9.1光學(xué)材料的特性9.1.1光學(xué)玻璃的特性光學(xué)玻璃和普通玻璃之間的主要區(qū)別是：光學(xué)玻璃具有高度的透明性、物理及化學(xué)上的高度均勻性以及特定和精確的光學(xué)常數(shù)。因此，現(xiàn)代光學(xué)玻璃的成分組元不同于窗玻璃。長(zhǎng)期以來(lái)，各國(guó)對(duì)于本國(guó)所生產(chǎn)的各種牌號(hào)玻璃的成分和工藝是嚴(yán)格保密的。一般來(lái)講，玻璃的主要成分是二氧化硅（SiO2），又稱(chēng)石英砂，它使得玻璃機(jī)械強(qiáng)度高、化學(xué)穩(wěn)定性好、熱膨脹系數(shù)小，但熔點(diǎn)高（1700℃以上）。為改善玻璃的性能和滿足光學(xué)系統(tǒng)成像，通常熔煉玻璃都加入其他物質(zhì)，例如加入氧化鋁（Al2O3）能提高玻璃的化學(xué)穩(wěn)定性和機(jī)械強(qiáng)度；下一頁(yè)返回9.1光學(xué)材料的特性加入氧化鉛（PbO）和氧化鋇（BaO）可以增大玻璃的折射率，但化學(xué)穩(wěn)定性下降；加入氧化鈉（Na2O），雖然玻璃的化學(xué)穩(wěn)定性和力學(xué)性能變差，但它可以降低熔煉溫度。此外，根據(jù)需要還可以加入其他物質(zhì)。9.1.2光學(xué)晶體的特性光學(xué)晶體按用途分類(lèi)主要有紫外晶體、紅外晶體、激光晶體、偏振晶體、復(fù)消色差晶體等。按工藝性能分為硬質(zhì)晶體（莫氏硬度為7～9，包括石英晶體、紅寶石、釔鋁石榴石等）、軟質(zhì)晶體（莫氏硬度為2～4，包括螢石、方解石等）和水溶性晶體（如氯化鈉、氯化鉀、ADP、KDP等）。螢石的硬度低、脆性大，加工時(shí)要特別小心，以免損傷表面和破裂。水溶性晶體具有潮解性，加工困難。上一頁(yè)下一頁(yè)返回9.1光學(xué)材料的特性9.1.3光學(xué)塑料的特性光學(xué)塑料是有機(jī)高分子聚合物，由于它具有一定的光學(xué)、力學(xué)、化學(xué)性能和許多優(yōu)點(diǎn)，能滿足光學(xué)設(shè)計(jì)的要求，故多用于眼鏡片，棱鏡，菲涅耳透鏡，DVD、VCD、CD-ROM光頭，以及照相機(jī)鏡頭等光電儀器的光學(xué)零件。光學(xué)塑料與玻璃相比，具有比重小、沖擊強(qiáng)度高、易成型、成本低、耐溫度變化能力強(qiáng)及透紅外、紫外性能好等優(yōu)點(diǎn)，但也具有硬度低、易劃傷、熱膨脹系數(shù)高、吸水性大、耐溶劑性差、光學(xué)常數(shù)選擇范圍小等缺點(diǎn)。上一頁(yè)下一頁(yè)返回9.1光學(xué)材料的特性常用的光學(xué)塑料材料有聚甲基丙烯酸甲酯（有機(jī)玻璃、PMMA）、聚丙乙烯（PS）、苯乙烯、CR-39等樹(shù)脂材料。以光學(xué)玻璃為基體的零件的基本工藝，包括毛坯的成型、粗磨、銑磨、精磨、拋光、磨邊定心和膠合等工序.上一頁(yè)返回9.2光學(xué)零件的技術(shù)要求9.2.1光學(xué)零件的技術(shù)要求光學(xué)零件的技術(shù)要求是由設(shè)計(jì)提出的，是制定光學(xué)系統(tǒng)的質(zhì)量指標(biāo)的依據(jù)。光學(xué)零件的技術(shù)條件包括對(duì)光學(xué)材料的質(zhì)量要求和對(duì)光學(xué)零件加工精度的要求。1.對(duì)光學(xué)玻璃的要求光學(xué)零件對(duì)光學(xué)玻璃主要在折射率和色散系數(shù)、光學(xué)均勻性、應(yīng)力雙折射、光吸收系數(shù)、條紋度、氣泡度等方面有要求。下一頁(yè)返回9.2光學(xué)零件的技術(shù)要求2.對(duì)光學(xué)零件的要求光學(xué)零件在拋光后除了有表面粗糙度要求外，還對(duì)以下指標(biāo)和精度做出了具體的要求。1）對(duì)光學(xué)樣板的要求在光學(xué)零件加工過(guò)程中，特別是在拋光工藝中，通常是用光學(xué)樣板來(lái)檢驗(yàn)工件的面形精度。光學(xué)樣板半徑所允許的誤差R，對(duì)被檢工件的面形精度有直接的影響。因此，光學(xué)樣板的光圈數(shù)NG應(yīng)比其所檢驗(yàn)的零件光圈數(shù)N嚴(yán)格3～5倍。標(biāo)準(zhǔn)樣板的精度等級(jí)R分為A，B兩級(jí)。2）對(duì)光圈數(shù)N和局部光圈N的要求上一頁(yè)下一頁(yè)返回9.2光學(xué)零件的技術(shù)要求零件表面與樣板表面之間存在的偏差用兩表面間的空氣氣隙所產(chǎn)生的干涉條紋數(shù)N（整個(gè)面形誤差）和N（局部誤差）表示。3）對(duì)透鏡中心偏差的要求透鏡中心偏差是指透鏡外圓的幾何軸線與光軸曲率中心處的偏差，用C表示。顯微物鏡、廣角物鏡、復(fù)制照相物鏡和望遠(yuǎn)鏡的第一組分的表面，其中心偏差應(yīng)為0.005～0.01mm；目鏡的中心偏差為0.03～0.05mm；放大鏡和聚光鏡中心偏差為0.05～0.1mm。上一頁(yè)下一頁(yè)返回9.2光學(xué)零件的技術(shù)要求4）對(duì)透鏡的厚度公差和空氣間隙的要求透鏡的厚度公差和空氣間隙的偏差會(huì)改變像差，影響像質(zhì)，因此規(guī)定了對(duì)透鏡的厚度公差和空氣間隙的偏差限制。放大鏡與普通目鏡的透鏡的厚度公差和空氣間隙偏差為±0.1～±0.2mm；復(fù)雜目鏡的厚度公差和空氣間隙偏差為±0.05～±0.1mm；物鏡的厚度公差為±0.1～0.3mm；膠合物鏡的空氣間隙精度為±0.03～±0.05mm。5）對(duì)表面疵病的要求光學(xué)零件的表面疵病是指拋光后表面存在的麻點(diǎn)、劃痕、開(kāi)口氣泡和破邊等，用B表示。上一頁(yè)下一頁(yè)返回9.2光學(xué)零件的技術(shù)要求6）對(duì)光學(xué)零件氣泡度的要求對(duì)拋光后光學(xué)零件表面的氣泡，若在光學(xué)零件圖紙上未作要求，可以不檢查。若在圖紙上提出了要求，則可按規(guī)定要求檢查。一般對(duì)氣泡的標(biāo)注方法有三種。7）棱鏡的制造公差棱鏡的制造公差包括平面幾何公差、尺寸公差和角度公差。棱鏡的形面公差也用N、N表示，表面疵病B的指標(biāo)與透鏡相同。各種棱鏡的角度誤差基本控制在0.5′～10′。8）平板零件的平行度公差對(duì)平板光學(xué)零件的上下光學(xué)表面規(guī)定平行度要求，具體要求見(jiàn)圖紙規(guī)定。上一頁(yè)下一頁(yè)返回9.2光學(xué)零件的技術(shù)要求9）光楔角公差光楔角度按高精度、中等精度和一般精度要求規(guī)定，其公差制定在±0.2″～±1′范圍內(nèi)。上一頁(yè)返回9.3光學(xué)零件的粗磨與精磨加工

