球面样板的加工工艺汇总

1、河南工业职业技术学院毕业论文河南工业职业技术学院HenanPolytechnicInstitute毕业设计题目球面样板的加工工艺系别光电工程系专业精密机械技术班级姓名学号0104090225指导教师日期2011年9月7日河南工业职业技术学院毕业论文毕业设计任务书设计题目：球面样板的加工工艺设计要求：1 .设计球面样板加工的尺寸和精度要求，并附图例2 .设计出球面样板的制造工艺（包括球体，弧形样板），并设计出球体制造的工艺的工序要求，其中要求图文并用。3 .设计出球面样板加工的曲率半径以及其中的误差分析，并附图解释。4 .做出球面样板加工的精度分析并做好精度检验要求。设计任务：1 .设计球面标准

2、样板；2 .设计球面样板的制造工艺及设计图示；3 .设计球面样板的曲率半径；4 .样板的精度分析与检验；4.写出详细毕业设计说明书（10000字以上）,要求字迹工整，原理叙述正确,会计算主要元器件的一些参数，并选择元器件。设计进度要求：第一周：收集资料，在图书馆查看书籍，在实践中听取师傅的教导，在网上查找各类相关资料尽量使资料完整、精确、数量多，有利于论文的撰写。第二周：将收集到的资料仔细整理分类，及时与导师进行沟通。将设计的雏形确立起来，论文的文字叙述全部做好。第三周：进行相关图形的绘制工作和夹具的设计工作，把文字、绘图、排版、校对等项工作完成。指导教师（签名）：摘要光学样板是光学零件制造过

3、程中使用最广泛、最简便的一种精密测量工具。因此，在光学零件生产技术准备阶段，必须先设计和制造一套标准样板和一定数量的工作样板。光学样板按形状分为球面样板、平面样板和柱面样板。近年来，球面光学零件的需求量越来越大，因此，对球面样板的设计，制造技术提出了更迫切的要求。本文详细系统地阐述了球面标准样板的设计方法以及球面样板加工磨具的设计，通过自己亲身实践，对球面标准样板的制造工艺过程（下料，粗磨,精磨，抛光）和检测方法有了更深刻的了解和认识，并且对球面标准样板的精度分析和检测方法做了初步介绍。关键词：粗磨精磨抛光工艺检测II河南工业职业技术学院毕业论文Abstractopticalmodelisop

4、ticalpartsmanufacturingprocessismostwidelyused,themostsimpleoneofprecisionmeasuringtools.Therefore,intheopticalpartsproductiontechnicalpreparationstage,mustdesignandbuildasetofstandardtemplatesandacertainquantityofworkingmodel.Opticalmodelaccordingtotheshapeisdividedintosphericalmodel,modelplaneandc

5、ylindricalmodel.Inrecentyears,sphericalopticalpartsdemandisincreasing,so,onthesphericalmodeldesign,manufacturingtechnologyraisedmorepressingrequirement.Thispapersystematicallyexpoundedthesphericalsurfaceofthestandardmodeldesignmethodandthesphericalmodelprocessingtoolsfordesign,throughtheirownpersona

6、lpractice,thesphericalstandardmanufacturingprocess(cutting,roughgrinding,finegrinding,polishing)anddetectionmethodhasamoreprofoundunderstandingandtheunderstanding,andthesphericalsurfaceofthestandardmodelprecisionanalysisanddetectionmethodtodotheinitialpresentation.Keywords:Cumojingmopolishedprocessd

7、etection.iii河南工业职业技术学院毕业论文目录毕业设计任务书I摘要IIAbstractIII1 .绪论11.1 光学样板的重要性11.2 球面样板的应用11.3 球面标准样板22 .球面标准样板设计32.1 球面加工各工序曲率半径的工艺设计原则32.1.1 球面的余弦磨削32.1.2 球面的均匀磨削52.1.3 球面的均匀磨削和余弦磨削在光学冷加工中的应用52.1.4 球面加工各工序曲率半径的配合52.2 在单件加工透镜球面在各工序测量标准的设计原则52.2.1 球面加工各工序曲率半径设计的顺序62.2.2 球面加工各工序曲率半径计算过程之一62.2.3 球面加工各工序曲率半径计算过

