光學(xué)零件加工實(shí)驗(yàn)講義

1、光學(xué)零件加工技術(shù)實(shí)驗(yàn)講義實(shí)驗(yàn)一 光學(xué)零件毛坯的成型一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?、了解古典法加工塊料毛坯粗磨成型的工藝過(guò)程；2、熟悉所用設(shè)備、材輔料等相關(guān)知識(shí)。二、 實(shí)驗(yàn)設(shè)備及用品切割機(jī)、粗磨機(jī)、滾圓機(jī)、K9玻璃、金剛砂三、 實(shí)驗(yàn)步驟1、 取塊料玻璃，在切割機(jī)上按30x30x20mm切割；2、 在平面粗磨機(jī)上，分別用100#，240#金剛砂磨平第一面；3、 將磨平的一面用膠粘在平的墊板上，排列均勻；4、 在粗磨機(jī)上，手持墊板，用100#，240#金剛砂整盤(pán)研磨第二面，要不斷更換墊板位置，使之研磨均勻。同時(shí)要用卡尺測(cè)量，保證厚度和平行度；5、 將兩面磨平的平行玻璃板粘成條，寬：長(zhǎng)=1：81：10；6、 在滾

2、圓機(jī)上，將玻璃條滾圓成棒，；7、 將玻璃棒在電熱板上加熱，使粘膠熔化并逐一拆開(kāi)玻璃板；8、 用酒精等有機(jī)溶劑清洗玻璃；9、 用粗磨盤(pán)開(kāi)球面，手持比例移動(dòng)，更換位置，開(kāi)出具有一定曲率半徑的球面零件；10、檢驗(yàn)，用鐵樣板或試擦貼度的方法。四、 討論1、在粗磨平面時(shí)，為什么第一面磨平單塊加工，而第二面磨平可成盤(pán)加工？2、檢驗(yàn)時(shí)，鐵樣板或試擦貼度為何從邊緣接觸密切？實(shí)驗(yàn)二金剛石磨輪銑磨球面一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、驗(yàn)證光學(xué)零件銑磨原理；2、了解粗磨銑磨工藝過(guò)程；3、熟悉銑磨機(jī)工作原理和調(diào)整方法；4、要求銑磨如圖1所示的透鏡。圖1銑磨完工零件圖二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備與用具透鏡銑磨機(jī)QM08A、金剛石磨輪（=20mm，r=2

3、mm，粒度，濃度100%）、千分尺、扳手、透鏡毛胚 （，d15mm）、擦鏡盤(pán)等。三、銑磨原理球面零件的銑磨原理如圖2、圖3所示。磨輪軸軸線與工作軸軸線相交于0點(diǎn)，兩軸線的交角為，筒形磨輪1繞自身軸線作高速旋轉(zhuǎn)，工件2繞工件軸轉(zhuǎn)動(dòng)。磨輪斷面在工件表面上某一瞬間的切削軌跡為一圓，被加工表面的形狀實(shí)際上是某一加工周期內(nèi)許多個(gè)斜截圓的包絡(luò)面。圖3-2凸球面銑磨原理 圖3-3凹球面銑磨原理按圖2與圖3，有以下關(guān)系式： （1）式中 磨輪軸與工作軸夾角；磨輪中徑；R工件被加工面的曲率半徑； r磨輪端面圓弧半徑（凸面取“+”號(hào)，凹面取“-”號(hào)）上式也可以寫(xiě)成（2）當(dāng)磨輪選定后，與r均為，調(diào)節(jié)不同的角，既可加不

4、同曲率半徑的球面零件。四、實(shí)驗(yàn)步驟與內(nèi)容（1）操作程序（參考圖4）打開(kāi)電源總開(kāi)關(guān)，真空泵同時(shí)開(kāi)始動(dòng)作。左手將工件軸進(jìn)退軸手柄3向右扳動(dòng)。右手同時(shí)把毛胚及密封墊圈嵌入真空夾頭，并輕輕轉(zhuǎn)動(dòng)毛坯看其是否吸牢，然后將手柄3一直扳倒右邊極限位置并推入定位凹槽。蓋上防油霧罩9。按動(dòng)按鈕20，磨頭軸運(yùn)轉(zhuǎn)。按動(dòng)按鈕19，工件軸運(yùn)轉(zhuǎn)。加工完畢后，工件軸自動(dòng)停轉(zhuǎn)，同時(shí)冷卻液停止供給。按動(dòng)按鈕17，磨頭軸停轉(zhuǎn)。打開(kāi)防油霧罩，扳動(dòng)手柄3將工件取下。檢查所磨的曲率半徑是否符合要求（一般要求銑磨零件的表面要和擦貼盤(pán)有1/21/3的擦貼度），并根據(jù)加查結(jié)果修正各參數(shù)。檢查被加工面是否有凸臺(tái)，若有凸臺(tái)則可以觀察磨削紋弧線的方