光學(xué)零件從毛坯到加工成透明的光學(xué)表面，一般要經(jīng)過(guò)粗磨、精磨、拋光等基本加工工藝過(guò)程。粗磨是將毛坯加工成具有一定幾何形狀、尺寸精度和表面粗糙度的工序。粗磨可根生產(chǎn)批量和加工條件的不同，選擇散粒磨料和固著的金剛石磨具來(lái)進(jìn)行加工。粗磨的目的是提高效率，盡快切除多余的余量，以得到精磨工序所需的尺寸及幾何精度。散粒磨料是指用金剛砂和水?dāng)嚢瓒傻哪チ蠈?duì)玻璃工件進(jìn)行的粗磨加工。下一頁(yè)返回9.3光學(xué)零件的粗磨與精磨加工

使用散粒磨料加工玻璃，其工作原理如圖9-1所示。散布于磨盤(pán)和工件表面之間的磨料，借助于磨盤(pán)在工件表面法線方向上施加的壓力和磨盤(pán)與工件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，對(duì)工件表層產(chǎn)生微量的研碎和破壞，使工件表面逐次形成凹凸層和裂紋層，最后達(dá)到成型的目的。這種層和裂紋層的形成過(guò)程，其原理可表述如下：由于磨料顆粒在工件表面上的滾動(dòng)和撞擊，在玻璃表層形成裂紋，以后，磨料顆粒的相繼滾動(dòng)和撞擊，再加上裂紋形成毛細(xì)管，使水滲入而引起水解作用，將錐狀的破壞層去除，最后在玻璃表面上出現(xiàn)凹凸層，這種凹凸層常稱(chēng)作“砂眼”。上一頁(yè)下一頁(yè)返回9.3光學(xué)零件的粗磨與精磨加工

圖9-1所示為這種研磨過(guò)程的示意圖。圖9-1（b）表示開(kāi)始研磨時(shí)，參加研磨的磨料顆粒只占很小一部分（5%～10%），這主要是由于磨料顆粒在不同方向上的尺寸和磨料顆粒大小不均而造成的。也正是由于這個(gè)原因，使研磨過(guò)程帶有沖擊和振動(dòng)，這種沖擊和振動(dòng)的力往往很大，甚至大大超過(guò)磨料顆粒本身的強(qiáng)度而使顆粒破碎。玻璃表層在沖擊、振動(dòng)的作用下，產(chǎn)生裂紋并逐漸加深。除此之外，壓力p、相對(duì)速度a、磨料種類(lèi)和粒度、玻璃種類(lèi)以及其他工藝因素都是影響破壞層深度的因素。上一頁(yè)下一頁(yè)返回9.3光學(xué)零件的粗磨與精磨加工

圖9-1（c）表示磨料在工件表面形成的裂紋方向與工件表面傾斜，水在毛細(xì)管的作用下滲入裂紋內(nèi)，與玻璃初生表面發(fā)生化學(xué)作用，水解生成的硅酸膠體對(duì)裂紋壁加壓形成楔裂作用，進(jìn)一步促進(jìn)玻璃碎屑的脫落。散料磨料粗磨加工設(shè)備簡(jiǎn)單，要手工操作，生產(chǎn)效率不高，適合生產(chǎn)量不大或不具備銑磨條件的場(chǎng)合。圖9-2所示為散料粗磨機(jī)工作示意圖，主軸上端裝有平模或球模，可粗磨平面或球面工件。上一頁(yè)下一頁(yè)返回9.3光學(xué)零件的粗磨與精磨加工

球面零件的粗磨，即加工具有一定曲率半徑、中心厚度和中心偏差不超出某一范圍的光學(xué)零件，同時(shí)要求加工效率高、表面粗糙度好。所以粗磨球面要用從粗到細(xì)三道磨料加工。第一道磨料粒度的選擇是根據(jù)加工工件弧高大小而定。單件弧高大于1mm時(shí)，第一道砂選用大于180#的磨料；弧高在0.4～lmm時(shí)，選用180#磨料；弧高小于0.4mm時(shí)，選用240#磨料或280#磨料。粗磨完工后表面粗糙度要求達(dá)到Ra2.5-m，相當(dāng)于微粉磨料W40或W28加工的砂面。粗磨用球模的材料多為鑄鐵。磨凸球面用凹球模，磨凹球面用凸球模，三道磨削分別使用三種曲率半徑不同的球模，前道磨料所用球模是以下道磨料所用球模為標(biāo)準(zhǔn)修磨而成的，修磨精度要求有1/2～2/3的擦貼度。上一頁(yè)下一頁(yè)返回9.3光學(xué)零件的粗磨與精磨加工

圖9-3所示為粗磨球面示意圖，加工時(shí)將毛坯放在球模上，手指按住工件（較小的工件可黏結(jié)在木棒上加工），沿球模表面上下移動(dòng)，移動(dòng)幅度要使工件邊緣超過(guò)球模中心，超出球模邊緣，以使球模均勻磨損。在工件上下移動(dòng)的同時(shí)，手指推動(dòng)工件，使其不斷繞自身軸線旋轉(zhuǎn)，以防磨出偏心。以上為單件加工，球面粗磨也可以成盤(pán)加工。平面粗磨多用成盤(pán)加工，因?yàn)槊娣e大、難度高，故效率也高。棱鏡加工，往往用特殊夾具將各種棱面裝夾成平面粗磨。上一頁(yè)返回9.4拋光工藝與技術(shù)9.4.1拋光輔料1.拋光粉拋光中對(duì)拋光粉和拋光模層材料等輔料有嚴(yán)格的要求。1）對(duì)拋光粉的要求拋光粉磨料結(jié)晶組織應(yīng)有一定的晶格形態(tài)，拋光粉磨料晶粒破碎時(shí)應(yīng)形成銳利的尖角；拋光粉的純度要高，粒度大小均勻一致；硬度適中，有很好的分散性和吸附性。拋光粉粒度大，切削力強(qiáng)，但拋光后工件表面粗糙度差；要根據(jù)零件的表面粗糙度要求，選擇適當(dāng)?shù)膾伖夥鄯N類(lèi)和粒度。下一頁(yè)返回9.4拋光工藝與技術(shù)

2）拋光粉的種類(lèi)與性能在光學(xué)玻璃拋光過(guò)程中，常用的拋光粉有氧化鈰（CeO2）、氧化鐵（Fe2O3）和氧化鋯（ZrO2）等。氧化鈰拋光粉是一種稀土金屬的氧化物，為立方晶系，顆粒外形呈多邊形，棱角明顯，平均直徑約2μm，硬度為莫氏硬度7～8，它比氧化鐵拋光粉具有更高的拋光效率。氧化鈰拋光粉顏色有白色的（氧化鈰含量達(dá)99%以上）、淡黃的（氧化飾含量達(dá)85%～95%）、棕黃色的（氧化飾含量達(dá)45%～50%）。氧化鐵拋光粉（又稱(chēng)紅粉）是一種α型氧化鐵（α-Fe2O3），為斜方晶系，顆粒外形呈球形，邊緣有絮狀物。顆粒大小為0.5～1-m，硬度為莫氏硬度4～7，顏色有從黃紅色到暗紅色若干種。上一頁(yè)下一頁(yè)返回9.4拋光工藝與技術(shù)

2.拋光模層材料拋光模層是影響拋光效率和拋光質(zhì)量的重要因素之一。古典拋光法拋光膜層（又稱(chēng)拋光膠）的主要成分為瀝青和松香（俗稱(chēng)拋光柏油）。這種拋光膠具有一定的硬度、彈性和可塑性。拋光時(shí)應(yīng)按鏡盤(pán)大小、玻璃牌號(hào)和室溫等條件來(lái)選用軟硬合適的拋光膠。增加松香含量會(huì)提高拋光膠的硬度，反之，則會(huì)降低硬度。高速拋光膠目前普遍使用的是由柏油、合成樹(shù)脂和填料等組成的混合膠。這種膠僅是一種由古典法向合成樹(shù)脂（塑料）過(guò)渡的形式，它雖然具有拋光柏油的優(yōu)點(diǎn)，但不能承受很高的轉(zhuǎn)速和壓力。高速拋光膠應(yīng)具有微孔結(jié)構(gòu)，良好的耐磨性、耐熱性、吻合性和一定的硬度等性能。上一頁(yè)下一頁(yè)返回9.4拋光工藝與技術(shù)