8、程之二62.3 球面加工各工序曲率半径计算过程的修正方法62.3.1 实际设计时还注意的事项62.3.2 解决这些问题的方法72.4 球面标准样板的尺寸选择72.5 球面样板精度设计82.6 注意事项83 .球面样板的制造83.1 球体的磨制83.2 弧形样板的制造104 .球面样板的曲率半径124.1 球面曲率半径的允差124.2 误差分析125 .样板的精度分析与检验145.1 球面样板的精度分析145.2 球面样板的精度检验156 .光学冷加工工艺和设备现状及其发展167 .国外光学加工技术的发展现状22结论28致词29V河南工业职业技术学院毕业论文球面样板的加工工艺专业精密机械技术班级

9、0902姓名指导老师：1 .绪论1.1 光学样板的重要性光学样板简称样板，是光学零件制造过程中使用最广泛、最简便的一种精密测量工具。样板按用途分为标准样板和工作样板，前者用于复制工作样板，后者用于在生产中检验光学零件；按形状又分为球面样板、平面样板和柱面样板等。样板在光学零件制造中占有重要地位，标准样板的精度好坏直接影响到工作样板的优劣，而工作样板的优劣又直接影响到光学零件的面形精度，乃至影响光学系统的成像质量。因此在光学零件生产的技术准备阶段就必须先设计和制造一套标准样板和一定数量的工作样板。1.2 球面样板的应用图（1.1）光学样板是人造熔融石英材质的光学平板之一，被用作平面元件的平面度测

10、量时的标准平面。也被称为牛顿样板，日系企业也称为原器。把被测件放在光学平板上就会出现牛顿环，根据牛顿环的数量和形状，检验和测量被测件的面精度。牛顿环是两个表面间的间隙引起的干涉条纹。一个间隔相当于测量波长的一半。（牛顿环法）每个光学样板都被放置在一个保护木合内，并附有实测的干涉条纹照片和表面形状数1.3 球面标准样板在球面零件加工时，曲率半径的准确度通常是靠与光学样板比对来保证的光学样板是精密的光学计量器具，它可以分为工作样板和标准样板。图（1.2 ）32在球面零件加工时，曲率半径的准确度通常是靠与光学样板比对来保证的。光学样板是精密的光学计量器具，它可以分为工作样板和标准样板o在制造曲率半径

11、小于35毫米的球面标准样板时，通常直接加工成玻璃球或者超半球形状。用精度为0.001毫米的千分尺直接测量出球的直径。图（1.3 ）其它标准样板的曲率半径则由环形球径仪来测量。根据您的要求创思可以设计和加工A或B级的标准样板。选择精度等级，确定曲率半径公差范围样板精度允差值：(GB1240-76)精度等级球面标准样板曲率半径R(mm0.5-5>5-10>10-35>35-350>350-1000>1000-40000允差(土)微米样板曲率半径R的百分数A0.51.02.00.020.030.03R1000B1.03.05.00.030.050.05R1000表（1.

12、1）确定球面的矢高理论值hh=（R±p）弥土-（。/2尸式中：R-球面半径:D-通过钢球中心的圆周直径；:h-钢球顶点所决定的平面到球面顶点的距离;:p-钢球半径（测凸面取"+”,测凹面取"-"）确定球面的矢高公差Ah,见图（1.4）所示：图（1.4）2 .球面标准样板设计2.1 球面加工各工序曲率半径的工艺设计原则在加工平面零件时，在各工序完工的表面都是平面，这样可以使表面的各部位都是均匀的去除。而加工球面零件时，具表面在各工序应如何加工呢？下面我们进行讨论。2.1.1 球面的余弦磨削以加工平面的经验，我们将一个球面在不改变其曲率半径的情况下磨削这个球