5、向來(lái)確定磨頭箱平移b值的修正方向。被加工面的曲率半徑R主要與磨頭偏轉(zhuǎn)角有關(guān)，加工凸面時(shí)若曲率半徑偏大則需增大角。反之則減小角。試磨工件的中心厚度，這只與工件軸箱體的縱向位置有關(guān)，根據(jù)試件實(shí)際厚度與所要求的厚度的差值來(lái)微量調(diào)整工件軸箱的位置。所調(diào)值可以從箱體前的百分表上讀出。反復(fù)試磨和修正，使銑磨的R值達(dá)到要求為止。實(shí)驗(yàn)完畢，關(guān)掉總電源。圖3-4銑磨機(jī)外形圖（2）操作注意事項(xiàng)1）試磨前必須在工件和磨輪的距離大于凸輪升程的情況下空轉(zhuǎn)幾個(gè)過(guò)程，觀察各部位運(yùn)轉(zhuǎn)是否正常。內(nèi)部冷卻液的噴射必須充分，真空吸附必須牢固；2）裝卸磨輪時(shí)嚴(yán)禁敲打，為了便于裝卸，裝磨輪前必須把磨輪孔擦凈并涂少許黃油；3）無(wú)極變速的

6、變速手柄必須在運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下進(jìn)行調(diào)整。五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)報(bào)告中除了要求闡述本實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)?zāi)康模瑢?shí)驗(yàn)原理外，重點(diǎn)討論實(shí)驗(yàn)結(jié)果。在實(shí)驗(yàn)結(jié)果中要求：1. 記錄實(shí)驗(yàn)中所用的機(jī)床型號(hào)，磨輪參數(shù)，夾具尺寸，冷卻液種類，噴射方式，噴射量，磨頭軸偏轉(zhuǎn)角，工件邊緣線速度，工序周期等；2. 畫(huà)出完工零件圖；3. 總結(jié)消除工件凸臺(tái)和調(diào)整磨輪軸偏轉(zhuǎn)角之間的關(guān)系。六、思考題1. 粗磨銑磨中，如果磨削后的零件與擦貼盤(pán)成中心接觸和邊緣接觸但是腰部不接觸。其面型是什么？并解釋出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因，是由于機(jī)床的哪部分調(diào)整不當(dāng)造成的？應(yīng)如何調(diào)整？假如把擦貼度調(diào)得再緊一些，則只有邊緣接觸而中心不接觸，此時(shí)是否還是原面型？2. QM08A球

7、面銑磨機(jī)能否用于磨外圓？磨外圓時(shí)機(jī)床應(yīng)如何調(diào)整？3. 在銑磨過(guò)程中，如果零件裝夾不緊，磨出來(lái)的表面會(huì)出現(xiàn)什么情況？4. 在銑磨零件時(shí)，如果最后沒(méi)有光刀過(guò)程將磨出怎樣的表面？5. 若用調(diào)整b值消除外凸包后，零件的曲率半徑R比調(diào)整前是變大還是變??？此時(shí)應(yīng)作如何調(diào)整？分別用凸零件和凹零件說(shuō)明之。若要消除內(nèi)凸包，應(yīng)如何調(diào)整？實(shí)驗(yàn)三非球面加工實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?1、了解非球面數(shù)控加工設(shè)備； 2、掌握非球面加工的工藝流程； 3、了解非球面加工中夾具的設(shè)計(jì)。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備：ASM100（銑磨） 和ASP200（拋光） 三、實(shí)驗(yàn)原理及工藝流程：3.1加工理念非球面加工理念主要針對(duì)兩方面優(yōu)化：1、避免高頻面形誤差

8、的產(chǎn)生。高頻面形誤差很難消除，只能通過(guò)后續(xù)的 修正拋光，也無(wú)法完全消除；而且高頻面形誤差會(huì)大大降低表面的光學(xué)質(zhì)量。2、縮短加工時(shí)間，降低非球面的使用成本。整個(gè)加工過(guò)程由三步構(gòu)成：（1）銑磨表面，為后續(xù)的大口徑拋光留有足夠的余量（2）用大口徑拋光工具拋光。柔性拋光工具由花崗石主體，其表面是與非球面或者非球面的最佳擬和曲率半徑相反的表面，一定厚度的柔軟的泡沫塑料墊，其被膠到花崗石主體上，并支撐著拋光膜（3）最后采用接觸式測(cè)量表面，反饋測(cè)試結(jié)果并用小工具頭修正面形大口徑拋光一方面大大減少了加工時(shí)間，但是其也會(huì)產(chǎn)生一定的低頻的剩余誤差，其剩余誤差的PV值在1-2.5mm，取決于加工的表面面形。如果要進(jìn)

9、一步提高精度，可才后續(xù)的修正拋光來(lái)補(bǔ)償該剩余誤差。3.2加工工藝流程1、 零件粗磨成型：使用AspheroTool (UPP)軟件，計(jì)算非球面的最佳擬合球面，以最佳擬合球面的曲率半徑加工零件毛坯。非球面加工余量>=0.14mm。2、 零件上盤(pán)：如果零件為單件加工，上盤(pán)定位中心偏差<0.05mm，使用專用接頭配合與零件同尺寸套環(huán)。3、 粗磨：粗磨最小磨削量0.05mm，可進(jìn)行2次，砂輪轉(zhuǎn)速6000rpm，進(jìn)刀量0.2mm/rev，工件轉(zhuǎn)速60rpm。（效率計(jì)算：100/0.2/60*2=17min/pc）/3mm/min/508:0.154、 精磨：精磨最小磨削量0.02mm，可進(jìn)行