9.4.2光圈識(shí)別光學(xué)零件的拋光質(zhì)量要求包括：光學(xué)表面疵病符合規(guī)定的等級(jí)和光學(xué)表面的幾何形狀。檢測(cè)光學(xué)零件的光學(xué)表面幾何形狀準(zhǔn)確程度（面形精度）的方法很多，在光學(xué)加工中廣泛采用光學(xué)樣板作干涉圖樣檢驗(yàn)，它具有簡(jiǎn)便、直觀、精確的特點(diǎn)。光學(xué)樣板檢驗(yàn)原理：當(dāng)光學(xué)零件的被檢表面和樣板的工作表面（參考表面）相接觸時(shí)，由于兩者的面形不一致，會(huì)產(chǎn)生一定的空氣隙。當(dāng)波長(zhǎng)為的光照射到空氣隙上，便形成等厚干涉條紋，如圖9-12所示。上一頁(yè)下一頁(yè)返回9.4拋光工藝與技術(shù)

從等厚干涉知道，相鄰兩亮條紋之間空氣厚度差近似為?/2，即通常所說(shuō)的一個(gè)干涉紋（光圈）相當(dāng)于空氣隙厚度變化為?/2，因此，光圈數(shù)為N的部位所對(duì)應(yīng)的空氣隙厚度變?yōu)镹·（?/2）。所以，光學(xué)零件的面形精度可以通過(guò)垂位置觀察到的干涉條紋的數(shù)量、形狀、顏色及其變化來(lái)確定。對(duì)于白光，若取其波長(zhǎng)?=0.25μm，相差一個(gè)光圈時(shí)厚度相差0.25μm。檢驗(yàn)光學(xué)零件的面形精度有三個(gè)指標(biāo)：曲率半徑偏差（以N表示）、像散偏差（Δ1N）和局部偏差（Δ2N）。因?yàn)榍拾霃狡罘较虿煌?，樣板與被檢表面在邊緣部位接觸部位也不同，因此產(chǎn)生的光圈也不同，分為低光圈和高光圈。上一頁(yè)下一頁(yè)返回9.4拋光工藝與技術(shù)

低光圈表示樣板與被檢表面在邊緣部位接觸，對(duì)于凸球面，則表示曲率半徑大于樣板；對(duì)于凹球面，則表示曲率半徑小于樣板；對(duì)于平面，則表示被檢平面變?yōu)榘记蛎?。高光圈表示樣板與被檢球面在中間部位接觸，對(duì)于凸球面，則表示曲率半徑小于樣板；對(duì)于凹球面，則表示曲率半徑大于樣板；對(duì)于平面，則表示被檢平面變?yōu)橥骨蛎妗?.4.3拋光工藝方法拋光工藝主要有古典拋光工藝、高速拋光工藝、離子拋光工藝、浮法拋光工藝和磁流體拋光工藝等多種工藝方法。上一頁(yè)下一頁(yè)返回9.4拋光工藝與技術(shù)

1.古典拋光工藝古典拋光工藝是一種歷史悠久的光學(xué)拋光方法，它是在研磨—拋光機(jī)床或手工操作，采用拋光柏油制成的成型拋光模和散料磨料拋光劑來(lái)加工精磨后的光學(xué)零件。雖然這種工藝方法加工效率低，但加工精度較高，對(duì)工人的技術(shù)要求較高，所以目前仍被采用。古典拋光機(jī)床種類(lèi)很多，常用的有兩軸、四軸、六軸直到二十軸。此外，還有單軸機(jī)、腳踏研磨拋光機(jī)等。古典拋光機(jī)床轉(zhuǎn)速低、壓力小，加壓方式采用加荷重方法實(shí)現(xiàn)。機(jī)床的選擇應(yīng)根據(jù)加工鏡盤(pán)的大小和機(jī)床所能加工的范圍而定。一般機(jī)床的功率常以加工最大平面鏡盤(pán)的直徑表示，對(duì)于同一功率的機(jī)床，當(dāng)加工球面鏡盤(pán)時(shí)，其最大直徑為平面鏡盤(pán)最大直徑的0.7倍。上一頁(yè)下一頁(yè)返回9.4拋光工藝與技術(shù)

加工平面鏡盤(pán)時(shí)的機(jī)床選擇，一般以機(jī)床加工范圍為主。對(duì)于已拋光過(guò)，且需要單件或成對(duì)修正面形誤差、表面疵病、角度及平行差精度高要求的工件，一般在腳踏研磨拋光機(jī)上進(jìn)行手工拋光。研磨拋光機(jī)的原理和結(jié)構(gòu)如圖9-25所示。在拋光過(guò)程中，由于各種因素的影響，會(huì)使光學(xué)零件表面的幾何形狀精度超差，為消除這些誤差，要求能正確判斷產(chǎn)生這些誤差的原因，來(lái)正確調(diào)整拋光工藝，修改光圈。影響光圈的主要因素如下：（1）玻璃材料熱處理和拋光過(guò)程中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力的變化引起光圈的變化。上一頁(yè)下一頁(yè)返回9.4拋光工藝與技術(shù)

（2）零件在上盤(pán)過(guò)程中，由于受熱引起的熱應(yīng)力的變化造成光圈的變化。（3）零件上盤(pán)時(shí)由于黏結(jié)力作用，卸盤(pán)后工件內(nèi)應(yīng)力釋放引起光圈的變化。（4）拋光模與零件接觸不良也會(huì)造成光圈的變化。（5）室內(nèi)溫度不均勻變化造成光圈的變化。（6）最主要的因素還是機(jī)床調(diào)整造成的，如機(jī)床轉(zhuǎn)速、壓力、鏡盤(pán)與工具的相對(duì)速度、相對(duì)位移。上一頁(yè)下一頁(yè)返回9.4拋光工藝與技術(shù)

2.高速拋光由于古典拋光工藝效率低，為了提高中等尺寸、中等精度的零件拋光效率，產(chǎn)生了高速拋光工藝。高速拋光工藝實(shí)質(zhì)上是在提高機(jī)床主軸的轉(zhuǎn)速、增大拋光壓力等條件下，以盡量高的加工效率拋光出符合要求的光學(xué)零件。高速拋光工藝有準(zhǔn)球心法（弧線擺動(dòng)法）拋光工藝和范成法拋光工藝，以及固著磨料高速拋光工藝。準(zhǔn)球心法對(duì)機(jī)床的精度要求較低，加工方法與古典法相近。準(zhǔn)球心法要求擺架擺動(dòng)軸線通過(guò)鏡盤(pán)的曲率中心，使鐵筆始終指向球心并做圓弧擺動(dòng)，壓力始終指向曲率中心，在加工中恒為定值。上一頁(yè)下一頁(yè)返回9.4拋光工藝與技術(shù)

古典法拋光上架做平動(dòng)搖擺，壓力的方向始終與主軸平行，拋光壓力的數(shù)值隨擺角變化而變化，并會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)、沖擊，造成不均勻拋光。范成法拋光是利用工具與工件相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)刃口軌跡的包絡(luò)面形狀加工出所需要工件的表面形狀，如圖9-26（c）所示。范成法的加工質(zhì)量和精度基本依賴(lài)機(jī)床精度、塑料拋光模的性能及拋光劑的質(zhì)量，不依賴(lài)工人的技術(shù)熟練程度，容易操作，但對(duì)機(jī)床精度要求較高。準(zhǔn)球心法高速拋光用的拋光模主要以熱塑樹(shù)脂和熱固性樹(shù)脂為主，熱塑性樹(shù)脂如柏油混合模、古馬隆混合模；熱固性樹(shù)脂拋光模主要成分是環(huán)氧樹(shù)脂或聚氨酯樹(shù)脂。上一頁(yè)下一頁(yè)返回9.4拋光工藝與技術(shù)

