光学零件的加工实训报告.docx

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光学零件的加工实训报告

光学零件的加工实训报告

项目一平凸透镜的加工

1、实训目的

1.读懂零件图纸

2.掌握加工透镜的工艺流程，相关专业术语、设备、检测工具的名称。

3.在老师的指导下，用古典加工方法完成平凸透镜的加工及检测.

二、实训内容

1.铣磨（粗磨）

a、切割

粗磨的第一步是切割。

切割是将玻璃大料块切割成所需要的小料块的过程。

按加工尺寸和加工余量要求，在大料块上划出标线，然后沿线进行切割或锯切。

玻璃切割机如左图所示。

在具体的实训的过程中，首先，将准备好的大型快料固定在操作台上，计算好所需零件的厚度。

打开电源调整好进刀量，切割前记得打开冷却液，否则零件温度容易过高。

调整好刀片位置后按慢进，开始切割原料。

眼睛看着砂轮的位置当砂轮快到达零件底部时停止进刀，取下零件后用游标卡尺测量零件中心厚度，如果满足要求则按照该尺寸继续切割；如不满足要求则调整进刀量继续切割。

注意事项：

（1）在搁放零件原料的工作平台上放置一快木板。

（2）零件用木块和螺钉固定以防止在切割过程中零件挪动导致废品出现。

（3）在计算进刀量时要考虑到砂轮的厚度。

（4）切割前一定要打开冷却液

b、整平

整平的目的是磨平剧切时留下的不平痕迹及破口，以保证零件平行度，控制尺寸，提高表面光洁度

C、胶条

为了提高精度和效率，常将规格相同的一组划方玻璃按厚度方向胶成长条

如图所示是零件胶条示意图，图中用一个直角行夹具固定玻璃长条。

其作用在于使零件的中心轴处于同一条直线上为下一步滚圆做准备。

注意事项：

（1）长条长度要适宜，一般取直径与长度之比为1：

4~1：

7。

（2）为了保护长条两端的毛坯零件，通常在长条两端各粘一保护垫片。

d、滚圆

用一定的工具加工零件的外形轮廓，使之成为圆形。

外圆铣磨有普通外圆铣磨和无心外圆铣磨两种。

（也有用套料机获得圆形毛坯）

在磨削时砂轮主轴与工件主轴间形成一适当的角度（平常为30°左右）使一次磨削量增大。

工件的转动，工件的纵向进给（即工件每转一周沿自身轴线方向移动的距离），磨轮的横向进给（也称磨削深度或吃刀量）等。

当工件纵向行程结束时，磨轮做横向进给。

e、开球面

将滚圆后的毛坯磨出球面形状，使其达到零件粗磨完工后的曲率半径和中心厚度的要求。

在我们实训过程中采用用金刚石磨轮铣磨，其采用斜截圆原理，原理图如下1图所示球面铣磨时，磨轮与工件轴交于0点，两轴的夹角为，筒形金刚石磨轮绕自身轴线高速旋转，而工件绕自身轴线慢速回转，则磨轮的切削刃口在工件表面上的磨削轨迹为一球面。