10、24次，砂輪轉(zhuǎn)速7000rpm，進(jìn)刀量0.1mm/rev，工件轉(zhuǎn)速60rpm。（效率計(jì)算：100/0.1/60*4=67min/pc） /8000rpm，2mm/min/508: 0.085、 預(yù)拋光：上軸（工具軸）轉(zhuǎn)速150180rpm，下軸（工件軸）略為低一些。時(shí)間設(shè)定30分鐘左右。/350/300rpm, 18o，約15min6、 補(bǔ)償細(xì)磨：將預(yù)拋光曲線反饋至銑磨機(jī)，進(jìn)行補(bǔ)償粗磨和細(xì)磨，設(shè)定同上。粗磨細(xì)磨各進(jìn)行兩次。（效率計(jì)算：100/0.2/60*2+100/0.1/60*2=50min/pc）7、 粗拋：設(shè)定同預(yù)拋光。8、 修拋：將粗拋曲線反饋至拋光機(jī)，進(jìn)行修拋。參數(shù)設(shè)定另附。操作時(shí)

11、間120分鐘不等。但是基本參數(shù)與加工時(shí)間與預(yù)拋光必須相同加工的非球面制造流程就如下圖所示。首先使用非球面銑磨設(shè)備銑磨出非球面表面。圓形砂輪安裝在上面的軸上高速自轉(zhuǎn)，工件安裝在下面的軸上自轉(zhuǎn)，同時(shí)緩慢進(jìn)給，通過(guò)計(jì)算機(jī)控制該軸進(jìn)給的軌跡，砂輪在工件表面銑磨出非球面輪廓來(lái)。然后將銑磨好的工件連同工件底座一起安裝到拋光工件軸上，彈性拋光模對(duì)非球面拋光。拋光后用Taylor Hobson輪廓儀測(cè)量面形誤差。使用我們?cè)O(shè)計(jì)軟件讀入該誤差曲線，計(jì)算出與之相反的補(bǔ)償路徑。將該工件再次安裝到銑磨設(shè)備上按補(bǔ)償路徑重新銑磨。此時(shí)銑磨出的非球面具有一定的面形誤差，面形誤差曲線與上面拋光后的面形誤差曲線正好相反。接著將精

12、磨好的非球面再次安裝到拋光設(shè)備上拋光，所有拋光參數(shù)的設(shè)置均與前次拋光的參數(shù)完全相同。由于現(xiàn)在的面形誤差與上次拋光后的面形誤差互補(bǔ)，故拋光后誤差得到一定的補(bǔ)償。但是面形的改變同樣會(huì)影響拋光結(jié)果，所以拋光后的曲面只是比較接近設(shè)計(jì)的曲面面形，但仍留有一定量的殘余誤差。為了去除彈性模拋光后的殘余誤差，進(jìn)一步提高面形精度，需使用小拋光工具對(duì)殘余誤差進(jìn)行修正拋光。由于此時(shí)表面己經(jīng)很光滑，要求去除的量也不大，所以拋光過(guò)程中磨盤(pán)磨損可忽略，其對(duì)拋光精度影響不大，而且還可大大縮短拋光時(shí)間，也不會(huì)出現(xiàn)單用小工具拋光產(chǎn)生的嚴(yán)重的高頻面形誤差。具體做法是將拋光好的表面經(jīng)輪廓儀檢測(cè)，設(shè)計(jì)程序?qū)z測(cè)的誤差曲線進(jìn)行處理，根

13、據(jù)小拋光工具的數(shù)學(xué)模型計(jì)算出用小磨頭修拋時(shí)工具運(yùn)動(dòng)的路徑以及速度，即各處的駐留時(shí)間，從而達(dá)到控制殘余誤差的目的。拋光時(shí)只需要更換拋光工具就可以了。實(shí)驗(yàn)四 樣板檢驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康挠霉鈱W(xué)樣板檢驗(yàn)光圈是光學(xué)零件制造中檢驗(yàn)面形偏差的一種使用最廣泛、最簡(jiǎn)便的精密檢測(cè)方法，需要熟練地掌握。通過(guò)實(shí)驗(yàn)應(yīng)該達(dá)到以下目的：1、掌握識(shí)別高低光圈的方法（如樣板四周加壓法、一側(cè)加壓法、色序判斷法等）及光圈的度量。2、學(xué)會(huì)識(shí)別常見(jiàn)的幾種局部光圈（如中心局部高、中心局部低、塌邊、翹邊等）及象散偏差。3、了解影響光圈的工藝因素，并掌握修改光圈的方法。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備與工具、量具型四軸透鏡研磨機(jī)、球面工作樣板、鏡盤(pán)、拋光模、氧化鈰拋

14、光液、酒精乙醚混合液、脫脂紗布、酒精燈、刮刀、活動(dòng)扳手、臺(tái)燈三、實(shí)驗(yàn)方法光學(xué)零件的面形偏差是指被檢光學(xué)表面相對(duì)于參考光學(xué)表面（光學(xué)樣板）的偏差。它包括有三項(xiàng)內(nèi)容：1、半徑偏差，它所對(duì)應(yīng)的光圈數(shù)以表示；2、象散偏差，此偏差所對(duì)應(yīng)的光圈數(shù)用表示；3、局部偏差，它所對(duì)應(yīng)的光圈數(shù)以表示。在光學(xué)零件拋光過(guò)程中，它的面形偏差一般是通過(guò)光學(xué)樣板（基于光波等厚干涉原理）來(lái)檢驗(yàn)的，根據(jù)對(duì)所觀察到的干涉條紋（通稱光圈）的數(shù)目、形狀、變化和顏色來(lái)確定面形偏差的性質(zhì)與大小。對(duì)光圈的識(shí)別、度量與修改，其具體方法簡(jiǎn)述如下：（一）高低光圈的識(shí)別及其度量當(dāng)樣板與零件接觸時(shí)，如果兩者在中心接觸，則為高光圈；反之，兩者在邊緣接觸

