真光學(xué)冷加工實(shí)習(xí)報(bào)告[谷風(fēng)經(jīng)驗(yàn)]

1、光學(xué)冷加工實(shí)習(xí)報(bào)告一：前言 光學(xué)加工設(shè)備和光學(xué)工藝的發(fā)展是分不開的?？追蜃诱f過“工欲善其事，必先利其器”。這說明設(shè)備在工藝技術(shù)發(fā)展中的重要性。 我國(guó)光學(xué)加工設(shè)備和國(guó)際上光學(xué)設(shè)備的發(fā)展過程是一致的，即腳踏、機(jī)動(dòng)、電動(dòng)?；臼莾纱笙盗?，一是德國(guó)系列、二是日本系列。解放前主要是德國(guó)設(shè)備為主，即從1936年云光廠成立，從國(guó)外引進(jìn)的德國(guó)設(shè)備如：?jiǎn)屋S粗磨機(jī)、二軸精磨拋光機(jī)、四軸精磨拋光機(jī)、五軸精磨拋光機(jī)等。二是偽滿的大陸科學(xué)院為維修使用的光學(xué)儀器從日本購進(jìn)的設(shè)備。解放后156項(xiàng)中的西光廠又從蘇聯(lián)購進(jìn)了光學(xué)加工設(shè)備、它的原型機(jī)亦是德國(guó)設(shè)備、如-500和n-350型單軸粗磨機(jī)、n-350三軸精磨拋光機(jī)、n-2

2、00中型六軸精磨拋光機(jī)、和n-60小型六軸拋光機(jī)以及-2型定心磨邊機(jī)等。 由古典方法轉(zhuǎn)向機(jī)械化粗磨（銑磨）、準(zhǔn)球心拋光，是光學(xué)制造業(yè)的一次重大的變革. 對(duì)光學(xué)加工改革起著推動(dòng)作用的是兵器工業(yè)“739”會(huì)議。上世紀(jì)七十年中期是我國(guó)光學(xué)制造技術(shù)大變革的時(shí)期。八十年代光學(xué)制造技術(shù)最大變革由成盤加工轉(zhuǎn)向單件加工。 單件加工很早就在日本采用，1983年“北總”是從日本引進(jìn)PenTaxK1000相機(jī)開始引進(jìn)這種技術(shù)和設(shè)備的。而部分技術(shù)人員和工人早在這以前從事勞務(wù)出口時(shí)，在日本已經(jīng)接確此項(xiàng)工藝，但由于我們?cè)诎耸甏跗冢m然引進(jìn)了設(shè)備，而在工藝結(jié)構(gòu)上還不完善，沒有相應(yīng)配套的工裝和輔料，所以采用上述設(shè)備后，生

3、產(chǎn)效率并不高。加之當(dāng)時(shí)，生產(chǎn)批量不大，沒能引起人們的注意和足夠的認(rèn)識(shí)。但是一些專家看到了此種工藝的特點(diǎn)，它很適合中國(guó)國(guó)情。因此北總在1983年于江西召開的工藝研討會(huì)上把它列入了三條高效生產(chǎn)線之內(nèi)。這三條生產(chǎn)線即：平面高效生產(chǎn)線（228廠承擔(dān)）、球面單件生產(chǎn)線（308和598廠承擔(dān)），剛性上盤球面零件高效生產(chǎn)線（248和原5208廠承擔(dān)）。 單件加工在大批量生產(chǎn)中，目前在中國(guó)的光學(xué)行業(yè)起著重要作用。但在上個(gè)世紀(jì)末和本世紀(jì)初世界光學(xué)儀器行業(yè)發(fā)展很迅速，同時(shí)光電儀器在更多的領(lǐng)域得到應(yīng)用。在光學(xué)加工方面除了對(duì)批量有較大的要求外，更重要的是要提高加工精度，擴(kuò)大加工范疇。因而國(guó)內(nèi)光學(xué)工藝方面的專家對(duì)非球面

