實習地點:西安工業大學金花校區教五樓二樓
實習時間：2023年7月9日 ~2023年7月13日
序言：本次實習的工藝流程主要有銑磨、精磨、拋光、定心磨邊、鍍膜。所有工藝都在教五樓二樓實驗室完成。通過自己動手完成乙個光學零件的加工，深化理解了理論知識，提高了動手能力。
現代光學加工工藝實習內容
一． 銑磨
銑磨就是用筒形金剛石磨輪在銑磨機上加工零件。
球面銑磨原理採用斜截圓原理
兩軸交點與磨輪刃口的連線即為所加工球面的曲率半徑。若磨輪的中徑為dm，磨輪端麵切削刃口的圓弧半徑為r，磨輪軸與工件軸的夾角為α，則工件球面的曲率半徑r為
當磨輪選定後，dm和r均為定值，只要調節兩軸夾角，即可以得到不同曲率半徑的球面。
加工凸面時，外凸包使實際加工的曲率半徑增大，內凸包使曲率減小。
銑磨過程優劣的指標有尺寸精度、磨削效率、工件表面粗糙度、磨輪的磨耗比等。
面型的檢驗使用的是建議球面檢測儀，與標準件資料對比來檢測加工是否合格。
二． 定心磨邊
（一般工藝流程中，銑磨之後是精磨，因為儀器夾具直徑的限制，所以本次實習中先進行定心磨邊，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（或基準軸），同時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並確定透鏡光軸與基準軸重合的位置，即使透鏡諸光學表面定心頂點處的法線與基準軸重合的位置。
2.磨邊：相對於確定了的透鏡光軸，磨削透鏡的外圓，以獲得光軸與基準軸重合的外圓直徑，達到所要求數值的透鏡。
定心的方法有許多中，本次實習所用方法為機械定心法。定心的實質是將透鏡的兩球心置於工具機的回轉軸線上，從而把以光軸為中心的磨邊過程，變為以工具機軸線為迴轉中心修磨透鏡外圓的過程。
被定心透鏡放在一對同軸精度高、端麵精確垂直於軸線的夾頭之間，利用彈簧壓力來實現定心的。使透鏡整個表面與接頭端麵接觸，這時透鏡的兩個表面的球心位於接頭的軸線上，使透鏡被夾緊的同時達到定心的目。機械法定心的特點操作簡便，加工效率高，適用於中等尺寸、中等精度透鏡的大批量生產。
其他還有光學定心法、自準直像定心法、光學電視定心法、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，潤滑性好等特點，同時不損害**，對工具機裝置無鏽蝕，對環境無汙染。一般採用401#冷卻液、gx水基冷卻液等。
影響機械定心精度的因素：
1.夾持透鏡的兩個主軸的同軸度；
2.透鏡的型別；
3.定心接頭與工具機主軸的同軸度、端麵粗糙度；
4.透鏡與夾具的摩擦係數；
5.透鏡的曲率半徑和夾頭的直徑。
機械法定心的特點：
操作簡便，加工效率高，適用於中等尺寸、中等精度透鏡的大批量生產。
常見疵病及產生原因：
常見表面疵病
崩邊、外徑不圓、表面劃傷、水印、零件脫落等
產生疵病的主要原因
工具機精度、接頭質量、磨輪形狀、工藝引數選擇不合理
三． 精磨
精磨的目的：
a) 使零件表面的破壞層深度進一步減小；
b) 獲得所需的尺寸精度。
精磨的分類：散粒磨料、固著磨料
常用術語
鏡盤：粘結模與零件所組成的整體。
粘結模：零件加工過程中，用來貼上零件的模具。
貼置模：製作鏡盤時，用來臨時放置零件的模具。
精磨模：精磨玻璃所用的模具。
高速精磨主要方式：古典法、範成法、準求心法
古典法（平擺式）：磨盤軸做主動迴轉運動，鏡盤擺動同時做隨動運動。壓力方向始終豎直向下，工件表面的壓力為變化值。
準球心法：是用成型的磨具加工，零件的表面形狀和精度依靠磨具的形狀和精度來保證。準球心高速精磨的原理是擺動軸線通過對應鏡盤或磨具的曲率半徑中心，壓力的方向始終指向曲率中心，且在加工中為恆定值。
範成法：同球面銑磨原理相同，是磨具和零件各自做迴轉運動，其磨具刃口軌跡的包絡面形成零件的表面形狀。
此次實習精磨使用的是高速精磨機，使用金剛石丸片磨具進行精磨加工，
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律符合「余弦磨損」。每道精磨工序時間為40s。