準(zhǔn)球心法拋光工藝的拋光效率與拋光速度和拋光壓力成正比，工件拋光前對(duì)精磨后的表面粗糙度和光圈有要求，精磨后工件光圈數(shù)應(yīng)比拋光后低1～2道，表面粗糙度Ra值應(yīng)低于0.32μm，為高速拋光創(chuàng)造好的條件。對(duì)高速拋光模要求要有微孔結(jié)構(gòu)，以便于儲(chǔ)存、吸附磨料，增加磨料的切削作用，還要求拋光模具有耐磨、耐熱、柔韌的性能和適當(dāng)?shù)挠捕?、小的收縮率及抗老化、吸水性好的性能。對(duì)氧化鈰拋光劑的品種、品位、粒度均勻性、純度，以及拋光粉在拋光劑中的濃度有較高的要求。為準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)球心拋光，必須使下模（凸鏡盤(pán)或凸拋光模）球面的曲率中心落在搖臂的擺動(dòng)軸線上及保持拋光模厚度、鏡盤(pán)黏結(jié)膠的均勻一致。上一頁(yè)下一頁(yè)返回9.4拋光工藝與技術(shù)

對(duì)固著磨料拋光工藝，由于把拋光粉與拋光模做成一體，磨料固著在拋光盤(pán)上，與拋光模一起在工件表面作相對(duì)運(yùn)動(dòng)，對(duì)工件玻璃表面進(jìn)行拋光。固著拋光模一般采用濃度為10%～25%、粒度為9～16μm的金剛石微粉。固著拋光?？梢宰鞒少N片式或澆壓成型式，其使用壽命比一般的拋光模高10倍以上。采用固著磨料高速拋光，加工效率高，工藝穩(wěn)定，有利于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，減少環(huán)境污染。9.4.4光學(xué)零件的定心磨邊經(jīng)過(guò)精磨拋光后的透鏡，一般存在中心偏差。透鏡中心偏差是透鏡光軸（兩球面曲率中心連線）與幾何軸（外圓幾何對(duì)稱(chēng)中心線）的不重合程度表示，用c表示。圖9-27（a）所示為光軸與幾何軸具有交叉性中心偏差；圖9-27（b）所示為光軸與幾何軸具有平行性中心偏差。上一頁(yè)下一頁(yè)返回9.4拋光工藝與技術(shù)

透鏡中心偏差破壞了光學(xué)系統(tǒng)的共軸性，引起慧差、色差等像差，降低了像質(zhì)，因而透鏡都應(yīng)該校正中心并對(duì)光軸磨外圓，使光軸與幾何軸的重合程度符合公差要求。透鏡定中心的方法有光學(xué)定心法、機(jī)械定心法和光電定心法。光學(xué)定心法包括透鏡表面反射像定心法、透射像定心法和球心反射像定心法。上一頁(yè)返回9.5光學(xué)零件的膠合、鍍膜和刻劃9.5.1光學(xué)零件的膠合光學(xué)零件的膠合是把兩塊或多塊單個(gè)零件，用膠黏劑或光膠等，按一定技術(shù)要求連接在一起的工藝過(guò)程。其目的如下：（1）改善像質(zhì)。例如把冕牌玻璃的凸透鏡和火石玻璃的凹透鏡膠合在一起，就組成了消色差的雙膠合透鏡。（2）減少反射光能損失。分離式的組合透鏡，例如用K9和F2玻璃制成的雙分離透鏡組，反射面光能損失分別為4%和5.6%，若將雙分離透鏡用加拿大膠膠合成雙膠合透鏡，膠合面的反射光損失可減少到0.1%。下一頁(yè)返回9.5光學(xué)零件的膠合、鍍膜和刻劃

（3）簡(jiǎn)化復(fù)雜零件的加工。有些棱鏡形狀復(fù)雜，整體加工難度很大，若分成幾塊加工，然后再膠合起來(lái)，可大大減小加工難度，使復(fù)雜零件制造簡(jiǎn)單化。（4）保護(hù)刻劃面。為了保護(hù)刻度表面，經(jīng)常在分劃面上膠合一塊保護(hù)玻璃。光學(xué)零件的膠合工藝主要有膠合法和光膠法。膠合法的光學(xué)膠黏劑要求與光學(xué)玻璃光學(xué)性能相近，如無(wú)色透明；膠合時(shí)浸潤(rùn)性好，固化后收縮率小，零件不易變形；在使用溫度范圍內(nèi)耐沖擊和耐冷熱性好；化學(xué)穩(wěn)定性好，長(zhǎng)期使用不變質(zhì)；膠合工藝簡(jiǎn)單，無(wú)毒害；易拆卸等性能，并具有良好的粘結(jié)性能。常用的膠黏劑有天然冷杉樹(shù)脂（用于熱膠合工藝）、甲醇膠（用于冷膠工藝）、光學(xué)環(huán)氧膠和光學(xué)光敏膠。上一頁(yè)下一頁(yè)返回9.5光學(xué)零件的膠合、鍍膜和刻劃

天然冷杉樹(shù)脂膠俗稱(chēng)熱膠，是由松柏科冷杉屬植物分泌的樹(shù)汁，經(jīng)提純精煉而成。冷杉樹(shù)脂膠具有良好的透光性和一定的粘結(jié)力，折射率與K9玻璃相近，能長(zhǎng)時(shí)間保持透明，膠合應(yīng)力小，使用簡(jiǎn)便，應(yīng)用于一般透鏡、棱鏡、率光片、度盤(pán)、分劃板等室內(nèi)使用儀器鏡頭的膠合。甲醇膠俗稱(chēng)冷膠，是人工合成的有機(jī)化合物，具有良好的透明度、膠合強(qiáng)度、耐高低溫性能（都高于冷杉樹(shù)脂膠），但固化后收縮率較高，易引起零件的變形，抗老化性較差，保存期短，拆膠困難。光學(xué)環(huán)氧膠是環(huán)氧樹(shù)脂的一種，顏色較淺，黏度低，透明度好，折射率近似玻璃，膠結(jié)強(qiáng)度、收縮率、耐高低溫性能、耐水性、化學(xué)穩(wěn)定性都高于冷杉樹(shù)脂膠和甲醇膠。缺點(diǎn)是膠困難。上一頁(yè)下一頁(yè)返回9.5光學(xué)零件的膠合、鍍膜和刻劃

光敏膠是以光敏樹(shù)脂為基體加入光敏劑、膠聯(lián)劑、阻聚劑等在紫外線下膠聯(lián)固化，是一種性能優(yōu)良的光學(xué)黏結(jié)劑。在光學(xué)零件膠合前，先做膠合前的準(zhǔn)備，檢驗(yàn)?zāi)z合面的疵病，將正、負(fù)透鏡或棱鏡選配成組，使外徑、中心厚度、光圈和角度符合要求；擦凈膠合面，根據(jù)零件的形狀和大小選擇膠的黏度。膠合平面零件時(shí)，膠的黏度應(yīng)大些；膠合大尺寸的零件時(shí)，膠的黏度應(yīng)小些。將已排完氣泡的成組透鏡或棱鏡置于膠合定心儀或角度校正儀上進(jìn)行定中心或定角度。膠合后，需刮凈邊緣的殘膠，并清洗膠合件表面。為消除膠層的內(nèi)應(yīng)力，減小變形，可將膠合透鏡或棱鏡放在烘箱內(nèi)退火，對(duì)于不同的膠種，有不同的退火溫度和時(shí)間。對(duì)于多個(gè)透鏡的膠合，可采用專(zhuān)用夾具裝夾，以提高膠合效率和膠合精度。上一頁(yè)返回9.6光學(xué)零件工藝規(guī)程的編制9.6.1光學(xué)零件工藝規(guī)程的制定（1）全面了解和熟悉原始資料。光學(xué)零件圖、技術(shù)條件、生產(chǎn)綱領(lǐng)、設(shè)備性能等是編制工藝規(guī)程必須具備的原始資料。光學(xué)零件圖、技術(shù)條件是擬定光學(xué)零件工藝規(guī)程的基本依據(jù)。因此，必須對(duì)這些原始資料作細(xì)致的分析和全面的研究，以便擬定出既合理又經(jīng)濟(jì)的工藝規(guī)程。下一頁(yè)返回9.6光學(xué)零件工藝規(guī)程的編制

