋光模具有精確的面形。另外，當工件尺寸或形狀變化時，只要更換次持器即可。(2)采用環(huán)式拋光模，可使工件運動無死點，連續(xù)地被拋光，而且其上各點的相對速度比較接近，從而工件上各點的磨耗比較均勻。圖5.8環(huán)式連續(xù)拋光法1—校正曲2一環(huán)式拋光模gi3圖5.8環(huán)式連續(xù)拋光法1—校正曲2一環(huán)式拋光模gi3——可調支架；4一平面零件；5一夾持器；6一滾輪。出工件進行檢驗和調換工件，維持連續(xù)加工，有利于保持拋光模面形的穩(wěn)定和溫度的均衡。(4)拋光校表面的各部分依次外露，有利于散熱，容易實現(xiàn)自動添加拋光劑和水。因此，是一種新式的高精度平面拋光方法。例如，對于的平面，其平面度可達以上，若能進一步改善溫度控制條件還可達到更高的精度。環(huán)式拋光模的直徑應遠大于零件的尺寸，拋光模直徑越大，加工精度越高，但拋光模直徑受機床的限制。拋光模的環(huán)帶寬度約為拋光模直徑的1/3．當拋光模用拋光柏油制作時，拋光柏油要有足夠的硬度和恰當?shù)膹椥?，以支持大的工具和工件，既便于校正，又能保持正確的面形；同時要有良好的塑性以及與工具、工件磨耗速度相匹配的蠕變速率。柏油層不宜太厚或太薄，一般在lo～20mm之間，拋光模的工作面上應有一定大小的方格網槽．拋光?；w的剛性要好，平面度要高。夾持器的制作與分離器相同，校正盤的直徑約為拋光模直徑的5/9～5/8。機床主鈾的轉速為o.5～15r/min，室溫為20±0.2℃或20±0.1℃。采用精制的氧化飾或紅粉作拋光劑。環(huán)式連續(xù)拋光法也可加工很薄的平面零件；能加工出不平行度的平面零件；還可用于加工棱鏡、多面體等，角度精度可達0.2″以上。5.4碳氟塑科拋光模光學拋光采用的碳氟塑料是聚全氟乙丙烯，即四氟乙烯與六氟丙烯的共聚物。碳氟塑料。拋光模具有如下的優(yōu)點：(一)在整個使用過程中不變形，長期保持面形的正確性。(二)拋光粉不嵌入碳氟塑料拋光模層內，模層的硬度保持不變，不會因硬度改變而使拋光模報廢。(三)零件拋光表面的微觀結構與柏油拋光一樣好，零件邊緣部位的拋光質量比柏油拋光好。(四)可采用機器拋光，加工效率高。因此，碳氟塑料可作為加工高精度平面的拋光模，在大量生產中使用。碳氟塑料拋光模基體一般用微晶玻璃，在經研磨得到兩表面平行的基體上開出互相垂直圖5.9碳氟塑料拋光模1一整平后的碳氟塑料表面；2一玻璃基體。的兩組平行直線的溝槽，再用粒度為飄的散粒磨料研磨出平面圖5.9碳氟塑料拋光模1一整平后的碳氟塑料表面；2一玻璃基體。拋光模的直徑約為零件直徑的1.25倍，碳氟塑料層厚度約為0.5～0.3mm。涂刷碳氟塑料時，為提高它與玻璃基體的結合力，應先涂一層粘結刑，然后刷上若干層盡可能薄的、均勻的碳氟塑料，每次涂刷后要烘烤固化，涂好的碳氟塑料的拋光模如圖5.9所示。由于碳氟塑料拋光模，在拋光過程中不能整平，因此，要預先在機器上用粗糙度由粗到細的整平板，并用水作潤滑劑進行整平。由于拋光模的平面度取決于整平板的平面度，所以，整平板的平面度應足夠高。碳氟塑料拋光模的平面度可用光學樣板或菲索干涉儀(用激光光源)檢驗。