15、，則為低光圈。常用的識(shí)別方法有：1、樣板四周加壓法低光圈：當(dāng)空氣隙縮小時(shí)，條紋從邊緣向中心移動(dòng)，光圈減小且變粗。高光圈：當(dāng)空氣隙縮小時(shí)，條紋從中心向邊緣移動(dòng)，光圈也相應(yīng)減小變粗。如圖4-1所示。圖4-1 樣板四周加壓法 圖4-2 一側(cè)加壓法2、一側(cè)加壓法 低光圈：當(dāng)空氣隙縮小時(shí)，條紋彎曲方向背向加力點(diǎn)，條紋移動(dòng)方向如圖4-2所示。高光圈：當(dāng)空氣隙縮小時(shí)，條紋彎曲方向朝向加力點(diǎn)，條紋移動(dòng)方向如圖4-2所示。 3、色序判斷法在白光中，各色光的波長(zhǎng)是從紅光向紫光逐次減短，因此，在同一個(gè)干涉級(jí)中，波長(zhǎng)越大，產(chǎn)生干涉處的間隙也越大，當(dāng)從中心到邊緣的顏色序列為藍(lán)、紅、黃時(shí)為低光圈；當(dāng)從中心到邊緣的顏色序列

16、為黃、紅、藍(lán)時(shí)，則為高光圈，參見(jiàn)圖4-3。圖4-3 色序判斷法4、光圈數(shù)的度量光圈數(shù)的多少，反映了被檢光學(xué)表面的曲率半徑相對(duì)于參考光學(xué)表面曲率半徑偏差的大小。光圈越多，偏差越大。反之則小。（1）當(dāng)光圈數(shù)多的情況下（時(shí)），以有效檢驗(yàn)范圍內(nèi)直徑方向上最多條紋數(shù)的一半來(lái)度量。在白光照明下，通常以紅色為計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)色，表面上出現(xiàn)幾個(gè)紅色光圈即為幾道圈。 （2）當(dāng)光圈數(shù)少的情況下（時(shí)），光圈數(shù)是以通過(guò)直徑方向上干涉條紋的彎曲量（）相對(duì)于條紋的間距（）的比值來(lái)度量。如圖4-4所示。光圈數(shù)可通過(guò)下式計(jì)算： （4-1）對(duì)于較小曲率半徑的球面，當(dāng)時(shí)，通常是根據(jù)整個(gè)表面上邊緣和中間光斑顏色和差異來(lái)度量其光圈數(shù)的。如以

17、熒光燈作光源，當(dāng)邊緣顏色為灰白色時(shí)，則可根據(jù)中間顏色來(lái)確定其光圈數(shù)，也可根據(jù)與空氣隙厚度相對(duì)應(yīng)的顏色和光圈數(shù)的關(guān)系來(lái)計(jì)算與顏色對(duì)應(yīng)的空氣隙厚度差或光圈數(shù)。圖 4-4 時(shí)光圈數(shù)的度量（二）局部光圈的識(shí)別及其度量局部偏差是指被檢光學(xué)表面與參考光學(xué)表面在任一方向上產(chǎn)生的干涉條紋的局部不規(guī)則程度，它所對(duì)應(yīng)的光圈數(shù)用表示。常見(jiàn)的局部光圈有中心高、中心低、塌邊、翹邊等如圖4-5、圖4-6所示。圖4-5中心局部光圈數(shù)的度量 圖4-6邊緣局部光圈數(shù)的度量（·表示加力點(diǎn)） （·表示加力點(diǎn)）局部光圈數(shù)是以局部不規(guī)則干涉條紋對(duì)理想平滑干涉條紋的偏離量（）與兩相鄰條紋間距（）的比值來(lái)度量的。其關(guān)系

18、式為 （4-2）（三）象散光圈的識(shí)別及其度量象散偏差是指被檢光學(xué)表面與參考光學(xué)表面在兩個(gè)相互垂直方向上產(chǎn)生的光圈數(shù)不等所對(duì)應(yīng)的偏差，此偏差所對(duì)應(yīng)的光圈數(shù)用表示。常見(jiàn)象散光圈有橢圓形象散光圈、馬鞍形象散光圈、柱形象散光圈等。如圖4-7、圖4-8、圖4-9、圖4-10所示。象散光圈數(shù)是以兩個(gè)相互垂直方向上光圈數(shù)的最大代數(shù)差的絕對(duì)值來(lái)度量的其關(guān)系式為 （4-3）圖 4-7 橢圓形象散光圈數(shù)的度量 圖4-8馬鞍形象散光圈數(shù)的度量 圖4-9 柱形象散光圈數(shù)的度量 圖4-10的象散光圈數(shù)的度量（四）影響光圈的工藝因素及光圈的修改方法在光學(xué)零件的拋光過(guò)程中，常用的調(diào)整光圈的工藝因素有：擺幅大小、頂針位置、主