13、面，最终它仍是由原来相同的球面。球面上的各点向下加工的尺寸都是一致的，新球面是被均匀加工出来的。采用这种方法加工，它的表面加工量真的是均匀的吗？当加工一个曲率半径为R的凸球面时，如果加工前的曲率半径也为R,加工量为时。加工前后如上图，一个球面初始曲率半径为R,绕Y轴进行旋转进行研磨加工，其中心在Y轴方向研磨量为后，形成一个曲率半径为R的新球面，球心从原位置O1沿Y轴移至02原球面参加研磨的各点沿Y轴移动量都是由于球面上都向下方去除了尺寸,因此有人主观的认为球面是均去除的，球面就应该是这样加工的。实际上球面零件表面加工后的缺陷深度，是在球面的径向方向上均匀的，而不是在纵轴方向，球面的去除量也应当

14、按径向来计算的。当球面的张角很小时径向和轴向的区别不大，但是当球面的张角较大时差别就非常明显了。球面的去除量是以一球面上的各点到另一球面最小距离对应点间的距离，当加工量远远小于球面的曲率半径时可以用两球面径向的间距来计算。现在我们来讨论张角r方向的去除量：球面的去除情况如图所示，01A为原球面的半径R,与新球面交于B,02叨新面的半径R,C为B点在Y轴上的垂点，丫1、丫为A、B点对两球面的张角。01A=02B=R,BC=RsinT,02C=Rcosy,01C=Rcosy-,公式见常用公式推导从我们推导出的公式»=COST可以看出，球面的径向去除量随张角的增加而减少，并成余弦函数分布。

15、因此，我们将一个球面在不改变其曲率半径的情况下进行磨削，就叫做余弦磨削。这个公式不仅适用于凸面，也同样适用于凹面。这个结论告诉我们，在加工球面时，采用各工序曲率半径不变的方式加工的球面是有问题的。球面中心的缺陷被去除掉后，不能保证球面边缘的缺陷被去除，因为球面边缘的去除量比中心少，特别是球面张角很大的情况。如果将球面边缘的缺陷全部去除掉，球面中心的去除量又会很大，需要增加加工工时，在工艺设计上是不合理的。注意球面余弦磨削的公式是在去除量远远小于球面曲率半径的情况下推导出来的，它是一个近似公式，不是精确公式。特别是去除量很大或球面曲率半径很小时公式计算与实际情况差距很大。还要注意的是，被加工球面

16、是半球或超半球时，又会出现其它结果。2.1.2 球面的均匀磨削球面表面均匀被去除，其曲率半径会如何变化呢？我们设想一个球体，原先的曲率半径为R1o球体被均匀的去除深度A后，新球体的曲率半径为R2。R2和R1的关系则是：R2=R1-A。因此我们可以得出结论：在加工凸球面时，球面均匀去除量A后要得到曲率半径为R2的球面，在加工前球面的曲率半径应当是R1=R2也。在加工凹球面时，球面均匀去除量A后要得到曲率半径为R2的球面，在加工前球面的曲率半径应当是R1=R2-A。2.1.3 球面的均匀磨削和余弦磨削在光学冷加工中的应用在球面铳磨、精磨和抛光的理想工艺设计中，要以均匀磨削为基础设计各工序的曲率半径

17、。在粗磨、精磨和抛光过程中，模具表面磨耗的理想情况是余弦磨耗。在返修时，单个透镜球面的加工量是余弦磨削。球面加工到工艺设计尺寸后过量的磨削，也是属于余弦磨削。2.1.4 球面加工各工序曲率半径的配合透镜镜表面加工通常要经过铳磨、精磨、超精磨和抛光四个步骤，精磨加工量为A2、超精磨加工量为A3、抛光量为A4,假定铳磨后曲率半径为R1、精磨后曲率半径为R2、超精磨后曲率半径为R3,抛光后曲率半径为R4因止匕有：R3=R4tA4,R2=R3tA3,R1=R2tA2。式中：“+”表示为凸面，“-”表示为凹面。这就是各道工序曲率半径的工艺参数计算原则。在实际加工过程中，直接测量球面的曲率半径数值是很困难