采用碳氟塑料拋光模時，可在專門設計的機床上作低速拋光，此機床應減振良好，主軸轉速能作精確控制，上環(huán)節(jié)由二個偏心盤帶動。機床的技術參數(shù)：主軸轉速為o.5～2r/min。主偏心軸為3—6r/min，另一偏心軸為1～3r/min。拋光劑為精制氧化飾，拋光最后階段用低濃度的氧化飾拋光劑。被拋光的零件應預拋光到l道干涉圈。使用碳氟塑料拋光模已成功地拋出平面度為的平面。若采用專用夾具，可以進行非圓形零件的平面拋光。目前，碳氟塑料拋光模還只限于平面拋光，被拋光材料也受到限制，如何應用于球面零件和火石玻璃、微晶玻璃等材料的拋光是碳氟塑料拋光模進一步研究的課題。

6高精度平面光學零件的檢驗高精度平面光學零件的檢驗包括平面面形和角度的檢驗．檢驗的方法很多，這里僅介紹幾種常見的方法。6.1平面面形偏差的無參考面干涉法測量6.1.1三個被檢平面，每兩個組成一組作平面干涉測量。如果三個被檢平面的面形偏差以光圈數(shù)計為人A、B、C，每兩個互檢時面形偏差為a、b、c，則可從三元一次聯(lián)立方程組，求出各個平面的面型偏差，即有方程組得6.1.2四平面互檢法四個被檢平面，每兩個組成一組，則可有六個組合形式進行互檢，若四個被檢平面的面形偏差為A、B、C、D，互檢時所得的面形偏差為a、b、c、d、e、f，從四元一次聯(lián)立方程組，可求出各個平面的面形偏差，即由方程組得如果用、……等表示被檢平面A、B……等助測量均方誤差，用、等表示干涉條紋的判讀均方誤差，根據間接測量誤差的傳遞公式，可得對于三平面互檢法若認為干涉條紋的判讀均方誤差是常數(shù)，即，則有對于四平面互檢法同樣認為則由此可見，四平面互檢法比三平面互檢法具有更高的測量精度．6.2激光平面干涉儀測量菲索型激光平面干涉儀是光學車間常用的精密儀器，其光學原理如圖6.1所示，He—Ne激光器1發(fā)出的光束經發(fā)散透鏡組2和聚光鏡3正好會聚在位于消球差物鏡焦面上的光闌4中，再經物鏡成為平行光束，射入楔形標準平面7及被檢平面8，并在兩者間產生等厚干涉。被檢平面放在調節(jié)圓臺9上，干涉條紋的寬度和方向可以通過調節(jié)圓臺上的三只調節(jié)螺釘10調節(jié)。檢驗平面度時，若表面為有規(guī)則的大曲率半徑的球面，則視場中的干涉條紋是彎曲的；若有局部偏差，則干涉條紋是不規(guī)則的。干涉條紋的判讀與樣板法一樣。檢驗不平行度時，若單色光的波長為，被檢零件的折射率為n，在被測范圍b內干涉條紋的數(shù)目為N，則平面平行零件的不平行度為另外，用局部受熱法判斷平面平行零件厚薄端時，可用手指或熱銅棒放在垂直于干涉條紋的某局部位置上，如圖6.2所示,為被測零件，l為熱銅棒．則受熱部位的干涉條紋凸出的方向就是零件的薄端。圖6.2平面平行零件厚端的判斷1一熱銅棒；2一平面平行零件圖6.2平面平行零件厚端的判斷1一熱銅棒；2一平面平行零件圖6.1激光平面干涉儀1—激光光源；2—發(fā)散透鏡；3—聚光鏡；4一光闌；5一分光鏡；6—非球面物鏡；7—標準平面；8—被檢平面；9一凋節(jié)圓臺；10一調節(jié)螺釘；11—底座；12—減震器；激光平面干涉儀還可測量屋脊角偏差。