19、軸轉(zhuǎn)速、擺速的增減、壓力的增減、拋光模的修刮、拋光液的濃淡等。當(dāng)光圈高時(shí)，說(shuō)明零件邊緣磨多了，修改時(shí)應(yīng)使中間多磨。反之，光圈低時(shí)，零件中間磨多了，修改時(shí)應(yīng)使邊緣多磨。在加工過(guò)程中，對(duì)光圈的修改，主要是通過(guò)正確地熟練地調(diào)整有關(guān)工藝因素來(lái)實(shí)現(xiàn)的。修改光圈的具體方法歸納成下列二表。1、規(guī)則光圈的修改方法如表4-1所示。 表4-1 規(guī)則光圈的修改方法鏡盤(pán)位置凸鏡盤(pán)在下凹鏡盤(pán)在上原光圈情況低高低高曲率半徑的變化趨勢(shì)由大變小（光圈由低改高）由小變大（光圈由高改低）由小變大（光圈由低改高）由大變?。ü馊τ筛吒牡停伖馇闆r多拋邊緣多拋中部多拋邊緣多拋中部各工藝因素的調(diào)整擺幅頂針位置主軸轉(zhuǎn)速擺速壓力拋光模拋光液

20、加大拉出來(lái)加快放慢略加重修刮中部濃些減小放中心放慢加快宜輕修刮邊緣淡些減小放中心加快放慢略加重修刮中部濃些加大拉出來(lái)放慢加快宜輕修刮邊緣淡些 表4-2 局部光圈及象散偏差的修改方法工藝因素局部低和塌邊局部高和翹邊象散偏差拋光模的修改主軸轉(zhuǎn)速擺速擺幅頂針位置壓力修改拋光模有誤差部分減小減小減小放中心減小修改拋光模無(wú)誤差部分加大加大加大拉出來(lái)加大均勻修改整個(gè)拋光模表面減小加大對(duì)稱擺幅加大表中所列系指單項(xiàng)工藝因素的改變對(duì)光圈的影響，運(yùn)用時(shí)可根據(jù)具體情況，同時(shí)采取幾項(xiàng)主要工藝因素措施，就可迅速達(dá)到預(yù)期目的。2、局部光圈象散偏差的修改方法見(jiàn)表4-2。在拋光過(guò)程中，當(dāng)規(guī)則光圈與局部偏差同時(shí)出現(xiàn)時(shí)，此時(shí)應(yīng)該

21、根據(jù)兩者哪個(gè)距離規(guī)定值大，就做為主要矛盾先行解決。當(dāng)光圈不規(guī)則比較嚴(yán)重時(shí)，可將鏡盤(pán)先往低光圈方向修改，然后再拋到所要求的表面幾何形狀。若光圈不規(guī)則程度十分嚴(yán)重時(shí)，則必須重新精磨，再行拋光。3、拋光模的修改形式如圖4-11所示圖4-11常用的修模形式四、實(shí)驗(yàn)步驟（一）識(shí)別光圈1、用拭布仔細(xì)擦拭透鏡表面及樣板表面，在燈光下觀察無(wú)塵為止。2、將樣板置于透鏡之上，不得相互錯(cuò)動(dòng)，輕輕加壓使出現(xiàn)光圈。3、根據(jù)光圈的識(shí)別方法來(lái)判斷光圈的高低及局部偏差的性質(zhì)和大小。4、記下透鏡的光圈情況，準(zhǔn)備修改光圈。（二）、修改光圈1、將鏡盤(pán)裝在拋光機(jī)床主軸上，加上拋光液，再裝好拋光盤(pán)，根據(jù)所需要修改光圈的情況初步調(diào)整有關(guān)

22、工藝因素進(jìn)行拋光。2、加工10分鐘后，停車，檢查光圈變化情況，并根據(jù)光圈變化趨勢(shì)，進(jìn)一步調(diào)整各工藝因素，以控制光圈向著要求目標(biāo)改進(jìn)。3、反復(fù)檢查，反復(fù)修改，直到光圈達(dá)到要求后停車，關(guān)閉機(jī)床電源，調(diào)整用具，擦凈機(jī)床。五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告1、簡(jiǎn)述高低光圈、局部光圈的識(shí)別于度量。2、根據(jù)所實(shí)驗(yàn)零件的光圈情況，說(shuō)明是如何把光圈修改好的。六、思考題1、在光圈的情況下，光圈如何識(shí)別于度量？2、塌邊是如何產(chǎn)生的？應(yīng)怎樣修改塌邊？實(shí)驗(yàn)五 透鏡的定心和磨邊一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康耐哥R的定心與磨變是光學(xué)零件制造的基本工藝過(guò)程之一。透鏡的定心與磨邊的主要方法有二類：機(jī)械定心磨邊與光學(xué)定心磨邊。1、了解光學(xué)定心法的原理與方法；2、了解