原理图滚圆机内部示意图

注意事项

（1）零件应该装夹好否则高速旋转过程中零件容易脱落

（2）操作操作杆是不可过快否则会碰碎零件

f、粗磨

在完成开球面后就开始粗磨来修整球面面形。

首先，我们用100#磨料将球面面形磨出来，然后同样用100#磨料粗磨平面。

我们在切割是得到的零件中心厚度大概在13mm左右，而此时我们需要将零件的中心厚度磨到10.5mm左右。

达到此厚度后依次改用240#和280#两种磨练对零件2面进行粗磨其目的在于初步减小零件表面疵病为精磨做准备。

粗磨机床

注意事项：

（1）在进行不同磨料转换时，要将零件和磨具清洗干净，如果磨料混合零件很可能达不到所需要求

（2）在粗磨过程中要注意充分利用磨具的大小旋转零件的范围要尽可能的大，这样才可以更快的磨好

（3）在磨削过程中不要握住零件的同一地方要改变拿零件的位置，因为磨具不同位置的速度不同，如长时间磨削同一地方会造成零件的面形和平行度不满足要求

零件面形的检验：

检验铣磨面形的方法有样板检验和简易球径仪测量矢高、擦贴法三种方法。

在实训中我们用样板法进行检验。

对于球面，我们用金属弧形样板检验，对于平面我们用刀口尺进行检验。

g、精磨、抛光

精磨的目的是保证工件达到抛光前所需要的面形精度、尺寸精度、表面粗糙度。

抛光的目的是①去除精磨的破坏层，达到规定的表面粗糙度要求；②精修面形，达到图纸要求的光圈和局部光圈的要求；（3）为后序特种工艺，如镀膜、胶合创造条件。

精磨过程我们用302#和304#2种磨料对零件进行加工，零件的每一面都需要用每一种磨料精磨15分钟。

精磨方法和注意事项同粗磨。

抛光过程我们采用古典法抛光，古典法抛光采用的抛光层材料多为抛光柏油。

抛光和精磨可以采用同一种机床，对于抛光粉我们氧化铈的悬浊液。

精磨磨具抛光磨具

精磨抛光机（四轴机）

抛光过程中最重要的是对光圈的检验：

实训中我们采用样板法对光圈进行检验，我的零件在检验后发现是高光圈。

也就是说零件的中心过厚因此将抛光磨具向零件的中心移动，相反如果是低光圈则是边缘过厚将抛光模具向边缘移动。

h、定心、磨边

定心磨边的目的是消除透镜的中心偏差，使透镜的基准轴和光轴重合并且使零件的外圆直径达到所需要的尺寸。

定心是通过光学或机械的方法将透镜的两球心置于磨边机回转轴线上，从而把以光轴为基准的磨边过程，变成以机床轴为对称轴的修磨透镜外圆的过程。

磨边是透镜定心后夹紧，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。

机械定心的原理及方法

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。

其中一个接头可以转动，另一个既能转动又能沿轴向移动。

当透镜光轴与机床主轴尚未重合时，则在弹簧弹力的作下，使透镜向未与接头接触的一边移动，直至整个表面与接头端面接触为止，完成定心。

i、镀膜

真空镀膜机由主机和电控柜组成。

其中主机又包括真空系统、蒸发系统、膜层厚度控制系统、水冷系统等组成。

实训步骤：

开总电源→机械泵→24V电源→触摸屏→PLC电源→控制1、2、3、4

进入触摸屏真空系统

开机械阀、阈阀、扩撒泵。

设定扩撒泵温度40min后温度达到关阈阀开放气阀开真空室们，清洁真空室放入清洁好的工件和比较片，填装膜料关真空室门，开低阀抽真空后关低阀开阈阀5s后开高阀

进入膜系统

将除阻蒸开光以外的所有点电源开关全部打开，开公转，调节公转电压，开烘烤调节烘烤电压和烘烤温度，烘烤温度达到后关掉电压。

打开充气离子源，开灯丝，调节灯丝电流，开阳极电流10min后反顺序关闭

开充气电子灯、挡板、灯丝调节灯丝电流（0.4~1A），30min后开高压，将膜厚控制仪设定打开视窗观察光斑位置。

调节光斑的x、y坐标将光斑移动到坩埚的正中间。

结束后反顺序关闭。

当烘烤温度降下后关高阀，1min后开放气阀充气取出零件与陪镀片

结束工作，关上真空室门空抽3min保证真空室的洁净

当扩撒泵温度降到50以下后关闭电源，总气路，关总电源。

镀膜系统真空系统

3、实训小结

平凸透镜的加工过程中涉及到的专业名词解释：

1.表面形状公差：

表面形状公差简称面形公差，是指被加工的光学表面和和标注的理论表面之间的偏差。

是衡量被加工光学表面的面形精度的。

2.中心公差:

中心公差主要表示透镜的基准轴和光轴之间的偏差。

透镜的基准轴是根据透镜安装表面形状而选定的能体现系统光轴的一条直线。

这个偏差以角量来表示，也称为面倾角，以希腊字母“χ”代表

3.表面疵病:

抛光后的光学表面存在的擦痕、麻点、开口气泡、破点及破边等，光学零件表面疵病在图纸上用字母“B”表示

4.加工余量:

从毛坯到合格的光学零件，必须去除一定的材料层，这个被去除的材料层叫加工余量

5.上盘、下盘把光学零件粘结在粘结模上的过程称为上盘或胶盘，它是装夹光学零件的一种方式。

上盘后光学零件与粘结模形成的一个整体叫做镜盘。

把零件从粘结模上取下的过程称为下盘

实训注意事项

从毛皮零件到加工成成品零件，加工的整个工序必须每一步都要进行，并且每一步骤不能颠倒。

比如说精磨后不能在粗磨、用细沙磨后不能再用粗砂去磨。

因为加工过程中的每一步都有其必要性和唯一性。

项目二平面零件的加工

1、实训目的

1.掌握平行平板平行度的修改

2.学会45°直角棱镜的石膏上盘、粗磨、精磨、抛光、角度修改

3.了解并且学会操作涉及到的机床

2、实训内容

1.平行平板平行度的检验

平板两表面平行度的检验，在铣磨、精磨阶段，普遍使用千分尺、百分表等通用量具；抛光完工后普遍采用自准测角仪。

间检验的自准测角仪的原理和测试现场如下图所示。

自准测角法测平板平行度原理

1一被检平板；2一自准测角仪

面分划板上双十字像的距离

，

为自准直物镜的焦距。

因此，分划板的刻度，按照

刻制，从中可以读出K值，已知平板的制造材料，即很容易测得平板的平行度

。

在实训过程中我的平行平板放在自准测角仪后，所看到的反射像十字在视场十字的右侧。

也就是说该平行平板的左侧比右侧要厚，只需要稍稍磨削平行平板的左侧即可。

因此在平面磨具上磨削5min后再去检验其平行度。

误差在允许的范围内即可。

2.45°直角棱镜

A、石膏上盘:

石膏盘与弹性上盘相同，先使用贴置平板作为基准平面，将被加工零件的待加工面整齐地贴置在贴置平板上，其空隙处浇涂一层熔融的石蜡，再将石膏盘壳体放置在被加工零件的贴置平板上，周边垫一层橡皮垫圈，并通过石膏盘底部的孔，将调好的石膏倒入石膏盘壳体内，待石膏凝固后，实现石膏盘和被加工零件的连接，再将盘沿贴置平板平面取下，用喷灯将多余的石蜡熔去，石膏表面上还留有薄薄的一层石蜡，它可以防止水进入石膏，也可以防止石膏盘在加工过程中，有石膏屑掉到精磨或抛光盘上

B、粗磨、精磨

45°棱镜的粗磨、精磨过程与平凸透镜的粗磨精磨过程所用到的磨料与磨具一样，这里不再赘述。

不同点在于45°棱镜在具体的磨削过程有所差异。

特别是在磨削直角边时要特别注意磨削的方法。

否者直角不容易成功导致零件越磨越小。

在粗磨和精磨的过程中特别要注意的是倒角，因为棱镜的边角比较尖锐在磨削的过程中很容易碰撞而导致零件的破裂。

C、棱镜角度的修改

在45°棱镜加工过程中最重要的是角度的调整。

因此不可避免的要涉及到角度的测量

在实训中我们采用测角仪来测量棱镜的角度，首先调整好测角仪的角度，后选取一个基准面，将基准面与测角仪的一边对齐，对着灯光观察棱镜另一边与测角仪另一边的对齐状况，恰好完全对齐时零件的直角度就刚好。

如果角度大了就应该多磨底角，相反角度小了就多磨靠经直角的一边。

测角仪

3、实训小结

平面零件的加工加工过程中涉及到的专业名词解释：

1.平行平板：

由两个互相平行的光学平面构成的光学零件统称为平行平板。

它被广泛用作保护玻璃、平晶、分划板、波片、滤光镜

注意事项：

在棱镜的加工过程中应该特别注意方法，特别是在粗磨和精磨的过程中掌握正确的方法不仅有利于加工速度更大大提高零件质量

项目三其他项目总结

1、实训目的

1.掌握高速磨抛机的工作原理和操作步骤

2.掌握双面磨抛机的工作原理和操作步骤

3.掌握透镜的胶合的步骤

4.掌握晶体的定向的步骤

2、实训内容

1.高速磨抛

如图所示为平摆式高速精磨（抛光）机床。

其工作原理是：

磨盘轴做主动回旋运动，镜盘摆动同时做随动运动，压力方向始终竖直向下，工件表面的压力为变化值。

由于机床的旋转速度非常快，铁笔的重力压力已经不可能束缚住零件因此机床采用的是气压的压力。

在精磨抛光之前调整机床。

先调零摆幅，打开机床后盖，用扳手拧开螺钉用木榔头敲击旋转轴的位置观察铁笔的状态直至铁笔停止摆动后上紧螺钉；然后调零偏心，即调整铁笔头的位置使其中心恰好为于磨具的中心。