4、加工，自聚焦透鏡制造，導(dǎo)波器件制造進(jìn)行了研究和探討，而且取得了初步成果。經(jīng)過幾十年的努力，我國(guó)光學(xué)行業(yè)建立了自己的光學(xué)加工工藝，研制出一系列的光學(xué)加工設(shè)備。有些設(shè)備已成為國(guó)內(nèi)名牌產(chǎn)品，有的已出口援外或外貿(mào)出口。這些設(shè)備有Q826、Q875、Q835A、QM-80、YG367、YG368、QA8510等名牌設(shè)備，最近我們又研制出了環(huán)拋機(jī)床和下擺機(jī)床。二、實(shí)習(xí)目的 了解現(xiàn)代光學(xué)冷加工工藝的發(fā)展，通過自己動(dòng)手完成兩個(gè)凸透鏡零件的加工，是學(xué)生所學(xué)得理論知識(shí)與實(shí)際相結(jié)合，鞏固消化所學(xué)的知識(shí)，托寬知識(shí)面，培養(yǎng)實(shí)踐操作技能。為以后的找工作打下牢固色基礎(chǔ)。三、實(shí)習(xí)時(shí)間2011年7月5日-7月11日四、實(shí)習(xí)地點(diǎn)

5、西安工業(yè)大學(xué)金花校區(qū)五、實(shí)習(xí)部門和單位：教五二樓光學(xué)冷加工實(shí)驗(yàn)室西安工業(yè)大學(xué)的“陜西省薄膜技術(shù)與光學(xué)檢測(cè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室”成立于1999年，在上級(jí)和學(xué)校的支持下，實(shí)驗(yàn)室整體實(shí)力不斷增強(qiáng)，成為西北地區(qū)高校光學(xué)工程學(xué)科領(lǐng)域條件最好的實(shí)驗(yàn)室之一。實(shí)驗(yàn)室含光學(xué)工藝、光學(xué)檢測(cè)、薄膜技術(shù)、微光電器件制造與檢測(cè)等實(shí)驗(yàn)室，擁有光學(xué)零件加工與檢測(cè)、光學(xué)薄膜制造與檢測(cè)、微光電器件制造與檢測(cè)等研究領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)裝備，設(shè)備總值3000余萬元，是光學(xué)工程及相關(guān)專業(yè)的教學(xué)、科研實(shí)踐基地。光學(xué)工藝實(shí)驗(yàn)室曾被評(píng)為“全國(guó)高校先進(jìn)實(shí)驗(yàn)室”。實(shí)驗(yàn)室主要研究方向：薄膜與等離子體技術(shù)、光學(xué)制造與檢測(cè)技術(shù)、微光電器件制造技術(shù)及應(yīng)用。實(shí)驗(yàn)室擁有

6、德國(guó)萊堡，俄羅斯真空設(shè)備廠，中國(guó)南光機(jī)器有限公司，北京儀器廠，沈陽科學(xué)儀器廠等廠家的光學(xué)多層鍍膜機(jī)、真空實(shí)驗(yàn)臺(tái)、硬質(zhì)涂層鍍膜機(jī)、磁控濺射鍍膜機(jī)、真空電弧鍍膜機(jī)等各類設(shè)備10余臺(tái)（套），相關(guān)薄膜特性檢測(cè)設(shè)備近10臺(tái)。六、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容光學(xué)冷加工過程分為以下幾個(gè)主要步驟：銑磨工藝，磨邊與精磨工藝，拋光工藝，鍍膜工藝，檢測(cè)技術(shù)與方法。在這個(gè)工藝過程中我們主要是進(jìn)了粗磨車間實(shí)習(xí)，由于學(xué)校所用玻璃毛坯是已經(jīng)經(jīng)過初加工處理，已到達(dá)相關(guān)要求，所以可以直接進(jìn)行粗磨加工。實(shí)習(xí)過程中了解到，粗磨主要目的是去除毛坯余量，粗磨加工的結(jié)果要求將一面加工成凹面，曲率半徑為R=33.81，另一面加工成凸面，半徑為R=119.12