23、透鏡磨邊的一般過(guò)程及工藝裝備； 3、初步分析影響定心磨邊質(zhì)量的工藝因素。二、 實(shí)驗(yàn)設(shè)備及用具光學(xué)定心磨邊機(jī)、TD型磨邊定心儀、定心磨邊膠、酒精燈、打火機(jī) 、未磨邊透鏡（平凸或平凹透鏡 ）、外徑分厘卡、倒邊摸、金剛砂、酒精清洗皿、酒精乙醚混合液滴瓶、脫脂紗布等。三、實(shí)驗(yàn)原理定心磨邊是透鏡制造的后道工序，對(duì)透鏡獲得盡量小的偏心差與好的表面質(zhì)量起直接影響，它將完成以下工作。1、使透鏡光軸或透鏡球面的球心對(duì)透鏡幾何軸或其他定位軸的偏離量，調(diào)整到給定的要求范圍內(nèi)。2、透鏡的外圓直徑達(dá)到裝配或膠合的要求。3、透鏡倒邊。光學(xué)定心中以用自準(zhǔn)顯微鏡觀測(cè)球心象的方法最為常用，并具有最高的精度。各種方法所能達(dá)到的精

24、度如表5-1所示。自準(zhǔn)顯微鏡觀測(cè)球心反射象的儀器通常是TD型定心儀，其原理圖如圖5-1所示。工件10粘結(jié)在定心夾頭上，透鏡的后面定位于定心夾頭，透鏡的前表面依靠TD型自準(zhǔn)顯微鏡定心。當(dāng)透鏡的前表面的球心C與TD型定心儀的工作點(diǎn)或會(huì)聚點(diǎn)接近重合時(shí)，則在定心儀分劃板上看到十字絲象隨著相應(yīng)轉(zhuǎn)動(dòng)。加熱定心夾具及工件，圖5-1 TD型定心儀表5-1幾種定心方法的精度比較定心方法定心精度光學(xué)法直接觀察表面象法0.030.1mm自準(zhǔn)直顯微鏡觀測(cè)法0.0050.05mm透射象定心法0.010.1mm機(jī)械定心法0.010.07mm使定心膠軟化，工件在夾頭上按定位球面滑動(dòng)，直至工件轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，十字絲象不動(dòng)為止。為提高

25、定心精度，可調(diào)物鏡可以換用倍率不同的鏡組。TD型定心儀具有六組可換物鏡，使分劃板最高格值達(dá)到0.005mm/格。分劃板格值按下式計(jì)算：式中：b分劃板分劃值，b=0.4mm；顯微鏡物鏡的倍數(shù)；f可換物鏡焦距；n十字絲象跳動(dòng)格數(shù)；c偏心差；固定物鏡焦距，=110mm。完成透鏡前表面球心定心后，為使后面在夾頭上定心可以，用觀測(cè)后表面的定心象來(lái)校對(duì)之。前表面的球心象與后表面的球心象的校正點(diǎn)位置可以預(yù)先計(jì)算出來(lái)。圖5-2表示定義儀與透鏡前表面之間的距離計(jì)算原理。設(shè)A1、A2為透鏡后表面(R1)、前表面（R2）的球心象校正點(diǎn)位置，定心儀與透鏡間距離可用下式計(jì)算：式中：L1、L2可換物鏡前表面與工件前表面的

26、距離；LF1、LF2可換物鏡的頂焦距；x1、x2A1、A2對(duì)工件前表面的距離。圖5-2定心儀的對(duì)焦位置的計(jì)算可換物鏡的頂焦距即定心儀的工作距離可查表5-2或讀取每只可換物鏡所標(biāo)的數(shù)值。表5-2 TD型定心儀的可換物鏡規(guī)格顯微物鏡總倍數(shù)可換物鏡參數(shù)分劃板格值mm/格頂焦距LF/mm焦距f/mm2.5×4324400.045×212.52200.0210×1031100.0120×52550.005-10×-116-1100.01-5×-227-2200.02為保證定心精度，定心夾頭裝在磨邊機(jī)工件軸上，利用磨邊機(jī)的車刀架附件，對(duì)夾頭的端面

27、（粘結(jié)平面）和內(nèi)圓錐（粘結(jié)凸面）或外圓錐（粘結(jié)凹面）進(jìn)行精車、精磨與拋光，校正錐面與機(jī)床回轉(zhuǎn)主軸的不同軸度及端面與主軸的不垂直度。光學(xué)定心磨邊機(jī)通常用Q853定心磨邊機(jī)。這種磨邊機(jī)屬于平行磨削方式。運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)1由砂輪旋轉(zhuǎn)磨削運(yùn)動(dòng)、砂輪進(jìn)給運(yùn)動(dòng)、工件的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)以及工件的往復(fù)走刀運(yùn)動(dòng)組成。砂輪軸轉(zhuǎn)速為3000r/min，工件軸轉(zhuǎn)速為200、315、500r/min，工件軸往復(fù)次數(shù)30min-1，每次進(jìn)刀量為0.020.08mm。通常用自來(lái)水為冷卻劑。四、實(shí)驗(yàn)步驟1、根據(jù)被定心磨邊透鏡的類型及結(jié)構(gòu)參數(shù)（通常為平凹透鏡或平凸透鏡）粗略計(jì)算出球心象校正點(diǎn)的位置，然后按偏心差要求與校正點(diǎn)位置選擇TD型定心儀