18、的，通常我们采用比较法进行测量。2.2 在单件加工透镜球面在各工序测量标准的设计原则对透镜球面精度检查的普遍方法是：抛光和超精磨使用球面玻璃样板利用干涉法检查光圈数，精磨和铳磨使用球径环利用矢高差法测量高度。这两种测量方法都是以测量被检测球面与参考球面之间的矢高差来比较曲率半径的偏差。干涉法的测量精度相对较高，其条件是表面要光滑反光。由于需要两表面接触测量，容易使表面出现擦伤或压伤。矢高法测量精度虽然相对较低，但是量具的通用性强，对表面粗糙度没有严格的要求。在计算时，经常使用的公式有：矢高公式：曲率半径公式：2.2.1 球面加工各工序曲率半径设计的顺序在设计球面加工各工序曲率半径时，必须按照工

19、艺路线从后向前的顺序进行计算，即先计算抛光后的曲率半径，然后依次计算超精磨、精磨、铳磨后的曲率半径。因为抛光后是球面最终加工工序，可以根据镜片图纸要求确定，也透镜的参数。而其它工序，都是根据后道工序的要求和加工余量而制定的，是工艺尺寸。2.2.2球面加工各工序曲率半径计算过程之一令：镜片图中球面的曲率半径名义值为R0,抛光后光圈数的中心值为NO,检测光圈使用的波长为入，工作样板的光圈数为Ny,球面的口径为Dj;球径环的工作直径为D0。2.2.3 球面加工各工序曲率半径计算过程之二透镜在铳磨、精磨和抛光时，通常它的外径大于透镜完工尺寸，最准确的说法是：”球面的加工口径大于透镜完工球面的口径”。令

20、：球面完工后口径为Dj,球面加工过程的口径为D球面光学样板的球面口径都大于球面加工过程尺寸，令：球面光学样板的球面口径为Dy。有时球面光学样板的与球面对板的光圈不为零，令：球面光学样板的光圈为Ny。测量铳磨和精磨时的参考球面的光圈也不为零，由于其偏差通常小于0.001mm千分表的测量精度是0.001mm所以在铳磨和精磨测量矢高差时，参考球面的误差可以忽略不计。2.3 球面加工各工序曲率半径计算过程的修正方法2.3.1 实际设计时还注意的事项上面讲述的都是球面加工各工序曲率半径计算的原理，如果直接利用上述公式计算的结果用于生产中，我们就会发现有很多透镜加工困难，甚至无法进行加工。因此，上述运算过

21、程与实际的应用还有很大的差距，必须对对过程进行修正。我们特别要注意以下几个方面：1）最突出的问题是，当球面的相对口径很大时，运算出的每道工序间球面的矢高差较大，特别是从铳磨到初精磨的矢高差可能大得出奇，以至于初精磨时透镜剧烈的跳动，致使球面边缘破边，透镜报废。2）当球面的相对口径很小时，运算出的每道工序每道工序间球面的矢高差较小，有时几乎为零。在透镜的精磨和抛光过程中，必须先进行边缘加工后整个球面同时加工才能保证整个球面对称加工。如果先中心接触，往往使球面磨偏，一边加工量大，另一边加工量小，表面缺陷来得，并且同时扩大了边厚差。3）由于每道工序球面精度（光圈数、矢高差）加工水平、工艺的经济性的限

22、制，球面的光圈和矢高差都不能加工的十分精确，而只能加工到一定范围。在某些情况下，两道工序之间球面精度公差大小，会影响透镜边缘的加工余量的设计。2.3.2 解决这些问题的方法对于以上问题，首先要评估企业的加工工艺水平，确定每道工序合理的球面精度公差，再计算各工序的曲率半径和中心厚度。同时必须考虑工艺设计的经济性。2.4 球面标准样板的尺寸选择球面标准样板的设计应以能满足使用要求和保证测量精度二原则来确定。球面工作样板的尺寸应比透镜每边大约0.51毫米为宜。厚度则根据曲率半径的大小适当确定。一般为：凸样板边缘厚度不小于1015毫米凹样板中心后度不小于1218毫米球面标准样板的长和宽应略比工作样板大