7、，厚度為1.85-1.95，可根據(jù)公式sinx=D/【2*（R+r）】, 3、當(dāng)磨輪選定后，D和r均為定值，只要調(diào)節(jié)兩軸夾角，即可以得到不同曲率半徑的球面。1、球面銑磨原理采用斜截圓原理4、加工凸面時(shí)，外凸包使實(shí)際加工的曲率半徑增大，內(nèi)凸包使曲率減小。5、銑磨過程優(yōu)劣的指標(biāo)有尺寸精度、磨削效率、工件表面粗糙度、磨輪的磨耗比等。6、面型的檢驗(yàn)使用的是建議球面檢測(cè)儀，與標(biāo)準(zhǔn)件數(shù)據(jù)對(duì)比來檢測(cè)加工是否合格。在銑磨過程中，由于加儀器較多，銑磨一會(huì)用球面檢測(cè)儀測(cè)時(shí)結(jié)果可能偏大，則需將角度調(diào)大點(diǎn)。檢測(cè)其達(dá)到相應(yīng)的技術(shù)要求方能送精磨車間精磨以及拋光（二）、磨邊與精磨工藝1、定心磨邊（一般工藝流程中，銑磨之后是

8、精磨，因?yàn)閮x器夾具直徑的限制，所以本次實(shí)習(xí)中先進(jìn)行定心磨邊，磨小外圓尺寸使零件可以裝夾到精磨夾具中。）透鏡的定心磨邊是使透鏡的光軸與圓柱面幾何軸線重合（或基準(zhǔn)軸），同時(shí)把外圓磨到給定的尺寸。定心磨邊的步驟：1）.定心：通過一定的方法尋找并確定透鏡光軸與基準(zhǔn)軸重合的位置，即使透鏡諸光學(xué)表面定心頂點(diǎn)處的法線與基準(zhǔn)軸重合的位置。 2）.磨邊：相對(duì)于確定了的透鏡光軸，磨削透鏡的外圓，以獲得光軸與基準(zhǔn)軸重合的外圓直徑，達(dá)到所要求數(shù)值的透鏡。定心的方法有許多中，本次實(shí)習(xí)所用方法為機(jī)械定心法。被定心透鏡放在一對(duì)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(shí)現(xiàn)定心的。使透鏡整個(gè)表面與接頭端面接觸，

9、這時(shí)透鏡的兩個(gè)表面的球心位于接頭的軸線上，使透鏡被夾緊的同時(shí)達(dá)到定心的目。機(jī)械法定心的特點(diǎn)操作簡(jiǎn)便，加工效率高，適用于中等尺寸、中等精度透鏡的大批量生產(chǎn)。其他還有光學(xué)定心法、自準(zhǔn)直像定心法、光學(xué)電視定心法、透射像定心法等。磨邊冷卻液可分為油性和水性兩種，具有粘度低,冷卻性強(qiáng)，潤(rùn)滑性好等特點(diǎn)，同時(shí)不損害皮膚，對(duì)機(jī)床設(shè)備無銹蝕，對(duì)環(huán)境無污染。一般采用401#冷卻液、GX水基冷卻液等。2、精磨精磨的目的：使零件表面的凹凸層深度和裂紋層深度進(jìn)一步減小；獲得所需的尺寸精度。此次實(shí)習(xí)精磨使用的是高速精磨機(jī)，使用金剛石丸片磨具進(jìn)行精磨加工，精磨片在球面夾具上的分布必須使得精磨模在使用過程中的磨損規(guī)律符合“余