6.3棱鏡干涉儀測量棱鏡干涉儀也是利用等厚干涉原理，只是將參考光束和測試光束分開成兩束光路，其光學原理如圖6.3所示。反射鏡1將單色光源發(fā)出的光反射到聚光鏡2上，然后聚焦在位于準直物鏡4焦面上的光闡3中，形成點光源，光束經準直物鏡4后成為平行光束，射向分光鏡5，分光鏡5將光束分成兩路；一路射向測試反射鏡；另一路射向參考反射鏡，反射后，測試光束和參考光束產生等厚干涉。檢驗平面面形偏差時，被檢平面放在測試反射鏡的位置，則被檢平面的面形偏差反映在反射回來的測試光束平面波面的變形上，在觀察處，通過觀察透鏡，可看到干涉條紋。當參考反射鏡向縮短光程方向移動時，如果干涉條紋向中心收縮，則被檢平面是凸面；如果干涉條紋向外擴張，則被檢平面是凹畫，干涉條紋的判談與樣板法相同。檢驗平面平行零件的不平行度時，先調節(jié)測試反射鏡，使它經分光鏡H的虛象和參考反射鏡嚴格平行，然后將被檢件放到測試光路中，若其兩表面不乎行，那么經過被檢件，并由測試反射鏡反射回來的測試光束的方向就要改變，與參考光束的方向之間有一夾角，這時相當于測試反射鏡經過分光鏡的虛象已不再和參考反射鏡平行．如圖6.4所示，因此在干涉場中由被檢件直徑D所占據的范圍內，將看到具有一定間隔的平行的直條紋，若條紋數(shù)為N，光源波長為，被檢件的折射率為n時，不平行度的計算公式為圖6.3棱鏡干涉儀原理1一反射鏡；2一聚光鏡；3一光闌；4—圖6.3棱鏡干涉儀原理1一反射鏡；2一聚光鏡；3一光闌；4—準直物鏡；5一分光鏡；6一觀察物鏡；7—被檢平面零件8一光闌一測試反射鏡一參考反射鏡。圖6.4在棱鏡干涉儀上險驗不平行度1一平面平行零件H一分光鏡圖6.4在棱鏡干涉儀上險驗不平行度1一平面平行零件H一分光鏡—測試反射鏡；一參考反射鏡。檢驗屋脊角誤差時，按照被檢屋脊棱鏡實際使用時的光路，將其放入干涉儀的測試光路中，入射面對向由分光鏡H射出的平行光束，如圖6.5所示，出射面處放置測試反射鏡，并使和從被檢屋脊棱鏡射出的光束大致垂直，將光反射回去，再次通過屋脊棱鏡后，在分光鏡上反射，并且與參考反射鏡反射回來的平行光相會合后，進入觀察系統(tǒng)．如果被檢屋脊棱鏡的屋脊角有誤差，則一束平行光射入屋脊棱鏡后，分別經過兩個屋脊面上反射的兩部分光線不是以相同的方向射出，而是具有夾角為雙象差S的兩束平行光。它又由測試反射鏡反射回來再次通過屋脊棱鏡之后，這兩部分光之間的夾角變?yōu)?S。最后由波面為準確平面的參考光和波面由相交2S角的兩個平面組成的測試光產生干涉，在干涉場中將見到測試光束的兩部分分別與參考光束相干涉的兩組干涉條紋．若稍稍偏轉測試反射鏡，使整個測試光束方向相對于參考光束發(fā)生變化，則在干涉場中可得到反映同一被檢屋脊角誤差的一些不同形式的干涉條紋，由所見到的干涉條紋，可以計算出屋脊角的誤差。如果光源的波長為，被檢屋脊棱鏡的所有工作面平面度良好，玻璃的折射率n是均勻的，屋脊棱鏡的通光口徑為D，為方便起見，調節(jié)視場的一半為均勻的一片，另一半為與屋脊棱線相平行的直條紋，數(shù)出干涉條紋數(shù)目N，則可計算出被檢屋脊棱鏡的屋脊角誤差或雙象差S式中為在光軸截面內，光軸與屋脊棱垂直線之間的夾角，對不同類型的屋脊棱鏡，其值不同。