（2）根據(jù)生產(chǎn)類(lèi)型確定毛坯類(lèi)型和加工方法。一般生產(chǎn)分單件（或小量）、成批（大、中、?。┖痛罅可a(chǎn)三種，光學(xué)儀器制造中多是成批或小量生產(chǎn)。透鏡加工若是小量生產(chǎn)，可選用塊料毛坯，采用彈性裝夾法進(jìn)行加工。若為成批生產(chǎn)，則可選用壓型毛坯，采用剛性裝夾法進(jìn)行加工。（3）確定加工順序。加工順序的確定，首先要根據(jù)毛坯類(lèi)型、零件形狀與技術(shù)要求、技術(shù)水平和生產(chǎn)類(lèi)型等擬出主要的順序。一般的加工順序是：對(duì)球面零件：平面先于球面；凹面先于凸面；曲率半徑大的球面先于曲率半徑小的球面。上一頁(yè)下一頁(yè)返回9.6光學(xué)零件工藝規(guī)程的編制

對(duì)于棱鏡：基準(zhǔn)面先加工，為提高定位精度，基準(zhǔn)面也可粗拋光；角度精度要求高的面最后加工。如加工透鏡時(shí)，首先確定先加工哪一面比較合適，再根據(jù)生產(chǎn)批量來(lái)確定裝夾方式（如彈性裝夾），然后確定粗磨、精磨、拋光、定中心、磨邊、倒角和鍍透光膜的工序。對(duì)膠合透鏡還須有膠合工序。一般情況下，為了有利于加工出符合要求的表面，避免或減少表面的損壞，往往先加工尺寸小的工作面，然后加工大的工作面，因?yàn)榧庸け砻娲蟊燃庸け砻嫘≡诩庸r(shí)受損壞的可能性大。上一頁(yè)下一頁(yè)返回9.6光學(xué)零件工藝規(guī)程的編制

（4）進(jìn)行毛坯尺寸和加工余量的計(jì)算。根據(jù)零件的類(lèi)型、尺寸、加工精度、毛坯種類(lèi)和車(chē)間的生產(chǎn)條件（如工人的技術(shù)水平、機(jī)床、工具、磨料等）計(jì)算加工余量（工序余量和總余量），確定毛坯的尺寸。（5）確定所采用的設(shè)備、加工工具、夾具、量具（包括測(cè)試儀器）、磨料磨具、拋光粉、輔料、冷卻液等，選擇適當(dāng)?shù)募庸び昧浚鐧C(jī)床的轉(zhuǎn)速（r/min）、荷重（Nl）等。上一頁(yè)下一頁(yè)返回9.6光學(xué)零件工藝規(guī)程的編制

（6）注明主要工序的主要技術(shù)要求，如加工工序中的尺寸、加工精度、表面質(zhì)量及操作注意事項(xiàng)等。（7）設(shè)計(jì)專(zhuān)用的工具、夾具、量具（包括測(cè)試儀器）并繪出制造圖。例如：大批生產(chǎn)中透鏡的加工，必須設(shè)計(jì)一套具有一定曲率半徑的工具，如粗磨模、精磨模、拋光擦；夾具如黏結(jié)球模；輔助模具如貼置模等。設(shè)計(jì)好的工、夾、量具的有關(guān)數(shù)據(jù)應(yīng)填入工藝卡片內(nèi)。工藝程序的全部?jī)?nèi)容均應(yīng)寫(xiě)在工藝卡片上，工藝卡片的繁簡(jiǎn)程度主要由生產(chǎn)類(lèi)型決定。例如，單件試制生產(chǎn)，只填入主要的工序；若為成批生產(chǎn)就應(yīng)將工藝卡片寫(xiě)得詳細(xì)些；大量生產(chǎn)，則應(yīng)更加詳細(xì)。上一頁(yè)下一頁(yè)返回9.6光學(xué)零件工藝規(guī)程的編制

編制工藝規(guī)程時(shí)，要充分考慮現(xiàn)有的條件，充分發(fā)揮現(xiàn)有生產(chǎn)技術(shù)條件的作用，同時(shí)還應(yīng)恰當(dāng)?shù)夭捎米钚碌目茖W(xué)技術(shù)。當(dāng)然工藝規(guī)程也不是一成不變的，隨著技術(shù)水平的提高，在一定的時(shí)候，工藝規(guī)程就要進(jìn)行修改，以適應(yīng)新的生產(chǎn)需要。9.6.2定位基準(zhǔn)的選擇工件在機(jī)床或夾具上必須保證占有正確的位置，才能保證工件的加工精度，這樣必須遵守六點(diǎn)定位原則。1.六點(diǎn)定位原則上一頁(yè)下一頁(yè)返回9.6光學(xué)零件工藝規(guī)程的編制

確定任何一個(gè)剛體在空間的唯一位置，必須約束它的六個(gè)自由度，沿空間三個(gè)軸線方向的移動(dòng)和三個(gè)軸的回轉(zhuǎn)，即三個(gè)直線移動(dòng)自由度（X、Y、Z）和三個(gè)回轉(zhuǎn)自由度（X、Y、Z），如圖9-37所示。在生產(chǎn)中，可以根據(jù)加工工件的具體情況來(lái)限制它的自由度。如對(duì)球面零件的粗磨、精磨、拋光則需要限制六個(gè)自由度，而對(duì)平板類(lèi)零件的粗磨、精磨、拋光只需要限制它的三個(gè)自由度（X、Y、Z），而其他三個(gè)自由度（X、Y、Z）則無(wú)須限制。但是在生產(chǎn)中，不允許遺漏應(yīng)加限制的自由度（出現(xiàn)欠定位），否則將會(huì)出現(xiàn)工件毀壞或廢品的情況，而且也不應(yīng)出現(xiàn)重復(fù)限制某一個(gè)自由度的情況（過(guò)定位）。因此，在工件定位安裝前，應(yīng)充分對(duì)工件在加工中的位置、受力等因素進(jìn)行分析，采用合理的定位方式。上一頁(yè)下一頁(yè)返回9.6光學(xué)零件工藝規(guī)程的編制

2.粗基準(zhǔn)的選擇原則（1）以不加工的表面作為粗基面，所加工的表面作為下道工序的精基準(zhǔn)。（2）各表面都加工的零件應(yīng)取余量最小的表面作為粗基準(zhǔn)。（3）粗基準(zhǔn)在毛坯制造過(guò)程中，應(yīng)使其盡量的平整和光潔，有足夠的面積，以減小夾緊力和切削力的變形，以及便于安裝和夾緊，并使它和其他加工表面之間位置偏差最小。（4）粗基準(zhǔn)一般只使用一次。上一頁(yè)下一頁(yè)返回9.6光學(xué)零件工藝規(guī)程的編制

9.6.3夾具設(shè)計(jì)要求（1）要求定位準(zhǔn)確，裝夾可靠，裝卸方便，成本低。（2）對(duì)于球面夾具，應(yīng)保證零件的偏心、曲率半徑和中心厚度在允許范圍內(nèi)。（3）對(duì)于平面夾具，夾具體定位表面應(yīng)經(jīng)過(guò)淬火處理，以提高耐磨性。定位表面應(yīng)平直，為提高定位精度，定位表面應(yīng)開(kāi)有溝槽；為防止破邊和碰傷棱角，夾具上應(yīng)開(kāi)有讓角槽。用于玻璃零件加工的夾具主要有彈性?shī)A具、真空夾具和各類(lèi)機(jī)械裝夾、磁性裝夾、收管裝夾、膠結(jié)等方式。彈性?shī)A具收縮量一般選擇0.2mm左右；真空夾具對(duì)工件直徑要求較嚴(yán)，夾具直徑公差應(yīng)在0.02～0.05mm范圍內(nèi)。上一頁(yè)下一頁(yè)返回9.6光學(xué)零件工藝規(guī)程的編制