10、弦磨損”。每道精磨工序時(shí)間為40s。精磨的冷卻液為水。（三）：拋光工藝拋光的目的是消除精磨的破壞層，達(dá)到規(guī)定的表面要求；精修面形，達(dá)到圖紙要求的光圈數(shù)N和局部誤差；為后續(xù)特種工藝創(chuàng)造條件。（三）：拋光工藝拋光的目的是消除精磨的破壞層，達(dá)到規(guī)定的表面要求；精修面形，達(dá)到圖紙要求的光圈數(shù)N和局部誤差；為后續(xù)特種工藝創(chuàng)造條件。拋光的機(jī)理是機(jī)械磨削、化學(xué)作用和表面流動(dòng)理論。拋光后零件的檢驗(yàn)主要是利用光圈數(shù)來判定，光圈數(shù)的檢驗(yàn)原理是等厚干涉。（圖二）不同類型的精磨金剛石丸片磨具拋光的工藝中，所用的拋光液為Fe2O3，夾具為比較柔軟的纖維布料，其具體操作步驟為：將休整好的拋光模上緊在機(jī)床的光軸上，把待加工

11、的零件放置在相應(yīng)的夾具內(nèi)，與機(jī)床上的拋光模相貼，調(diào)整機(jī)床的擺幅，啟動(dòng)機(jī)床對(duì)零件的第一面進(jìn)行拋光，拋光完工后重復(fù)上述步驟，對(duì)零件進(jìn)行第二面拋光，在拋光過程中，操作者必須對(duì)每件零件進(jìn)行相應(yīng)的自檢，如零件的中心厚度、表面光潔度、光圈及光圈不規(guī)則度等。 圖三、精磨拋光機(jī)（四）：鍍膜工藝 薄膜的作用在于改進(jìn)基底的性能或功能。實(shí)現(xiàn)特定的光學(xué)特性優(yōu)化表面性能，改善表面特性，進(jìn)行微細(xì)加工，實(shí)現(xiàn)微制造；產(chǎn)生新功能特性。光學(xué)薄膜器件主要采用真空環(huán)境下的熱蒸發(fā)方法制造。常用的薄膜制備方法有熱蒸發(fā)、濺射、離子束輔助蒸發(fā)、電鍍。各種光學(xué)玻璃因?yàn)槠涫褂媚康暮铜h(huán)境的不同，對(duì)工藝的要求和光線的通透等也就不相同，鍍膜這道工序就

12、是為了滿足這些要求而對(duì)光線光路等做出相應(yīng)的調(diào)整。鍍膜要求較高，學(xué)校所采用的是箱式電子真空鍍膜機(jī)，在指導(dǎo)老師的介紹下，其基本原理是通過電子槍發(fā)射出來的電子在磁場(chǎng)的作用下受洛侖茲力作用而打在膜料上使膜料蒸發(fā)較均勻的粘附在片上，然后烘烤鏡片使膜料粘固。 鍍膜后的鏡片通過封光光光度計(jì)來檢查其光譜曲線來計(jì)算其反射率、透射率等是否達(dá)到技術(shù)要求。同時(shí)還可根據(jù)反射率的變化來估算薄膜厚度。在這種鍍膜方式下，由于邊緣線速度與中心線速度是不相同的，溫度也并非出處相同，所以不能保證光學(xué)表面鍍膜的均勻，邊緣和中心必然存在一定的偏差。鍍膜機(jī)工作時(shí)要求真空環(huán)境，真空等級(jí)分為初真空，低真空，高真空，極高真空，超高真空，一般要

13、求工作環(huán)境為高真空,所處氣壓為103105Pa。鍍膜后的檢驗(yàn)方法主要有判別顏色，觀察器件的表面光潔度，測(cè)試所鍍膜層的牢固度（使用擦拭法）。鍍膜的具體工序如下所示：11 操作人員，必須取得崗位資格證書2. 膜料的選擇 膜料SiO2純度99.993 工房的要求 溫度控制在22C4C，濕度80，工房?jī)?nèi)一切設(shè)施擺放整潔。4 清潔基片用脫脂布蘸醇醚混合液擦拭零件表面，若表面印記不能用混合液擦去，可用細(xì)拋光粉擦，然后用醇醚混合液擦干，以哈氣檢查表面清潔程度。5 裝料裝件將擦拭干凈的基片放置在鍍膜用夾具上，并調(diào)整好夾具及基片的位置，以便蒸發(fā)時(shí)目測(cè)干涉色的變化，同時(shí)將蒸發(fā)源及膜料裝好。6 開冷卻水和擴(kuò)散泵7