28、的可換物鏡倍數(shù)。2、根據(jù)透鏡粘結(jié)面的形狀確定夾頭的結(jié)構(gòu)形狀；根據(jù)透鏡磨邊后的直徑確定夾頭的尺寸；根據(jù)偏心差要求確定夾頭的精度。按上述要求精車或?qū)σ延袏A頭驗(yàn)收、測(cè)量。3、按可換物鏡的工作距離（頂焦距）精略確定定心儀的位置、找到二個(gè)表面的球心象校正透鏡的光軸、使旋轉(zhuǎn)工件軸時(shí)，十字絲象的跳動(dòng)量在要求格數(shù)內(nèi)。4、先適當(dāng)調(diào)節(jié)磨邊機(jī)的工件軸轉(zhuǎn)速及往復(fù)走刀行程，然后開(kāi)動(dòng)磨邊機(jī)，打開(kāi)冷卻水，最后手動(dòng)進(jìn)給，試磨后，停機(jī)，測(cè)量透鏡外徑。反復(fù)以上操作，直至達(dá)到要求為止。5、將磨邊機(jī)調(diào)節(jié)到僅有工件軸旋轉(zhuǎn)一種運(yùn)動(dòng)，用倒邊模加金剛砂對(duì)透鏡進(jìn)行倒角。6、取下透鏡，清洗干凈，目測(cè)崩邊、表面疵病情況。五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告1、計(jì)算透鏡的

29、球心象校正點(diǎn)位置，比較定心儀的計(jì)算位置與實(shí)際定心位置。2、該透鏡的定心結(jié)果實(shí)際達(dá)到多少偏心差？分析影響定心精度的工藝因素。3、目測(cè)定心后透鏡的表面質(zhì)量及崩邊情況，分析影響質(zhì)量的工藝因素。六、思考題1、為什么透鏡的曲率半徑越大，越難達(dá)到高的定心精度？準(zhǔn)同心透鏡為什么不能采用光學(xué)法定心磨邊？應(yīng)該怎樣定心磨邊準(zhǔn)同心透鏡？2、凹透鏡磨邊前為什么特別需要工藝性倒角？實(shí)驗(yàn)五 高精度平面的制造與檢測(cè)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康母呔绕矫媸怯猛竞軓V泛和具有代表性的精密光學(xué)零件。高精度平面的制造與檢測(cè)是基礎(chǔ)的和典型的精密光學(xué)工藝技術(shù)。本實(shí)驗(yàn)應(yīng)達(dá)到下述目的：1、了解用環(huán)形拋光盤(pán)加工法拋光高精度平面的方法。2、了解用菲索干涉儀檢測(cè)

30、高精度平面及對(duì)平面干涉圖的常規(guī)判讀方法。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備及用具環(huán)形拋光機(jī)、菲索平面干涉儀、完成粗拋光（N=0.51）的60的平晶、精拋的60的平晶夾持器、拋光輔料、酒精乙醚混合劑、脫脂棉布三、實(shí)驗(yàn)原理高精度平面一般是指平面度達(dá)到二十分之一波長(zhǎng)的平面零件。這種平面的制造關(guān)鍵在于拋光階段，拋光一般分粗拋光（N=0.51）和精拋光（N0.1）。粗拋光用一般拋光方法就可以達(dá)到。精拋光的方法很多，例如分離器拋光法，而環(huán)形拋光盤(pán)加工法是其中的一種新工藝，如圖7-1所示。環(huán)形拋光機(jī)是一臺(tái)帶有1m拋光盤(pán)的精拋光機(jī)。主軸有好的剛性，通過(guò)可控硅調(diào)速控制直流馬達(dá)，并通過(guò)機(jī)械減速傳動(dòng)系統(tǒng)使主軸獲得0.56r/min的轉(zhuǎn)速

31、。環(huán)形拋光盤(pán)用柏油松香等制作而成，由校正板1控制拋光盤(pán)2的面形。調(diào)整可調(diào)支架3使校正板遠(yuǎn)離中心，則拋光盤(pán)變凸；反之，校正板移向中心，則拋光盤(pán)變凹。拋光盤(pán)的面形變化，使粗拋后的平晶4的平面性得到進(jìn)一步的修正。凸的拋光盤(pán)將精拋出的平晶。大的拋光盤(pán)將復(fù)制出高精度的平面。當(dāng)控制校正板并保持環(huán)形拋光盤(pán)的平面性為10個(gè)光圈時(shí)，如果拋光正常，略去熱變形的影響，則不難復(fù)制出平面性達(dá)到/50的60mm的平晶。式中Dp環(huán)形拋光盤(pán)直徑；d平晶直徑；N環(huán)形拋光盤(pán)光圈數(shù)；N平晶光圈數(shù)。若Dp=1000mm。D=60mm，N=10，則n=0.036式中 W平晶的面形誤差。圖7-1環(huán)形拋光盤(pán)加工法平晶的平面性或面性誤差通常

32、用菲索平面干涉儀測(cè)量。一般應(yīng)該獲得垂直方向、水平方向和450方向三幅干涉圖。干涉圖的條紋數(shù)以5條為好，中央條紋通過(guò)的中心，如圖7-2所示。干涉圖的判讀可以用目鏡測(cè)微器，也可以拍攝下來(lái)，用手工計(jì)讀或用工具顯微鏡計(jì)讀，并按下式讀出面形誤差W圖7-2平面干涉圖式中 h干涉條紋的最大彎曲量；H干涉條紋的平均間距；干涉儀光源波長(zhǎng)四、實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備1、準(zhǔn)備工作（1）啟動(dòng)環(huán)形拋光機(jī)，調(diào)節(jié)機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速為12r/min，使之處于適合精拋狀態(tài)。（2）將已經(jīng)粗拋光的平晶在干涉儀上測(cè)量，并計(jì)讀其表面誤差。2、精拋平晶（1）將平晶放入環(huán)形拋光機(jī)的工件夾持器內(nèi)。（2）半小時(shí)后取出平晶，在干涉儀上對(duì)一個(gè)方位的干涉圖進(jìn)行估讀。（3

