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武 汉 职 业 技 术 学 院光学零件加工实训报告平凸透镜的加工及检测系、专业：电子信息工程学院、光电子技术班 级：光电14303班实 训 人：曹锦指导教师：陈书剑 王世霞 颜昌俊 2015年10月28日摘 要此次实训的项目是光学零件的加工，主要是球面零件的加工，此外还有平行平板机棱镜的加工。球面零件的加工主要为粗磨下料、精磨抛光、镀膜，粗磨下料的工艺较为传统，但对手法也有一定的要求。再就是精磨抛光，此部分主要看的是加工者的手法，手法直接影响到后面的定心以及镜片的好坏。最后就是镀膜，镀膜的作用有很多，我们的实训中的镀膜主要是为了起到一种保护镜片的作用。棱镜及平行平板的加工同样是对手法的考验。本次实训中小组中的成员基本能够完成自己的镜片加工，其中存在的主要的问题在于球面镜的精磨抛光、粗磨下料部分。粗磨下料部分主要在开球面环节，精磨抛光则主要是细磨手法不对等。此类问题在后来的定心磨边的环节中都得到了充分的验证。本报告的主要目标是：简述透镜的加工过程，分析加工过程中出现的问题，及此类问题的改进方法。对比得出传统和现代加工的不同特点了解光学零件的镀膜过程、熟悉镀膜机的使用及其各项性能。回顾整个实训过程中存在的操作方面的不足之处，进一步加深对整个零件加工环节的了解，加深自己对各个环节的印象。关键词：球面零件 加工环节 加工手法主要内容1.1概述光学玻璃的加工分为传统加工和现代加工，我们的实训中主要是传统加工方法。主要的加工零件为平凸透镜，它的主要操作流程是；粗磨下料、精磨抛光、定心磨边、镀膜等。这次实训的内容还包括平行平板棱镜的加工，检验等。1.2加工的特点传统加工的特点是加工出来的零件的精度高，质量好，因为它所使用的主要是手工为主，因此对操作人员的手法的要求很严格。此类加工适用于少量、高精度的加工需求。1.3加工生产流程选择原材料切割整平胶条滚圆球面铣磨（粗磨）精磨抛光自动定中心磨边检验光心、光轴、曲率OK清洗外观检验包装（流水下道）NGOKNG1.4粗磨下料1、切割：选取材料并把毛坯玻璃放入玻璃切割机(1-1图)里面。2、去除直角:把切割好的毛坯玻璃按尺寸在简易切割机上切割，再把切割好的矩形的四个直角用简易切割机把四个直角切掉。图1-13、胶条：把切割好的毛坯玻璃用玻璃胶粘在一起放在如(1-2图)所示。4、滚圆：使用滚圆机滚圆，把粘好的玻璃放在滚圆机里面滚圆，在刚开始滚圆的时候横向进刀可以大些，后半段加工余料的时候调小进刀量，直到把工件开至合适尺寸。图1-25、开球面：在滚圆结束就是开球面，可以用铣磨机开球面也可以用传统的手工开球面。实训中我们使用的是铣磨机开球面（如图1-3）。开球面所使用的是球面铣磨机，对角度的精准手法要求较为严格。1.5精磨抛光图1-31、清洗：把粗磨开好球面的工件用清水洗干净，清除工件表面的粗砂同时还要清除模子表面的残余的磨料，这样是为了防止在磨的时候粗砂划伤工件的表面。2、原理：精磨在我们的实训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间处于松散的状态。借助细磨所加的压力，通过磨具、磨料、工件之间的相对运动，实现零件表面的成型。在细磨前应该根据工件表面粗磨的状态决定砂的型号3、方法：磨球面时应将工件放入砂轮里轻轻加力，并且沿反方向转动工件，不时的转动工件，使工件的各个表面都能够被砂轮磨到。磨平面的方法与球面的相比操作较为简便，但基本一致主要是力度和手法应使工件各个面都能得到充分的研磨。4、机器：实训中所选用的研磨机是（如图1-4）所示的四轴研磨抛光机。古典法的精磨抛光是在同一台机器上完成的。每台机子的模具都是固定的，在抛光前应将模具放在开水里面烫，使模具表面软化。