14、抽低真空打開機(jī)械泵低閥，抽低真空，打開低真空測(cè)量表頭（熱電偶真空計(jì)），測(cè)低真空度。8 離子轟擊當(dāng)真空抽至1020Pa時(shí)開始轟擊，轟擊電流50150uA，啟動(dòng)工轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)工作，將低閥關(guān)閉，抽預(yù)閥（管道），當(dāng)真空度降至20Pa時(shí)，關(guān)閉預(yù)閥，重新抽低閥，重復(fù)動(dòng)作維持真空度在100.1Pa之間，時(shí)間1020分鐘。9 開高閥 離子轟擊1020分鐘，低真空在110Pa時(shí)，打開高真空閥門，待離子轟擊輝光消失后，切斷轟擊電源。10烘燒 250C300C11 測(cè)高真空當(dāng)真空度到0.001Pa時(shí)，用電離真空計(jì)測(cè)量12 預(yù)熔除氣 當(dāng)真空度至0.008Pa時(shí)開始預(yù)熔除氣，預(yù)熔緩慢，至膜料徹底變?yōu)榱鲃?dòng)的液體。13 蒸鍍 當(dāng)

15、溫度達(dá)到250C300C時(shí)，真空度達(dá)到0.0050.007Pa，即可蒸發(fā)，蒸發(fā)電流應(yīng)比預(yù)熔時(shí)的電流略低，避免出現(xiàn)“打點(diǎn)子”，用目測(cè)觀測(cè)反射色控制膜厚，到達(dá)指定顏色時(shí)停止蒸鍍。14 冷卻，充氣 當(dāng)真空室溫度降至200C時(shí)，充氣15 送檢 五、檢測(cè)技術(shù)與方法激光干涉儀使用干涉形成干涉條紋的的情況，用標(biāo)準(zhǔn)具與被測(cè)器件相比較得到相對(duì)差來判斷被測(cè)器件的平整情況。當(dāng)被測(cè)器件為平面時(shí)，原理如下圖：應(yīng)該注意的是，在上圖中，由干涉條紋求出的光程差是實(shí)際被測(cè)件光程差的2倍，所以在求實(shí)際被測(cè)件與標(biāo)準(zhǔn)器件差時(shí)應(yīng)為通過干涉條紋求出的厚度差的1/2.當(dāng)被測(cè)器件為球面時(shí)，原理圖如下值得注意的是，被測(cè)器件必須在標(biāo)準(zhǔn)具球心和曲率半徑處才能有干涉條紋。它的測(cè)量步驟：1. 打開干涉儀及計(jì)算機(jī)的電源2. 根據(jù)待測(cè)件選擇參考鏡頭，安裝參考鏡頭，并調(diào)整3.安裝被測(cè)件，并調(diào)整4. 對(duì)焦5. 測(cè)量并查看測(cè)量結(jié)果測(cè)量結(jié)果是由PV值和RMS值的大小來判斷與標(biāo)準(zhǔn)具的相似情況，進(jìn)而判斷被測(cè)件結(jié)果的好壞。六實(shí)驗(yàn)總結(jié)一周的冷加工實(shí)習(xí)結(jié)束了，通過老師的指導(dǎo)和示范，讓我認(rèn)識(shí)光學(xué)冷加工和熟悉了操作方法。我們本次實(shí)習(xí)主要是做光學(xué)冷加工的銑磨工藝，磨邊與精磨工藝，拋光工藝，鍍膜工藝，檢測(cè)技術(shù)與方法。在實(shí)習(xí)中，我將自身所學(xué)和在生產(chǎn)實(shí)習(xí)所見所學(xué)相互融合，進(jìn)一步深化了理論知識(shí)，更清楚地理解了整個(gè)流程的工作過