33、）根據(jù)平晶誤差情況，適當(dāng)調(diào)節(jié)校正板的位置（平晶如太凹，則使校正板向環(huán)形拋光機(jī)中心移動(dòng)）。（4）再放入平晶，精拋半小時(shí)后取出，作平面性的最后檢測(cè)，環(huán)形拋光機(jī)停機(jī)。3、平晶的檢測(cè)將精修后的平晶在菲索平面干涉儀上最后的檢測(cè)。讀取垂直、水平及450方位的三副干涉圖中的最大誤差值，即為該平晶的平面面形誤差。五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告1、記錄與分析第一次精拋平晶的結(jié)果。2、記錄與分析第二次（校正板移位后）精拋平晶的結(jié)果。3、記錄并判讀平晶精拋結(jié)束后的干涉圖。4、回答思考題。六、思考題1、環(huán)形拋光機(jī)的拋光盤(pán)的面形變化與哪些因素有關(guān)？2、平晶平面性的獲得與哪些因素有關(guān)（提示：材料、轉(zhuǎn)速、校正板位置與大小、工件的位置及室溫等

34、）。3、計(jì)讀平面干涉條紋為什么需要三個(gè)方位的干涉圖？為什么需要5根條紋？為什么中央條紋必須通過(guò)干涉圖的中心？4、精拋平晶時(shí)，如果出現(xiàn)平晶中間凹和塌邊的現(xiàn)象，在精拋過(guò)程中應(yīng)采用什么措施？干涉圖上應(yīng)如何判讀？實(shí)驗(yàn)七 非球面的檢驗(yàn)與修磨一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康闹械染燃案呔鹊姆乔蛎婷嫘我话憔枰幱皺z驗(yàn)及手工拋修，它比球面的樣板檢驗(yàn)和拋光修光圈要復(fù)雜得多。陰影檢驗(yàn)及手工拋修是光學(xué)精密工藝的基本方法之一。本實(shí)驗(yàn)應(yīng)達(dá)到下述目的：1.了解用陰影法檢驗(yàn)球面反射鏡及非球面透鏡的基本原理及方法。2.根據(jù)陰影法檢驗(yàn)非球面透鏡的面形，然后在拋光機(jī)上進(jìn)行手工局部修正，從而了解非球面修帶法的基本操作方法。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備及用具刀口儀

35、（陰影儀）、1.2m（或1m）平行光管、拋修用的四軸機(jī)、具有面形誤差的大球面凹面鏡、具有面形誤差的非球面準(zhǔn)直透鏡、大球面和非球面透鏡夾具、拋修用夾具、拋修用工具和拋光液等三、實(shí)驗(yàn)原理在大曲率半徑的凹球面反射鏡的球心附近放置刀口儀的光孔1（圖7-1a），刀口2與光孔1對(duì)稱于球心，刀口2置于N2位置附近（近似球心位置）切割光束。因?yàn)榍蛐氖且粋€(gè)無(wú)象差點(diǎn),光孔1發(fā)出的共心光束，通過(guò)凹球面鏡反射會(huì)聚于N2處，也是共心光束。如果球面鏡的面形呈非理想形狀，例如右側(cè)有一個(gè)局部區(qū)域的凸起，則在N2處的刀口后面用肉眼4觀察到陰影圖M2的右側(cè)相應(yīng)于鏡面凸起處出現(xiàn)局部右暗左明的陰影，其他區(qū)域則呈現(xiàn)半暗半明狀態(tài)。M1陰

36、影圖對(duì)應(yīng)于刀口在焦前N1處切割，暗影的移動(dòng)方向與刀口的移動(dòng)方向相同。M3陰影圖對(duì)應(yīng)于刀口在焦后N3處切割，暗影的移動(dòng)方向與刀口的移動(dòng)方向相反。M2陰影圖是我們檢測(cè)所需的，N2的位置是一個(gè)靈敏的位置，稍稍偏離球心就能觀察到全亮或全暗的鏡面陰影圖。僅在剛剛切入球心時(shí)才會(huì)獲得半亮半暗的陰影圖。根據(jù)陰影圖我們可以判斷鏡面的形狀（圖7-1b）。鏡面3的面形為中心凸、中帶凹與邊部凸，陰影圖為M2狀態(tài)，其陰影的明暗狀態(tài)可以用該帶區(qū)的光線會(huì)聚點(diǎn)（習(xí)慣上稱焦點(diǎn)）對(duì)N2位置偏離前后來(lái)解釋。所以，可以按M2圖判斷面形。同時(shí)也可以用斜光束S照射假想“地面”5的起伏來(lái)判斷。斜光束S入射方向是迎著刀口的切入方向，當(dāng)斜光束從左邊入射時(shí)，左明右暗的陰影顯然是對(duì)應(yīng)于“地面凸起”的形狀，左暗右明對(duì)應(yīng)“地面凹下”的形狀。圖7-1大球面的陰影檢驗(yàn)原