為獲得所需的零件形狀、尺寸和表面質(zhì)量，在加工過(guò)程中從玻璃毛坯上磨去的多余的材料層叫加工余量。加工余量預(yù)留太大，會(huì)造成材料的浪費(fèi)，還會(huì)增加加工工時(shí)；若預(yù)留太小，則會(huì)造成加工困難。因此，加工余量要根據(jù)具體的加工條件和工藝來(lái)選擇制定。加工余量要考慮鋸切余量、滾圓余量、平整余量、厚度和平行度修磨余量、粗磨余量、精磨余量、拋光余量、定心磨邊余量等。（4）各工序的計(jì)算。鋸切余量的確定：上一頁(yè)下一頁(yè)返回9.6光學(xué)零件工藝規(guī)程的編制

如下上一頁(yè)下一頁(yè)返回9.6光學(xué)零件工藝規(guī)程的編制

（5）研磨拋光余量。用散粒磨料研磨時(shí)，粗磨余量見(jiàn)有關(guān)手冊(cè)。精磨拋光余量：當(dāng)零件直徑小于10mm時(shí)，單面余量取0.15～0.2mm；零件直徑大于10mm時(shí)，單面余量取0.2～0.25mm。對(duì)于精度要求高、玻璃材料較軟、磨具硬度較大、單件加工時(shí)，精磨余量應(yīng)取大值。用固著磨料研磨時(shí)，粗磨銑切余量見(jiàn)有關(guān)手冊(cè)。一般當(dāng)直徑小于10mm時(shí)，雙凸透鏡單面余量為0.15mm，平凸透鏡單面余量為0.075mm，雙凹透鏡為0.1mm，平凹透鏡為0.05mm；對(duì)于直徑大于10mm的工件，余量要稍大些。上一頁(yè)下一頁(yè)返回9.6光學(xué)零件工藝規(guī)程的編制

定心磨邊余量見(jiàn)有關(guān)手冊(cè)。對(duì)于易產(chǎn)生偏心的透鏡，按下式計(jì)算：上一頁(yè)下一頁(yè)返回9.6光學(xué)零件工藝規(guī)程的編制

9.6.4光學(xué)零件毛坯尺寸計(jì)算各工序的加工余量確定后，就可計(jì)算出毛坯的尺寸。對(duì)于雙凸透鏡：上一頁(yè)下一頁(yè)返回9.6光學(xué)零件工藝規(guī)程的編制

對(duì)于凹凸透鏡：上一頁(yè)下一頁(yè)返回9.6光學(xué)零件工藝規(guī)程的編制

9.6.5確定透鏡定中心磨邊工藝按零件的中心偏差要求，確定是否要定中心磨邊，若需要定中心磨邊，則根據(jù)零件直徑大小、中心偏差要求的精度和設(shè)備情況確定定中心磨邊方法。定中心磨邊的余量按手冊(cè)選取，并選擇定中心磨邊用的工具和輔助材料，最后編制透鏡定中心磨邊工藝規(guī)程。9.6.6確定透鏡精磨、拋光工藝過(guò)程先按照工件的加工順序，加工直徑大的一面，對(duì)于需要修厚度尺寸或修邊厚差的零件，應(yīng)先加工直徑小的表面；對(duì)于具有凹球面的透鏡，應(yīng)先加工凹面；應(yīng)先加工表面疵病要求較低的表面。上一頁(yè)下一頁(yè)返回9.6光學(xué)零件工藝規(guī)程的編制

其次是設(shè)計(jì)鏡盤(pán)和模具。按鏡盤(pán)大小決定黏結(jié)模、精磨模、拋光模的主要尺寸；根據(jù)零件的精度要求，設(shè)計(jì)手修模，根據(jù)黏結(jié)模、精磨模、拋光模的結(jié)構(gòu)選擇材料。在確定透鏡精磨、拋光余量時(shí)，應(yīng)考慮零件的厚度公差大于±0.1mm，其單面余量選0.06～0.1mm。當(dāng)零件的厚度公差小于±0.1mm時(shí)，考慮余量應(yīng)加上修磨余量，修磨余量選0.01～0.05mm。對(duì)于特硬或特軟的材料，根據(jù)具體情況還要對(duì)余量做相應(yīng)的修正；若有膠合，還應(yīng)按照膠合厚度控制工件的厚度公差。確定了以上情況后，選擇精磨、拋光設(shè)備及加工輔料，最后編制精磨及拋光工藝規(guī)程。上一頁(yè)下一頁(yè)返回9.6光學(xué)零件工藝規(guī)程的編制

9.6.7確定透鏡粗磨工藝過(guò)程粗磨余量應(yīng)先考慮加工直徑較大的一面，凸凹透鏡先考慮加工凹面。球面銑磨后，若不到表面質(zhì)量，應(yīng)安排手工修磨，需鉆孔的透鏡應(yīng)將鉆孔工序安排在磨球面之前。銑槽應(yīng)根據(jù)零件結(jié)構(gòu)酌情安排。粗磨余量應(yīng)根據(jù)毛坯種類(lèi)和尺寸參照表選取，手工修磨余量和劃切余量應(yīng)參考有關(guān)手冊(cè)選取。粗磨工序應(yīng)根據(jù)余量的大小和磨具的種類(lèi)，選取離散磨料粒度號(hào)。根據(jù)拋光完工應(yīng)達(dá)到的球面半徑和粗磨球面半徑的修正量，計(jì)算粗磨完工的球面半徑。上一頁(yè)下一頁(yè)返回9.6光學(xué)零件工藝規(guī)程的編制

粗磨完工的零件直徑應(yīng)等于定中心磨邊前的直徑，其公差一般在0.1～0.3mm。若無(wú)須定中心磨邊，粗磨完工直徑即為零件完工直徑。粗磨完工的厚度尺寸為零件完工尺寸的上限加上兩面精磨、拋光余量，其公差酌情選定。具有凹面的零件應(yīng)計(jì)算出凹面的矢高，給出總厚度尺寸。倒角尺寸按零件設(shè)計(jì)與工藝要求給定。設(shè)計(jì)粗磨工裝，若采用銑磨加工方法，則由透鏡口徑大小選擇磨輪中徑和粒度，計(jì)算出磨頭中心與主軸中心線的夾角；若用散粒磨料粗磨，則設(shè)計(jì)單件加工的粗磨模，設(shè)計(jì)夾具并選用檢驗(yàn)量具。合理選擇磨料、冷卻液、黏結(jié)材料、清洗材料，最后編制透鏡加工工藝規(guī)程。上一頁(yè)下一頁(yè)返回9.6光學(xué)零件工藝規(guī)程的編制