然后上零件和磨具。

按上述方法调整合适的摆幅和偏心（原则是摆幅尽可能的大又不至于使零件脱落）。

开启冷却液对准零件与磨具接触面，后开启旋转电源机床开始工作。

2.双面磨抛

如图a所示的是高速双面加工机床，其加工原理如图b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如图c所示。

a高速双面加工机床

b高速双面加工原理c。

双面精磨中的行星轮啮合情况

1–内齿轮；2–行星轮；3–上模；4–被加工工件；5–下模；6–中心齿轮

其工作步骤为：

1.先开电源开关、总开关。

2.用修盘轮修盘（调整圈数200圈。

速度30转/min）其目的在于修整上下盘的面形，清除盘上残留的玻璃片渣。

3.将工件拉平

4.测速（100转左右，30转/min）

5.将零件加工到所要求的尺寸

6.清洗设备做防锈处理

3.透镜的胶合

当胶合透镜时，用焦点像对胶合透镜基准轴的偏离来定心就是透射像焦点定心，这种仪器叫透射像定心仪，其光学系统如图所示。

胶合透镜的基准轴是负透镜边缘面与光学表面交线圆中心G和光学表面曲率中心C1的连线。

将待定心胶合的负透镜装在仪器的承座上，承座中心线与准直管的光轴精确的重合。

平行光通过理想的透镜组时，其焦点像在F处，如果平行光通过未定心的透镜组时，其焦点像会偏离理想的焦点，其大小F1F2反映出胶合透镜的偏心差。

定心时，移动正透镜使F1F2和F重合，或F1F2的跳动量在一定公差范围内，即可完成胶合透镜的定心。

透射像定心

A1A2—基准轴；C1C2—正透镜光轴；C2C3—负透镜光轴；O+，O——正、负透镜的光心。

定心步骤

放上夹具，凹透镜，装上合适倍率的物镜，找到十字分划板的像

调整十字像中心与十字刻度中心重合。

点胶，放上凸透镜，撮胶然后调整十字像中心与十字刻度中心重合......

4.晶体的定向

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。

我们在实训中采用的是偏光显微镜定向。

其测试原理如图所示。

具体方法是在晶体上先磨出两个大致垂直于晶体光轴的平面，并以其中一个面为原始基准面，用贴置法将其置于偏光显微镜中。

若晶体光轴与偏光显微镜光轴同轴，得到的干涉条纹是以视场中心为圆心的同心圆环。

若两光轴间有一定夹角，则干涉圆环中心不与视场中心重合。

可沿基准面转动被测晶体，则干涉图像中心也随之转动。

使干涉圆环中心处于视场中心，并严格不动，读出工件承座偏离原始位置时的角度，即为晶体原始基准面需要加工修整的量。

偏光显微镜定向法

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

光轴具体操作方法如下：

1.调整光路，将玻片放在载玻片上（注意玻片上最好有少许污渍）

2.在视场中找到玻片，要求看到清晰的污渍

3.在视场中选择一块污渍（大小合适）作为参照，将参照物移动到十字中心

4.移动载物台观察该参照的移动方式，然后用适当的方式移动玻片直到移动载物台时参照不再移动，说明偏光显微镜的光轴调好了

3、实训小结

过程中涉及到的专业名词解释：

1.解理：

指的是晶体在外界定向机械力的作用下，按着一定的方向分裂成光滑平面的能力。

因解理而成的平面，称为解理面。

2.双折射：

由于晶体结构的各向异性，自然光进入各向异性晶体中，将分为具有不同折射率的偏振光称为双折射

3.晶体定向：

单轴晶体加工前必须找正晶轴，磨出一个与晶轴垂直的表面作为加工基准面，工艺上称此为晶体的定向