23、些，厚度与工作样板基本相同。表面粗糙度，测量面粗糙度为14,观察面粗糙度为12,非工作面粗糙度5,表面疵病等级为方便用户V级。2.5 球面样板精度设计球面是可用光学样板来检验的球面。根据一般实践经验，柱面标准样板的精度等级分为A、B两个等级（见表2-2）。表2-2球面标准样板精度等级（RRAAR/R±0.03%±0.3%BAR/R±0.05%±0.5%球面标准样板精度等级定为A级2.6 注意事项1 .在实际的工艺设计时，本计算方法是对各工艺尺寸的初始设计。在这里对一些特殊形状的零件、特殊材料的零件，没有加工到讨论中。在实际工作中，还要根据具体的情况进行考

24、虑，制定针对性的工艺设计方法。2 .球面加工余量的大小，不仅与表面粗糙度有关，而且还与球面加工的面形精度有关。加工余量越小生产效率越高，同时对上道工序的加工精度要求越高，会增加上道工序的加工难度。工厂的加工技术水平也有很大的影响，工艺设计要保证在实际生产中可以实施。3 .球面样板的制造3.3 球体的磨制一般样板制造是用球径仪测量矢高，以保证样板的曲率半径精度，但制造曲率半径小于35mm勺标准样板，其精度难以达到A级。因此，通常在制造这种标准样板时，先研制一个全球体，然后再套制凸凹样板。球体的的半径可用百分尺，立式光学计、乌氏干涉仪做精确测定。球体起到传递曲率半径的作用，它比用球径仪测量小曲率半

25、径R具有更高的精度。制造球体的毛坯，有条件时可压制成球形。球体最小直径比完工尺寸大0.7-1mm。若采用块料毛坯，应先磨成正方形，其边长大于球体完工直径的0.7-1mm,先磨去八角，然后开始滚圆。球体滚圆不用球模，而是用圆筒形工具，筒的外径约为球体直径的0.8,壁厚1-2mm圆筒装在精磨机主轴上做逆时针转动，然后用两手指分别向交叉的方向拨转球体，见下图所示。并添加磨料使球体在磨料上滚动。在加工中应经常检查球体的不圆度。球体的磨制在磨制球体时，第一道砂用180,磨到直径比完工尺寸大0.4-0.7mm；第二道砂用280,磨到直径比完工尺寸大0.2-0.3mm；第三道砂用W47W28磨到直径余量为0

26、.006-0.008mm后，开始抛光。把研磨的圆筒端面敷上一层抛光胶，就可作为抛光盘，并用球体本身压一下后，即可进行抛光。抛光时手使球体转动的方向与研磨是一样。一直抛光到尺寸符合要求为止。3.4 弧形样板的制造弧形标准样板的下料和粗磨，与一般零件相同。粗磨后表面砂眼一般不低于W28的磨砂面，曲率半径可用金属样板或简易球径仪检查。一般矢高误差Ah不超出0.2-0.3mm。检查合格后即可精磨。先将球面标准样板的非测量面（平面或球面）精磨及抛光，并在抛光平面上刻上标准样板的曲率半径数值。取比标准样板直径小的平模或接头，用柏油粘在毛坯的表面上。一般粘结凸样板用平模，凹样板用环状带螺纹的接头粘接。标准样

27、板的精磨是成对进行加工的，即凸样板和凹样板是同时加工的。若凸样板在主轴上转动，凹样板在凸样板上摆动，具结果是凸样板边缘多磨，所以，无论是凸样板还是凹样板都是矢高值增加，曲率半径减小。样板对磨反之，凸、凹样板互换位置，其结果是矢高h值减小，曲率半径增大。由此可见，测量矢高时，若h值太小，则可将凸样板放在下面；反之则相反。其他条件如主轴转速、摆幅、压力等工艺因素的影响，与一般精磨相同。“样板对”磨到矢高符合要求再进行粗抛光。在用球径仪测量矢高时，是先根据标准半径求出标准矢高，然后再将测量的矢高与之比较。若测量矢高大于标准矢高，说明半径偏小；反之，半径偏大。然后再做相应调整，修改。弧形球面标准样板的