9.6.8繪制透鏡毛坯圖毛坯尺寸的確定，按生產(chǎn)量大小盡可能選用熱壓成型料或棒料。毛坯尺寸為零件完工尺寸加上各道工序加工余量，工序間尺寸公差采用自由公差。型料毛坯尺寸，由粗磨完工的球面曲率半徑、直徑和修正量，經(jīng)計(jì)算而得。按熱壓成型料的外形尺寸，算出毛坯的重量，最后繪制毛坯圖。一般應(yīng)在毛坯外形尺寸下面用括號(hào)注明完工尺寸，以便參考。繪制熱壓成型毛坯圖，塊料要注明下料的主要外形尺寸。上一頁(yè)返回9.7非球面光學(xué)零件的加工9.7.1數(shù)控研磨和拋光技術(shù)隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和超精密加工技術(shù)的發(fā)展，光學(xué)非球面的數(shù)控研磨和拋光方法得到了研究和發(fā)展。通常，數(shù)控加工系統(tǒng)有開(kāi)環(huán)控制和閉環(huán)控制兩種類(lèi)型。開(kāi)環(huán)控制是由計(jì)算機(jī)控制刀具的坐標(biāo)位置和駐留時(shí)間；閉環(huán)控制是具有反饋的加工方法，它可以利用儀器測(cè)量得到的信息來(lái)調(diào)整和控制整個(gè)加工過(guò)程。為了使控制過(guò)程朝著要求的面形逐漸收斂，校正誤差的方法必須能使面形的修改產(chǎn)生預(yù)期的變化。顯然，如果每一次面形修改后表面誤差能逐漸減小的話，表面就一定會(huì)收斂于要求的面形。下一頁(yè)返回9.7非球面光學(xué)零件的加工這種方法的加工精度主要取決于測(cè)量的精度和所采用的誤差校正方法。機(jī)床精度對(duì)加工精度的影響一般不會(huì)成為主要因素。對(duì)于直徑較小或非球面度很大的非球面零件（非球面表面與最接近球面表面在光軸方向的最大偏差稱(chēng)為非球面度），一般先用計(jì)算機(jī)控制的精密磨床將零件表面磨削成所要求的面形，再用柔性拋光模拋光。對(duì)于直徑較大、非球面度不大的精密非球面透鏡或反射鏡，則先用普通的研磨、拋光方法將其表面加工成最接近的球面，然后用計(jì)算機(jī)控制的拋光機(jī)床將此表面修改成所要求的非球面。上一頁(yè)下一頁(yè)返回9.7非球面光學(xué)零件的加工1.小型非球面的計(jì)算機(jī)控制研磨和拋光加工采用標(biāo)準(zhǔn)的球面毛坯，將其加工余量按坐標(biāo)位置輸入數(shù)控系統(tǒng)。系統(tǒng)將此數(shù)據(jù)變成控制信號(hào)輸入研磨機(jī)床的傳動(dòng)系統(tǒng)，控制機(jī)床主軸與工具之間的相對(duì)位置和運(yùn)動(dòng)速度，從而研磨出第一個(gè)非球面表面，然后將研磨成型的非球面表面用柔性拋光模拋光。將拋光好的零件重新裝夾在機(jī)床的主軸上，用傳感測(cè)量頭按原來(lái)的控制信號(hào)控制零件和測(cè)量頭做相對(duì)運(yùn)動(dòng)，測(cè)出拋光零件的面形。測(cè)量過(guò)程中將面形測(cè)量的數(shù)據(jù)反饋給數(shù)控系統(tǒng)，與原數(shù)據(jù)進(jìn)行比較得到新的控制程序。再按此程序加工出第二個(gè)非球面表面，然后用柔性拋光模拋光。根據(jù)零件的精度要求，重復(fù)上述的測(cè)量與加工的自動(dòng)反饋，直到獲得合格的零件為止。上一頁(yè)下一頁(yè)返回9.7非球面光學(xué)零件的加工圖9-42所示為國(guó)外開(kāi)發(fā)的極坐標(biāo)加工機(jī)床加工原理，該機(jī)床的優(yōu)點(diǎn)是：它可以將加工機(jī)床和測(cè)量裝置組合在一起，裝在轉(zhuǎn)軸上的感應(yīng)機(jī)械測(cè)頭能在加工后立即測(cè)出非球面表面的輪廓。因此，很容易得到所需的校正函數(shù)，并能補(bǔ)償磨具磨損、機(jī)床剛度和主軸熱漂移等因素所產(chǎn)生的誤差。用上述非球面研磨機(jī)床研磨后的非球面零件還需要進(jìn)行拋光加工，拋光時(shí)一般使用柔性拋光模。圖9-43所示為柔性氣壓拋光模，這種拋光模沿著被加工表面移動(dòng)時(shí)能改變自己的形狀，并與被加工表面保持吻合狀態(tài)。拋光模內(nèi)有空氣壓力，使拋光模層材料和被拋光零件表面均勻而全面地吻合，并能保持均勻的壓力。拋光模層可以是有柔軟的薄瀝青的尼龍膜片，也可以是有許多浸有柏油拋光膠的小毛氈塊無(wú)孔耐油橡皮。上一頁(yè)下一頁(yè)返回9.7非球面光學(xué)零件的加工2.數(shù)控單點(diǎn)金剛石車(chē)削技術(shù)計(jì)算機(jī)數(shù)控單點(diǎn)金剛石車(chē)削技術(shù)是20世紀(jì)80年代推廣應(yīng)用的非球面加工技術(shù)，在超精密數(shù)控車(chē)床上采用天然單晶金剛石刀具，在對(duì)機(jī)床和加工環(huán)境進(jìn)行精確控制條件下，直接車(chē)削加工出符合光學(xué)質(zhì)量要求的非球面光學(xué)零件。這種技術(shù)主要用來(lái)加工中小尺寸、中等批量的紅外晶體和金屬材料的光學(xué)零件。其特點(diǎn)是生產(chǎn)率高、加工精度高、重復(fù)性好并適于批量生產(chǎn)，加工成本比傳統(tǒng)工藝顯著降低。國(guó)外用金剛石車(chē)削加工軍用紅外和激光非球面光學(xué)零件取得了很好的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)效果。上一頁(yè)下一頁(yè)返回9.7非球面光學(xué)零件的加工金剛石車(chē)削加工直徑120mm以下、表面粗糙度均方根值為0.02～0.06μm、面形精度為?/2～?的非球面光學(xué)零件。金剛石車(chē)削除了直接加工非球面光學(xué)零件外，還用來(lái)加工模壓成型和注射成型非球面光學(xué)零件的各種模具內(nèi)腔、環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)制法用的模具。金剛石車(chē)削與離子束拋光相結(jié)合可加工高精度非球面光學(xué)零件。金剛石車(chē)削可加工有色金屬、鍺、塑料、紅外晶體（碲鋯汞、銻化鋯、多晶硅、硫化鋅、硒化鋅、KDP晶體等）、無(wú)電鎳、鈹銅、鍺基硫族化合物玻璃等材料，可直接達(dá)到零件光學(xué)表面質(zhì)量要求。加工玻璃、鈦、鎢等材料目前還達(dá)不到光學(xué)表面質(zhì)量要求，需要進(jìn)一步研磨拋光才能滿足要求。上一頁(yè)下一頁(yè)返回9.7非球面光學(xué)零件的加工3.計(jì)算機(jī)數(shù)控離子束成型技術(shù)離子束成型又稱(chēng)離子束銑削或離子束拋光。它利用氬、氪、氙等惰性氣體的離子束，經(jīng)5000～100000V的電壓加速后轟擊真空室里的工件表面。離子束在計(jì)算機(jī)控制下對(duì)工件表面做掃描運(yùn)動(dòng)，完成對(duì)光學(xué)表面的精加工。用普通方法把工件表面加工成最接近的球面，再用計(jì)算機(jī)控制離子束在工件表面不同位置的停留時(shí)間，進(jìn)行不同余量的加工才能達(dá)到非球面的形狀，加工深度達(dá)到100?～10μm。離子束拋光機(jī)的結(jié)構(gòu)如圖9-44所示。上一頁(yè)下一頁(yè)返回9.7非球面光學(xué)零件的加工4.