图1-45、磨料的选择：细磨选的是w40的细砂，精磨使用的是w14、w7的磨料。但在由细磨转为粗磨的过程中应该把工件洗干净，母的是防止两种不同的磨料的混合使细砂中混入粗砂，使工件表面出现刮痕。6、抛光： 上盘：使用沥青刚性上盘，上盘完成后，用酒精擦干净工件表面的污垢。 预热抛光模：把抛光模放在热水中浸泡，让抛光模变软图1-5 调整好研磨机的转速，并在抛光模上加少许的抛光粉，对于抛球面的就把抛光模贴紧工件用手在工件上来回推几下使抛光粉在工件的表面充分的分散。对于抛平面的则是在模盘上滴几滴抛光粉液体然后用手握住工件在模子上沿模子转动的反方向转动工件。准备工作完毕后就用铁笔压住工件大概十五分钟后就上砣。（如图1-5）7、 光圈的识别：光圈高低判断一侧加压法：低光圈，条纹弯曲的凹向背着加压点P（如图1-7a）, 高光圈：条纹弯曲的凹向朝着加压点P（如图1-7b）.周边加压法：低光圈，当沿P方向加压，空气隙减小时，条纹从边缘向中心移动（如图1-6a）。高光圈，高光圈：当沿P方向加压，空气隙减小时，条纹从中心向边缘移动（如图1-6b）。图1-6 图1-78、 光圈的修改：低光圈工件往里收，多抛工件的边缘部分，如果是高光圈工件往外拉多抛工件的中心部分。9、 下盘：工件光圈检测修改完毕抛光合格后就下盘清洗，清洗工件用到的是酒精和汽油。汽油是为了清除工件上盘时的沥青，酒精是为了洗掉工件上的洋干漆。1.6定心磨边1、在实际的生产过程中透镜的定心磨边分两步进行。定心：通过光学或机械的方法寻找并确定透镜光轴与基准轴重合的位置，即透镜光学表面定心顶点处的法线与基准轴重合的位置，这里的基准轴就是机床的回转轴。磨边：透镜定心后夹紧，用砂轮或金刚石磨轮磨削透镜的外圆，以获得图纸要求直径的透镜。透镜的定心方法主要分光学定心和机械定心两类。2、定心原理：机械法定心是将透镜放在一对同轴精度高、端面精确垂直于轴线的接头之间，利用弹簧压力夹紧透镜，根据力的平衡来实现定心。其中一个接头可以转动，另一个既能转动又能沿轴向移动。图1-83、机器的操作：自动定心磨边机（见图1-8）先开电源，再开水泵、砂轮，接着根据零件的大小调节千分尺。调节至合适大小时把工件加上去夹紧，接着把开关调至半自动化，自动定心磨边机会自动完成磨边定心的任务。4、操作自动定心磨边机是应该注意操作步骤，夹取工件时同样要注意手的姿势否则容易伤到手或者造成设备的损坏。1.7镀膜1、光学镀膜是通过特殊的装置在高温真空的条件下，通过汽化使膜料均匀的覆盖在工件表面的一种工艺。其用途有，减反、内反、外反、分束、滤光、保护、导电，等作用。按照材料划分有：金属、电解质、有机。2、实训中的镀膜是在高真空的环境下完成的，在高真空环境下完成的镀膜，可以提高膜沉积的速度、纯度、致密性及基片的附着力。真空镀膜机主要由，电控柜、控制系统、蒸发系统、机械系统、冷却系统。蒸发系统主要的加热方式为，电阻加热和电子束加热。3、工艺流程： 开机前应该清洁工作台，核对生产工艺卡。 开机流程：开控制柜机械系统扩散泵24v电源触控屏PLC电源机械泵预阀扩散泵工件夹具关闭预阀开放气阀通气打开真空室放清洁好的工件装比较片往坩埚里装膜料关上真空室的门开低阀关低阀开预阀开高阀进入PLC控制仪设置膜料的厚度膜的速度进入镀膜系统打开气柜电源开烘烤开工转开充气离子源开灯丝阳极电源开关灯丝电流30A阴极电流3-4A反顺序关阳极电流开关灯丝电流通氩气当显示为绿色是表示没有氩气开电子枪充气开枪挡板开电子腔灯丝开高压。 关机流程：反顺序上述流程。 如果要连续的给镜片镀膜加工，则重复上述流程加工件进去如果不用则关上真空室的门抽真空3分钟。 关机过程中要注意的事项为：反顺序关闭个开关（当扩散泵的温度下降到50度时，关闭冷却水系统关闭总气路关闭总电源开关）。 装配工件，完成整个平凸透镜的加工流程。