余弦磨損：球面精磨模在使用過程中其加工面的曲率半徑始終不變，才能保證被加工面的光圈穩定，這就要求精磨模具的球面在不同位置的磨損量不同，而是服從余弦規律，即所謂的余弦磨損。
常見疵病及產生原因
四、拋光
拋光的目的是消除精磨的破壞層，達到規定的表面要求；精修面形，達到圖紙要求的光圈數n和區域性誤差；為後續特種工藝創造條件。
拋光的機理是機械磨削、化學作用和表面流動理論。
機械磨削：
● 拋光表面的起伏現象；
● 當磨料很細時，精磨也能將玻璃拋光；
● 拋光玻璃重量明顯減輕；
● 拋光效率與拋光劑顆粒大小有關係；
● 拋光效率與速度、壓力有關係
化學作用：
● 拋光模材料的化學作用；
● 拋光劑的化學作用；
● 拋光液ph值的影響；
● 新增劑的化學作用；
● 水對玻璃的作用；
● 玻璃的化學作用。
表面流動理論
● 玻璃表面分子的流動而掩蓋了劃痕；
● 拋光表面刻痕的腐蝕再現現象;
● 拋去玻璃的重量與拋去玻璃的厚度不對應；
● 軟化點高的玻璃，拋光效率低
拋光後零件的檢驗主要是利用光圈數來判定，光圈數的檢驗原理是等厚干涉。
準球心法高速拋光工具機的特點
1、上環節的擺架帶動拋光模或鏡盤作弧線擺動，擺動軸線通過下環節的曲率中心，且壓力的方向始終指向鏡盤的曲率中心，在加工中為恆定值。
2、主軸轉速高、拋光壓力大、拋光液自動迴圈。
3、採用塑料拋光模。
4、自動加壓和拋光液自動供給。
準球心法拋光的優勢
1、生產效率高
2、均勻拋光
3、使用範圍用於中等尺寸、中等精度光學零件的批量生產
4、對室溫要求不嚴格
5、減輕勞動強度
6、工具機體積小，操作簡單，易於掌握
在整個精磨和拋光教室裡面，我們主要學習了精磨和拋光的工序，精磨的主要目的是使加工工件達到拋光所要求的尺寸，表面粗糙度以及其他相關要求。精磨金剛石模具與工件採用面面接觸方式研磨，具體為若精磨工件凹面，則模具選擇為凸形，反之選擇為凹形。對與拋光，其主要目的是去除精磨的破壞層，精修工件已達到相應的光潔度等要求，從相應的資料上了解到光學玻璃的拋光，經歷了從古典拋光到高速拋光的發展過程。
與此相適應的拋光材料也經歷了由天然高分子材料到混合拋光材料及合成高分子材料的發展過程。學校所用的磨具材料為金剛石，夾具材料為聚氨酯。在實習中我們觀察到，一台精磨機裝配兩種磨具，它們根據金剛石丸片的密度不同加以區分，密度越小工件所受摩擦力越大，他們所使用的機器中裝配的是w14和w7兩種不同金剛石丸片密度的磨具，改研磨機可以控制其轉速，研磨時間以及壓力pin等，它們對應的由所要求的光學鏡片的中心尺寸厚度、曲率半徑、光圈數等技術要求來決定的。
在具體精磨加工方面，其操作有：
將休整好的精磨磨具上緊在工具機的主軸上，將加工的零件放在相應的夾具內，與精磨模相貼，調整工具機擺幅，啟動工具機對零件第一面進行精磨加工，重複上述步驟，對零件進行第二面精磨加工。
精磨加工過程中的檢測工具主要有測厚儀，千分表以及千分尺等。
拋光的工藝中，所用的拋光液為二氧化鍶（ceo2），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工具機的光軸上，把待加工的零件放置在相應的夾具內，與工具機上的拋光模相貼，調整工具機的擺幅，啟動工具機對零件的第一面進行拋光，拋光完工後重複上述步驟，對零件進行第二面拋光，在拋光過程中，操作者必須對每件零件進行相應的自檢，如零件的中心厚度、表面光潔度、光圈及光圈不規則度等必須達到圖紙的要求。控制光圈時在拋光模不改動的情況下，高光圈改低光圈時，擺幅向拋光模的邊緣移動，使工件與拋光模的邊緣接觸；低光圈改高光圈的時候，擺幅向拋光模的中間移動，使工件與拋光模的中間接觸，此種方法如果不能使光圈達到圖紙的要求，須利用休整膜對表面進行休整。
光學加工質量檢驗
表面質量檢驗；
面形檢驗；
稜鏡的角度檢驗；
集合尺寸的檢驗
粗糙度及表面疵病檢驗
粗糙度及檢驗方法
粗糙度舊標準中稱為光潔度，係指研磨加工後零件表面的微觀幾何形狀特性。一般情況下，零件粗磨完工後應達到ra=3.2μm；細磨完工後應達到ra=0.