光學(xué)玻璃透鏡模壓成型技術(shù)光學(xué)玻璃透鏡模壓成型技術(shù)制造非球面光學(xué)零件，是用高精度模具在加溫、加壓和無(wú)氧化的條件下把光學(xué)玻璃直接壓制成精密非球面光學(xué)零件的新技術(shù)。這是光學(xué)零件生產(chǎn)中的一項(xiàng)重大革新，這項(xiàng)技術(shù)目前已進(jìn)入生產(chǎn)實(shí)用階段，用于軍用光學(xué)系統(tǒng)、照相機(jī)鏡頭、取景器、光盤(pán)讀出頭、條形碼讀出頭、光纖纜接頭的制造中。上一頁(yè)下一頁(yè)返回9.7非球面光學(xué)零件的加工5.光學(xué)塑料成型技術(shù)光學(xué)塑料成型技術(shù)包括注射成型、鑄造成型和壓制成型技術(shù)。光學(xué)塑料注射成型技術(shù)主要用來(lái)大量生產(chǎn)直徑100mm以下的非球面透鏡，也可制造微透鏡陣列。注射成型是將定量的光學(xué)塑料加熱成為流體，注射到不銹鋼模腔中，在保溫加壓條件下固化成型，固化后開(kāi)模即可獲得所需光學(xué)零件。塑料注射成型工藝對(duì)模具的要求與玻璃模壓成型技術(shù)中的模具要求相似，但由于塑料模壓成型過(guò)程溫度較低，所以對(duì)模具的要求不如玻璃模壓成型技術(shù)的模具嚴(yán)格。注射成型光學(xué)零件的焦距精度可控制在0.5%～1%以?xún)?nèi)，面形精度高于?/4，同軸度控制在30°以?xún)?nèi)，尺寸公差達(dá)0.0076mm，厚度公差達(dá)0.012mm。上一頁(yè)下一頁(yè)返回9.7非球面光學(xué)零件的加工塑料注射成型非球面光學(xué)零件的主要優(yōu)點(diǎn)是：重量輕，成本低，光學(xué)零件和安裝部件可以整體注射成型，節(jié)省了裝配工作量，耐沖擊性能好。其缺點(diǎn)是：表面容易被劃傷，熱膨脹系數(shù)高，導(dǎo)熱性差，軟化溫度低，容易變形，折射率選擇范圍窄。光學(xué)塑料鑄造成型技術(shù)和壓制成型技術(shù)主要用于制造直徑100mm以上的非球面光學(xué)零件。6.環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)制技術(shù)環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)制技術(shù)是利用環(huán)氧樹(shù)脂將復(fù)制模（母模）的面形轉(zhuǎn)移到基體上，用以制造反射或透射非球面光學(xué)零件的一種新工藝?？捎糜趶?fù)制工件的基體有鈹、鋁、玻璃、塑料、花崗巖、大理石、黃銅、青銅、鋼、鎂、鈦等材料。上一頁(yè)下一頁(yè)返回9.7非球面光學(xué)零件的加工7.電鑄成型技術(shù)電鑄成型技術(shù)主要用來(lái)制造在高溫和有應(yīng)力條件下使用的非球面金屬反射鏡。電鑄成型制造反射金屬光學(xué)零件是采用電鍍?cè)怼Ｊ紫戎圃炷改?，在玻璃母模或不銹鋼母模表面鍍一層導(dǎo)電的脫模膜，把母模放入電鍍槽中，用電鍍方法鍍上幾十微米厚的鎳膜或鐒膜作為反射膜。再電鍍一層厚度為3～6mm的銅作為反射鏡本體。如果需要，還可在銅上再鍍一層鎳以保護(hù)銅不受腐蝕。反射鏡本體與母模分離后，電鍍層就成為金屬反射光學(xué)零件。鎳和銅電鍍膜的可見(jiàn)光反射率只有60%左右，且容易老化；鍺電鍍層的反射率也只有76%左右。上一頁(yè)下一頁(yè)返回9.7非球面光學(xué)零件的加工為了增加反射率，可再用真空鍍膜法在電鑄成型光學(xué)零件的反射面上鍍鋁，反射率可達(dá)88%～94%。與傳統(tǒng)加工工藝相比，電鑄成型加工反射光學(xué)零件的厚度從十分之幾毫米到7mm。影響電鑄成型光學(xué)零件面形精度的因素有母模精度、電鑄成型過(guò)程的參量控制、工作表面的幾何形狀和結(jié)構(gòu)等。目前電鑄成型加工光學(xué)零件的材料有限，只有鎳和銅。其他材料因電鑄成型后的應(yīng)力較大，造成面形變化大，而不宜用于電鑄成型制造非球面光學(xué)反射鏡。非球面光學(xué)零件的加工除了上述的幾種方法外，還有近年出現(xiàn)的磁流體（磁流變）拋光技術(shù)。將拋光粉摻入磁流介質(zhì)中，通電后磁流體變成剛性體，由計(jì)算機(jī)控制非球面工件表面在剛性磁流體表面進(jìn)行拋光。目前磁流體拋光技術(shù)已經(jīng)成熟，國(guó)外還開(kāi)發(fā)出了磁流體拋光機(jī)床設(shè)備。上一頁(yè)下一頁(yè)返回9.7非球面光學(xué)零件的加工9.7.2非球面檢測(cè)技術(shù)非球面檢測(cè)技術(shù)是非球面加工的關(guān)鍵技術(shù)之一，沒(méi)有可靠的檢測(cè)數(shù)據(jù)，便無(wú)法進(jìn)行非球面的加工。由于非球面的多樣性，每個(gè)非球面在很大程度上都有異同點(diǎn)，因此有多種檢驗(yàn)方法。國(guó)內(nèi)外相繼提出了許多測(cè)量方法，如精密三坐標(biāo)測(cè)量、刀口陰影法、哈特曼法、激發(fā)偏轉(zhuǎn)法、補(bǔ)償法、計(jì)算全息檢測(cè)法、雙波長(zhǎng)干涉術(shù)、移動(dòng)被測(cè)面的干涉法以及各種剪切干涉法。上一頁(yè)下一頁(yè)返回9.7非球面光學(xué)零件的加工傳統(tǒng)的刀口陰影法，適合檢驗(yàn)大口徑鏡面，但對(duì)有連續(xù)的微小斜率變化的大口徑表面誤差較大，因此，只能作定量分析。20世紀(jì)80年代以來(lái)，日本各大學(xué)普遍研究各類(lèi)數(shù)字干涉儀，如用計(jì)算機(jī)全息、波帶板作補(bǔ)償器形成零位檢測(cè)。例如東京工業(yè)大學(xué)用同光路CGH（全息圖）、波帶板零位干涉儀測(cè)量32mm的拋物面；條紋分析用PZT（壓電陶瓷）掃描方法；CGH（全息圖）用激光束圖畫(huà)直接畫(huà)在光刻板上，直徑為6.4mm，最細(xì)線條到1μm，條紋位置精度達(dá)0.1μm。日本工業(yè)技術(shù)大學(xué)用電子校準(zhǔn)技術(shù)的雙波長(zhǎng)激光二極管干涉儀，面形精度達(dá)?/40rms。德國(guó)蔡司公司應(yīng)用直接干涉測(cè)量術(shù)（DMI）來(lái)保證光學(xué)零件的加工質(zhì)量，DMI能存儲(chǔ)電子全息圖，可以校正小的剩余誤差，易做非球面檢測(cè)。上一頁(yè)下一頁(yè)返回9.7非球面光學(xué)零件的加工美國(guó)亞利桑那大學(xué)研究出計(jì)算機(jī)生成的全息圖（CGH）和檢測(cè)板測(cè)量非球面技術(shù)，在測(cè)量凸非球面時(shí)采用的參考面是凹非球面的全口徑檢測(cè)板，反射鏡中非球面偏離通過(guò)加工到檢測(cè)板上的計(jì)算機(jī)生成的全息圖來(lái)補(bǔ)償，并制成了儀器（＜38mm），均方根值面形精度達(dá)到了0.005?。1.陰影法以球面反射鏡為例，若在球面ABC的中心置一點(diǎn)光源，則由表面反射回來(lái)的是以O(shè)為圓心的球面波，如圖9-45所示。眼睛在O點(diǎn)的后面，則可接收全部孔徑角（∠AOC）的光線，看到明亮的表面，刀口N2在O處按K向切割時(shí)，整個(gè)表面立刻變暗（圖9-45中的M2）；上一頁(yè)下一頁(yè)返回9.7非球面光學(xué)零件的加工刀口