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武 漢 職 業(yè) 技 術 學 院 光學零件加工實訓報告 平凸透鏡的加工及檢測 系、專業(yè)：電子信息工程學院、光電子技術 班 級：光電14303班 實 訓 人：曹錦 指導教師：陳書劍 王世霞 顏昌俊 2015年10月28日 摘 要 此次實訓的項目是光學零件的加工，主要是球面零件的加工，此外還有平行平板機棱鏡的加工。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，我們的實訓中的鍍膜主要是為了起到一種保護鏡片的作用。棱鏡及平行平板的加工同樣是對手法的考驗。 本次實訓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證。 本報告的主要目標是：簡述透鏡的加工過程，分析加工過程中出現(xiàn)的問題，及此類問題的改進方法。對比得出傳統(tǒng)和現(xiàn)代加工的不同特點了解光學零件的鍍膜過程、熟悉鍍膜機的使用及其各項性能?；仡櫿麄€實訓過程中存在的操作方面的不足之處，進一步加深對整個零件加工環(huán)節(jié)的了解，加深自己對各個環(huán)節(jié)的印象。 關鍵詞：球面零件 加工環(huán)節(jié) 加工手法 主要內容 1.1概述 光學玻璃的加工分為傳統(tǒng)加工和現(xiàn)代加工，我們的實訓中主要是傳統(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。這次實訓的內容還包括平行平板棱鏡的加工，檢驗等。 1.2加工的特點 傳統(tǒng)加工的特點是加工出來的零件的精度高，質量好，因為它所使用的主要是手工為主，因此對操作人員的手法的要求很嚴格。此類加工適用于少量、高精度的加工需求。 1.3加工生產流程 選擇 原材料 切割 整平 膠條 滾圓 球面銑磨（粗磨） 精磨 拋光 自動定中心磨邊 檢驗光心、 光軸、曲率 OK 清洗 外觀 檢驗 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(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上切割，再把切割好的矩形的四個直角用簡易切割機把四個直角切掉。 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：使用滾圓機滾圓，把粘好的玻璃放在滾圓機里面滾圓，在剛開始滾圓的時候橫向進刀可以大些，后半段加工余料的時候調小進刀量，直到把工件開至合適尺寸。 圖1-2 5、開球面：在滾圓結束就是開球面，可以用銑磨機開球面也可以用傳統(tǒng)的手工開球面。實訓中我們使用的是銑磨機開球面（如圖1-3）。開球面所使用的是球面銑磨機，對角度的精準手法要求較為嚴格。 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候粗砂劃傷工件的表面。 2、原理：精磨在我們的實訓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)。借助細磨所加的壓力，通過磨具、磨料、工件之間的相對運動，實現(xiàn)零件表面的成型。在細磨前應該根據(jù)工件表面粗磨的狀態(tài)決定砂的型號 3、方法：磨球面時應將工件放入砂輪里輕輕加力，并且沿反方向轉動工件，不時的轉動工件，使工件的各個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使工件各個面都能得到充分的研磨。 4、機器：實訓中所選用的研磨機是（如圖1-4）所示的四軸研磨拋光機。古典法的精磨拋光是在同一臺機器上完成的。每臺機子的模具都是固定的，在拋光前應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：細磨選的是w40的細砂，精磨使用的是w14、w7的磨料。但在由細磨轉為粗磨的過程中應該把工件洗干凈，母的是防止兩種不同的磨料的混合使細砂中混入粗砂，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 調整好研磨機的轉速，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動的反方向轉動工件。準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、 光圈的識別：光圈高低判斷 一側加壓法：低光圈，條紋彎曲的凹向背著加壓點P（如圖1-7a）, 高光圈：條紋彎曲的凹向朝著加壓點P（如圖1-7b）. 周邊加壓法：低光圈，當沿P方向加壓，空氣隙減小時，條紋從邊緣向中心移動（如圖1-6a）。高光圈，高光圈：當沿P方向加壓，空氣隙減小時，條紋從中心向邊緣移動（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、在實際的生產過程中透鏡的定心磨邊分兩步進行。定心：通過光學或機械的方法尋找并確定透鏡光軸與基準軸重合的位置，即透鏡光學表面定心頂點處的法線與基準軸重合的位置，這里的基準軸就是機床的回轉軸。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定心和機械定心兩類。 2、定心原理：機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)力的平衡來實現(xiàn)定心。其中一個接頭可以轉動，另一個既能轉動又能沿軸向移動。 圖1-8 3、機器的操作：自動定心磨邊機（見圖1-8）先開電源，再開水泵、砂輪，接著根據(jù)零件的大小調節(jié)千分尺。調節(jié)至合適大小時把工件加上去夾緊，接著把開關調至半自動化，自動定心磨邊機會自動完成磨邊定心的任務。 4、操作自動定心磨邊機是應該注意操作步驟，夾取工件時同樣要注意手的姿勢否則容易傷到手或者造成設備的損壞。 1.7鍍膜 1、光學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、內反、外反、分束、濾光、保護、導電，等作用。按照材料劃分有：金屬、電解質、有機。 2、實訓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。真空鍍膜機主要由，電控柜、控制系統(tǒng)、蒸發(fā)系統(tǒng)、機械系統(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 開機前應該清潔工作臺，核對生產工藝卡。 ② 開機流程：開控制柜—機械系統(tǒng)—擴散泵—24v電源—觸控屏—PLC電源 機械泵—預閥—擴散泵—工件夾具—關閉預閥—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—關上真空室的門—開低閥—關低閥—開預閥—開高閥—進入PLC控制儀—設置膜料的厚度—膜的速度—進入鍍膜系統(tǒng)—打開氣柜電源開烘烤—開工轉—開充氣離子源—開燈絲—陽極電源開關—燈絲電流30A—陰極電流3-4A—反順序關陽極電流開關—燈絲電流—通氬氣—當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 關機流程：反順序上述流程。 ④ 如果要連續(xù)的給鏡片鍍膜加工，則重復上述流程加工件進去如果不用則關上真空室的門抽真空3分鐘。 ⑤ 關機過程中要注意的事項為：反順序關閉個開關（當擴散泵的溫度下降到50度時，關閉冷卻水系統(tǒng)—關閉總氣路—關閉總電源開關）。 ⑥ 裝配工件，完成整個平凸透鏡的加工流程。 結 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。但它的加工的精度高質量好，整個實訓加工中需要對每個加工環(huán)節(jié)都認真完成，才能加工出高精度的鏡片。任何環(huán)節(jié)的出差錯都有可能導致整個加工的失敗。 平面零件加工 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。 對棱鏡和平板的技術要求中，有一些是和透鏡的技術要求相同的，這些要求是：標準樣板精度等級△、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。而角度要求是棱鏡和平板特有的。 這篇報告主要介紹，平面零件的加工過程，指出加工過程中存在的問題，總結經(jīng)驗以及所得到的體會。 實訓中我們的主要加工對象是直角棱鏡、平行平板。 關鍵詞：平面零件、加工要求、精度 主要內容 1.1 概述 本報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需要在自準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候一般都是要開機床的。但在加工過程中也要不時的取下來放到自準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，在加工過程中同時也要轉動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就要關掉機床，因為機床的轉速過快，一分的誤差太小很容易就會把一分的誤差磨掉而出現(xiàn)新的誤差。此時應該把機床關掉直接用手握住鏡片在磨盤上轉，并且需要不時的清洗觀察。 1.3 45直棱鏡的加工 在這次的 實訓中加工45角直棱鏡的要求是，兩個腰相等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，需要通過細磨加工而達到要求。在加工直角棱鏡的時候我們用的都是細砂，在機床上完成加工但機床的速度都比較慢。由于兩個45角都比較薄加工的時候容易磨破，所以加工是一般都會倒角，并且對加工者手法要求嚴格。 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，對著光照強的地方觀察工件和刀口尺接觸的地方是否有細縫，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 雙面加工技術是指同時對平板類光學零件的兩個平面同步進行加工的技術。顯然，這種兩面同步加工的技術，比每個面分別單次加工的效率要高得多，但相應的設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?shù)卣{節(jié)上模的擺動量，可以實現(xiàn)平板的上下表面同時精磨或拋光。研磨或拋光時，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床的主軸轉動。在上下模之間，還有帶動被加工工件的行星輪，它是被與主軸同心的內齒輪和中心齒輪嚙合、驅動，繞著上下模的中心作行星運動，既有繞中心的公轉，又有繞行星輪自我中心的自轉。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，因此，被加工工件在上下模之間的運動，是行星運動與自轉運動的合成，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，先在下模的行星輪中擺放好被加工的平板，隨下模的轉動、內齒輪和中心齒輪的轉動，帶動行星輪運動，工件又由行星輪帶動作行星運動，緩慢運動正常之后，上模開始接觸，并逆向轉動，從而使工件的運動進入合成狀態(tài)。 結 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心，要懂的自準測角儀的使用，對于棱鏡的加工同樣如此。雙面磨拋機是較為現(xiàn)代的一種加工設備，可以用于大批量的加工。通過實訓應該熟悉機器的各種性能，掌握其使用方法 其他項目 摘 要 高速磨拋機是一種現(xiàn)代加工的設備，在具體的操作使用時可以調節(jié)其擺幅和偏心在試訓過程中我們主要的操作是調節(jié)它的擺幅和偏心。光學零件的膠合工藝是指將兩個或兩個以上的透鏡、棱鏡、平面鏡，彼此吻合的光學表面，按照一定技術要求粘結成為光學部件的工藝。常見的有膠合法、光膠法、機械法。膠合主要是改善像質、減少光能損失增加成像亮度、簡化光學零件的加工、保護光學零件的表面。所謂晶體定向，就是在晶體材料毛坯上確定一個與該晶體軸成預定角度方向的基準面。其他 面均由該基準面來確定。在晶體加工中，先是根據(jù)晶體生長出來的宏觀外形，棱、面與軸的關系進行粗略定向，然后在垂直于光軸的方向上劃線切割，再把兩個端面磨平 ，在此基礎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 如有圖所示為實訓中接觸到的高速磨拋機，它的擺幅和偏心可以根據(jù)加工需求調整。其中需要注意的是夾取工件的時候應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。 在調整機器的擺幅和偏心的時候應該先用扳手把螺絲擰松，再用橡皮錘輕輕敲打逐漸的調整磨拋機的擺幅和偏心。 1.2 透鏡的膠合 結合 力法 膠合法 光膠法 機械法 定義 利用透明光學膠將若干個光學零件結合成復雜的光學部件 依靠零件拋光表面分子間的吸引力，將零件結合成復雜的光學部件 采用機械零件(如隔圈壓圈等)將若干個光學零結合成復雜的光學部件 圖示 特點 ①膠合件的結合力大，機械強度高，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光膠件的結合力大，機械強度高，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 由于光學零件之間存在空氣間隙，在界面上會生發(fā)射，有光能損失，適用于大型光學零件的結合 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 結論 實訓的目的是為了培養(yǎng)動手能力在實訓中應該聽從老師和組長的安排，要掌握好理論知識。實訓中的偏光顯微鏡看上去雖然很容易但是懂手去調卻沒有那么簡單。通過實訓我們應該鞏固自己學到的理論知識更要掌握動手能力。