8μm；拋光完工後應達到ra=0.008μm。檢驗方法：
在60-100w的白熾燈照明下，用目視進行觀察，與樣品進行比較，要求研磨面砂眼均勻，不允許有下道工序中難以消除的劃痕及麻點存在。
表面疵病及檢驗方法
表面疵病係指麻點、擦痕、開口氣泡、破點及破邊，在圖紙上用b表示。共分10級，0～i-30級適用於位於光學系統像平面上及其附近的光學零件，ⅱ～ⅶ級適用於不位於光學系統像平面上的光學零件。
五、鍍膜
薄膜的作用在於改進基底的效能或功能。實現特定的光學特性
優化表面效能，改善表面特性，進行微細加工，實現微製造；
產生新功能特性。
光學薄膜器件主要採用真空環境下的熱蒸發方法製造。常用的薄膜製備方法有熱蒸發、濺射、離子束輔助蒸發、電鍍。
膜層的種類和作用
增透膜作用：
光在薄膜中產生相消干涉，使反射光減小，透射光增大，故又稱減反射膜，在圖紙上用符號⊕表示。
增透膜的原理：
當光線從空氣進入玻璃或從玻璃進入空氣時，垂直入射的情況下反射率為：
反射膜 1.作用：
使指定波段的光線在膜層上大部分或接近全部反射出去，在圖紙上用符號和表示。根據膜層材料，可分為兩類：金屬反射鏡和電介質反射鏡。
2.反射膜的原理
金屬反射鏡：對較寬光譜區都有較高的反射率，鍍層工藝簡單。但由於金屬本身具有較大的吸收而使反射率受到限制。銀、鋁、金、鉻等。
電介質反射膜：如果在玻璃表面鍍一層光學厚度為λ的電介質膜，其折射率為n1，則對垂直入射的反射率顯然有：
當n1 ng時，膜層起增反作用，而厚度為λ及其奇數倍時出現反射率極大值。
真空鍍膜及其裝置
真空鍍膜原理
1.真空度：
表明真空狀態中氣體稀薄程度的量。（機械幫浦、油擴散幫浦）
2.真空鍍膜的原理：
利用真空條件下加熱金屬或介質材料（如金、銀、鋁、氟化鎂、硫化鋅等），在一定溫度下，發生汽化，即被加熱的金屬或介質的分子從本體逸出而形成蒸汽，以直線形式向四面八方輻射。如果在一定距離放置待鍍零件，蒸發分子撞擊而凝聚在待鍍零件上，形成我們所需要的均勻薄膜。
3.真空鍍膜的優點：
減少大氣對膜層的汙染和化學作用；加大被鍍材料汽化分子的平均自由路程；真空度高，達到飽和蒸汽壓的溫度低，材料容易蒸發。飽和蒸汽壓是指一定溫度下，物體表面逸出的氣體分子和從空間回到物體表面的分子數相等時的蒸汽壓力。顯然，外界壓強越低，就越容易蒸發。
因此，真空鍍膜必須在高真空（壓強在10-5㎜hg以下）的條件下進行。
光學工藝實習報告
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