28、抛光模，应与标准样板曲率半径相同，直径比样板的稍大些。在抛光时，如果矢高已经符合要求，但当凸、凹样板互检时，光圈不对，例如低N道圈，此时可将凸样板和凹样板都改高N|2道圈，则弧高值仍不变。假如精磨和粗抛后，矢高有偏差，而且光圈也不对，这是光圈修改和矢高修改同时考虑。一般来说，每改变一道光圈，矢高改变0.25pmi也就是凸面光圈改高一道或凹面光圈改低一道，则矢高均应增加增加0.25pm；相反，凸面改低一道圈，或凹面改高一道圈，矢高均减少0.25nmt例如，测得凸凹面矢高和应增加0.5仙由凸面和凹面互检时，光圈低6道圈。此时，考虑将凸面改高2道圈，以满足矢高增加0.5pm的目的，这样凸凹面还低4道

29、圈，于是凸凹面各改高2道圈，解决了光圈低4道的问题，而矢高不变。这样，即满足了矢高要求，又改变业画J尢囹。对板互检时，局部误差属于哪一块，这可以利用两块样板做相对移动来判断。若局部误差随移动的那块样板而动，则光圈的局部误差就属于这块移动的样板。对光圈误差修改到很小时，每次检查都要有一定的定温时间，以减少热变形对光圈的影响。样板直径愈大，定温时间就愈长。每次修改光圈的时间要短，以免把光圈该过头。球面标准样板制造好后，一般不用于检查零件，而是依据它套制工作样板，检验零件光圈是用工作样板。工作样板不必成对制造，可以根据需要，复制一块凸的或凹的即可。光学样板的材料，应具有高的硬度，低的线膨胀系数，较小

30、的应力等。常用于制造样板的材料有：硬质玻璃K9QK2K4。最理想的材料为石英玻璃，硬度高，但价格较贵。制造标准球面样板时的检测仪器，主要是球径仪。近年出现的新型检测仪器有激光球面干涉仪及激光全息球面干涉仪等。对于特大曲率半径的球面，可使用刀口仪检测。4 .球面样板的曲率半径4.3 球面曲率半径的允差球面样板的曲率半径数值和光学零件的曲率半径名义值是一支的，它是设计计算出来的半径数值。此名义值往往要归整到光学表面曲率半径数字系列标准中规定的数值。这样一来，半径的允差就有很大的变化。例如根据WT标准，就其最密的1000系列；来看，其R/R=0.23%而通常光学样板的曲率半径允差要求不低于AR/R=

31、0.23%。两者相比，约差一个数量级。再从几何光学角度来讲，对焦距的要求一般也是不太严格的，通常其误差为±1%。但也有某些要求十分严格的零件，例如长焦距大孔径照相物镜等，其去曲率半径的允差要求需达到0.01%,否则就要明显地影响到成像质量和焦距。因此，考虑到设计的需要和制造工艺与测量手段的可能性、经济性，对不同的曲率半径就应给予不同的允差。R0.535区间的半径允差这一区间的基准凸样板一般都做成超半球或者全球型，再制制造中多采用指示千分尺或立式光学比较仪测量其直径控制半径R的误差，其精度一般可达到微米数量级。所以本区间的半径允差直接以绝对值“微米”表示。如果他们的直径磨制的很规则，那

32、么，套制出来的工作样板的半径精度一定很高2.35<R<4000区间的半径允差在35VR<4000区间的样板一般都做成弧形。其实际半径通常是先用球径仪测出矢高，再用球径公式换算得出来的，具允差采用相对误差形式R/R%表示。4.2 误差分析在制造过程中R包括四各方面的误差。1)测量误差4Rc由上图求出球径公式R=(r2/2h)+H/2全微分得dR=(r/h)dr+1/2(1-r3/h3)dh有此可得环形球径仪的测量误差：Rcc(r/h)rc+1-(r/h)2Ahc2)矢高的制造误差4Rb将球径公式中的变量微分，整理后可导出矢高制造误差：Rb=1+1/1-(r/R)2Rz式中：4R