6.4數(shù)字波面干涉儀檢驗菲索型平面干涉儀和泰曼干涉儀檢驗平面面形的精度可達/20，當要求更高的測量精度，可采用多光束干涉儀、數(shù)字波面干涉儀、多通道干涉儀、物理位相法的光電檢驗等，它們的測量精度可達到/100以上．這里簡單介紹數(shù)字波面干涉儀的工作原理。數(shù)字波面干涉儀是屬于泰曼型的，其光學原理如圖6.6所示，由He—Ne激光器7發(fā)出的光經起鬧器6、可變衰減器5和準直鏡將偏振激光射入偏振分光棱鏡圖6.6數(shù)字波面干涉儀1圖6.6數(shù)字波面干涉儀1—被檢面；2一檢偏器3一二極管列陣相機；4一偏振分光鏡；5一可變衰減器；6一起偏器；7一激光光源；8一帶壓電陶瓷的參考面9一1／4波片圖6.5在棱鏡干涉儀上檢驗屋脊角誤差L一屋脊棱鏡；H—分光鏡；—測試反射鏡；：一參考反射鏡。4，從而分成兩束光路；一路經帶壓電陶瓷的參考反射鏡8反射，井二次通過1/4波片9到達檢偏器2；兩束偏振光經過檢偏器后發(fā)生干涉，干涉光強被二極管列陣相機接收。整個儀器用小型電子計算機控制和數(shù)據處理。數(shù)字波面干涉儀是利用雙光束交流干涉原理。當計算機控制一個高壓振蕩器、使壓電陶瓷發(fā)生機械成振動，壓電陶瓷帶動參考鏡在雙光束光路中發(fā)生軸向振動，由于振動而產生的位移量L是隨時間而變化，即L＝L(t)。若參考鏡到分光棱鏡距離為S，K＝2n/，則參考波前方程為(1-1)若被檢面的二維面形輪廓為，其到分光棱鏡距離為S，則被檢面的波前方程為(1-2)若兩相干光束的振幅為a、b，則干涉條紋光強為干涉場上任一點的光強I(x，y，L)是L的余弦函數(shù)，因此，可以寫出它的付氏級數(shù)形式式中——付氏級數(shù)的直流分量；，——付氏級數(shù)的一次諧波分量系數(shù)．將公式(1-1)展開并與公式(1-2)比較得則因此，只要求出付氏系數(shù)和，便可計算出被檢面的二維輪廓。由于參考舀移動/2距離，I(x，y，L)就發(fā)生一個周期(2)的光強變化。在實際測量時必須對I(z，y，L)在一個周期內進行采樣測量，以測出付氏系數(shù)。為提高測量的可靠性，消出測量過程中大氣湍流、熱流及其他漂移的影響，可在P(P＝4)個周期中采樣，每個周期采樣m(m＝25)個點，按四個周期共測量個點的數(shù)據進行累加并取平均值，以測出付氏系數(shù)．即式中，=1,2,3……用數(shù)字波面干涉儀檢驗的優(yōu)點：（1）參考面在整個測量過程中移動P·(/2)的距離，采集了P個周期的光強，由于參考面的振動頻率(一個周期所需的采樣時間的倒數(shù)稱為參考面的振動時間頻率)可以在一定范圍內調整，當使其與外界漂移的頻率接近，則可消除外界漂移的影響，從而使儀器獲得高精度、高穩(wěn)定性。（2）采用偏振波片系統(tǒng)進行光度調制，提高了干涉條紋的光強，降低了光的損失，消除了雜光條紋；對于測量不同反射率的工件，不必更換參考鏡，只要調整偏振器就可達到兩相干光強相等，提高干涉條紋的對比度．（3）利用電子計算機控制、儲存和計算等功能，使儀器可以消除光學零件