结 论平凸透镜、棱镜、平行平板的加工，通过传统加工手法加工，加工速度慢操作较为复杂。从毛坯下料到加工完成所经过的周期较长，且只能够小批量的加工生产。但它的加工的精度高质量好，整个实训加工中需要对每个加工环节都认真完成，才能加工出高精度的镜片。任何环节的出差错都有可能导致整个加工的失败。平面零件加工摘 要光学平面零件是指由光学平面作为工作面的光学零件。它包括平晶、平行平板、平面反射镜、光楔、滤光片及棱镜等。由两个互相平行的光学平面构成的光学零件系统称为平行平板。通常以平面光学零件的面形精度和角度精度来衡量平面制造的精度，并以此将平面光学零件区分为高精度零件、中精度零件和一般精度零件。对棱镜和平板的技术要求中，有一些是和透镜的技术要求相同的，这些要求是：标准样板精度等级、光圈数N、局部光圈数N、表面粗糙度、表面疵病B、气泡度q，它们的定义、规定及要求也都适用于棱镜，这里不再重复。而角度要求是棱镜和平板特有的。这篇报告主要介绍，平面零件的加工过程，指出加工过程中存在的问题，总结经验以及所得到的体会。实训中我们的主要加工对象是直角棱镜、平行平板。关键词：平面零件、加工要求、精度主要内容1.1 概述本报告主要讲述使用传统工艺加工方法加工45直棱镜，平行平板，及双面磨抛机的使用。都为传统的手工加工，因此对加工的精度有较高的要求。其中平行平板的误差在15左右1.2 平行平板的加工平行平板的加工过程中，主要为手工操作。但在刚刚开始加工时需要在自准测角仪上观察哪边搞哪边低，这样做的目的是找出高的那一面，而需要磨的就是高的那面。一般的刚刚开始加工的镜片的偏差都在几分，因此刚刚开始加工的时候一般都是要开机床的。但在加工过程中也要不时的取下来放到自准测角仪上观察防止不小心磨过。加工过程中要注意自己的加工手法，对于较高的一面可以用较大的劲，在加工过程中同时也要转动镜片防止镜片中间没有被磨到。等到镜片的偏差只有一分左右时就要关掉机床，因为机床的转速过快，一分的误差太小很容易就会把一分的误差磨掉而出现新的误差。此时应该把机床关掉直接用手握住镜片在磨盘上转，并且需要不时的清洗观察。1.3 45直棱镜的加工在这次的 实训中加工45角直棱镜的要求是，两个腰相等90直角垂直，平面要求平行度好。由于我们拿到的是粗磨好了的工件，需要通过细磨加工而达到要求。在加工直角棱镜的时候我们用的都是细砂，在机床上完成加工但机床的速度都比较慢。由于两个45角都比较薄加工的时候容易磨破，所以加工是一般都会倒角，并且对加工者手法要求严格。加工过程之中一般是先加工零件的平面，对于平面的检测我们用到的是刀口尺，具体的操作方法是；左手拿着工件右手拿着刀口尺把刀口尺平放在工件的平面上，对着光照强的地方观察工件和刀口尺接触的地方是否有细缝，如果有则需要继续加工，如果没有则说明工件的平行度良好。1.4 双面磨抛机双面加工技术是指同时对平板类光学零件的两个平面同步进行加工的技术。显然，这种两面同步加工的技术，比每个面分别单次加工的效率要高得多，但相应的设备要求和控制要求也要高得多。双面加工的基本原理图，（如右图）1下模；2工件；3分离片；4挡圈；5上模；6铁笔杆.这种双面加工，般速度不高。下模比较大，上模比较小，挡圈直径比上模大，比下模小。适当地调节上模的摆动量，可以实现平板的上下表面同时精磨或抛光。研磨或抛光时，人工将磨料或抛光粉间断地添加到下模和平板的表面。这种低速的双面加工，比单面加工提高了效率，但被加工的平面度和双面的平行度则达不到很高的要求，所以只适用于一般精度平板的加工。下图所示的是高速双面加工机床，其加工原理如上图所示，图中高速双面加工的上模3和下模5直径相同，分别以大小相同、方向相反的角速度绕机床的主轴转动。在上下模之间，还有带动被加工工件的行星轮，它是被与主轴同心的内齿轮和中心齿轮啮合、驱动，绕着上下模的中心作行星运动，既有绕中心的公转，又有绕行星轮自我中心的自转。而被加工零件，则被放入行星轮中与被加工体形状一致的孔内，因此，被加工工件在上下模之间的运动，是行星运动与自转运动的合成，支承被加工零件的行星轮啮合情况这种高速双面加工主要应用在精磨和抛光工序，在精磨阶段，使用自己配制好的散粒磨料液，在抛光阶段，使用自己配制好的抛光液，加工时，先在下模的行星轮中摆放好被加工的平板，随下模的转动、内齿轮和中心齿轮的转动，带动行星轮运动，工件又由行星轮带动作行星运动，缓慢运动正常之后，上模开始接触，并逆向转动，从而使工件的运动进入合成状态。结 论平行平板，和直角棱镜的加工，所使用的是传统的加工手法，它的加工精度高，适合于小批量的加工。对于操作人员需要熟练的手法还要细心，要懂的自准测角仪的使用，对于棱镜的加工同样如此。双面磨抛机是较为现代的一种加工设备，可以用于大批量的加工。通过实训应该熟悉机器的各种性能，掌握其使用方法其他项目摘 要高速磨抛机是一种现代加工的设备，在具体的操作使用时可以调节其摆幅和偏心在试训过程中我们主要的操作是调节它的摆幅和偏心。光学零件的胶合工艺是指将两个或两个以上的透镜、棱镜、平面镜，彼此吻合的光学表面，按照一定技术要求粘结成为光学部件的工艺。常见的有胶合法、光胶法、机械法。胶合主要是改善像质、减少光能损失增加成像亮度、简化光学零件的加工、保护光学零件的表面。所谓晶体定向，就是在晶体材料毛坯上确定一个与该晶体轴成预定角度方向的基准面。其他 面均由该基准面来确定。在晶体加工中，先是根据晶体生长出来的宏观外形，棱、面与轴的关系进行粗略定向，然后在垂直于光轴的方向上划线切割，再把两个端面磨平 ，在此基础上再选用更精确的定向方法。下面介绍几种常用的晶体定向的基本方法。通常有根据外形初步定向、解理法定向、偏光显微镜定向。1.1高速磨抛机如有图所示为实训中接触到的高速磨抛机，它的摆幅和偏心可以根据加工需求调整。其中需要注意的是夹取工件的时候应该注意铁笔防止铁笔直接掉下来砸坏工件，在加工过程中应该打开水龙头并且保持水注射到工件的表面。防止在加工的过程中过热而使工件炸裂。在调整机器的摆幅和偏心的时候应该先用扳手把螺丝拧松，再用橡皮锤轻轻敲打逐渐的调整磨抛机的摆幅和偏心。1.2 透镜的胶合结合力法胶合法光胶法机械法定义利用透明光学胶将若干个光学零件结合成复杂的光学部件依靠零件抛光表面分子间的吸引力，将零件结合成复杂的光学部件采用机械零件(如隔圈压圈等)将若干个光学零结合成复杂的光学部件图示特点胶合件的结合力大，机械强度高，耐寒性和耐热性好；对胶合件的制造精度要求较高；适合与各种零件的胶合光胶件的结合力大，机械强度高，耐寒性和耐热好；要求光胶件的制造精度很高；不适应于大型零件、温差较大条件下工作零件、工作在光谱短波零件的胶合由于光学零件之间存在空气间隙，在界面上会生发射，有光能损失，适用于大型光学零件的结合1.3 晶体定向解理法定向：晶体在外力作用下容易沿解理面裂开，认定了解理面，即可由该解理面的密勒（HKL）指数大致确定晶体的光轴。由于不是所有晶体都有解理性，而且在获得解理面过程中，对晶体有一定的破坏作用，所以只在个别情况下才采用解理面定向方法。偏光显微镜定向：用偏光显微镜定向是晶体定向中最常用的方法。它是根据晶体光学的了理论，利用光的偏振性、相干性以及晶体具有双折射的性质综合考虑所采用的一种定向方法。对晶体定向的原理是利用会聚光的色偏振，得到与自然光相类似的干涉条纹，其测试原理如下图所示。S-光源 P1-起偏器 P2-检偏器 K-试样 O1-聚光镜 O2-物镜 BB-物镜的焦平面图结论实训的目的是为了培养动手能力在实训中应该听从老师和组长的安排，要掌握好理论知识。实训中的偏光显微镜看上去虽然很容易但是懂手去调却没有那么简单。通过实训我们应该巩固自己学到的理论知识更要掌握动手能力。