33、z制造标准样板时所控制的式高。错误！未指定书签。由计算得到的名义矢高和制造测量矢高的偏差称作矢高的制造误差，用表示。引起半径偏离名义值的误差，即半径偏差用表示。4.3 标准样板的光圈误差RNB这是制造标准样板是，因凸、凹两块样板的半径不可能完全一制而造成的半径偏差，用RNBI示，欲将其换成曲率半径误差时，可对球径仪中的变量微分,令=口/2>Ah=NJa入1+(2R/D)2式中：Na-标准样板的光圈数D-标准样板的直径入波长4.3工作样板的光圈误差RNG将Na换算成半径偏差，则：RNG=NGk/21+1/1-(r/R)2式中NG工作样板的光圈数D-标准样板的直径入波长上述几种误差为柱面标准

34、样板的全部误差。通过分析表明，上诉诸误差值，测量误差是最大的，可达允差的1/2以上；而标准样板的光圈误差引起的半径偏差和工作样板光圈误差引起的半径偏差是不容忽视的误差。5 .样板的精度分析与检验5.1 球面样板的精度分析在光学零件制造过程中自弗朗和费首先利用光波干涉原理，制造了既简单而实用的光学样板以来，虽然人们总想设法取代这一因精度要求高，而加工困难的光学样板，但是在经济简便方面，直到现在还没找到一种能够完全胜过他的理想方法。目前，尽管已经出现了全息样板(利用全息图对光学零件进行非接触式检验)，但想投入使用，为时尚早。因此，对光学样板的精度分布规律和一些基本加工方法做一探讨，裨益生产，还是很

35、有必要的。光学样板分为标准样板和工作样板两类，前者是制造工作样板的依据，而且为保证曲率半径和表面形状的精确，标准样板必须成对制造。而后者则是直接用于检验光学零件即测定光学零件的曲率半径和表面形状的基本量具，俗称样板。光学样板的精度是光学零件加工的首要因素。考虑到光学系统的成像质量、生产效率与经济性，在国家标准GB1240-76中规定了A,B两种精度等级如下表。精度等级球面标准样板曲率半径R(mm0.55>510>10>35>350>10003535010004000允差（士）微米样板曲率半径R的百分比A0.51.02.00.020.030.03R/1000B1.0

36、3.05.00.030.050.03R/1000曲率半径Rmrm0.5750>75040000一精度等级ABABABN0.51.00.20.50.050.10N0.15.2 球面样板的精度检验我们通过分析随变化的曲线和随变化的曲线发现：、与变化的趋势是一致的。下面我们对不同曲率半径的样板的误差分配作一下讨论：在R0.5mm-R35mmi一区间，各种误差所占允差的大致比例通过分析表明：对A级精度的标准样板而言，这段范围测量误差一般占允差的1/2左右，标准样板光圈误差占允差的1/10甚至更小，这样分配是合理的。在35mm<R<4000mm£围内，测量误差占去A级精度允差

37、的3/4左右,这时矢高制造误差只能占允差的1/5左右，标准样板光圈误差仍占1/10。此时在采取措施注意减小测量误差的情况下，经过上边限制，样板精度基本上是可以保证的。在R>4000mmj范围，柱径仪测量标准样板已不合理。6 .光学冷加工工艺和设备现状及其发展我国光学仪器的加工技术，虽然有较长历史但形成批量生产并具有完整的工艺是在新中国成立后。光学冷加工工艺在解放前虽然已有所采用，但缺乏完整性。解放后经过光学行业各方面人士及职工的努力，方逐步形成了较完善的加工方法。五十年代初期，光学行业的设备陈旧，工艺落后。进入第一个五年计划后，加工工艺主要是采用“苏联”的工艺，设备也是由苏联引的和按“苏

38、联”图纸制造的专用设备，二十世纪六十年代初期，国内个别厂家由德国引进了先进设备（如铳磨机和光学对中心磨边机），受到这些设备的启示，国内在六十年代中期开始工艺科研和研制新设备。首先进行的是研究粗磨机机械化和设计粗磨机，由于设备和工艺的改进，加工效率有很大的提高，但是后来受政治形势的影响，光学工艺的革新受到冲击，刚见成效的工艺革新，就此停止。二十世纪七十年代中期，对光学冷加工技术改造和技术革新提出了“四化”目标，即毛坯型料化、粗磨机械化、精磨高速化、定心磨边自动化。经过努力，这些目标全部在二十世纪八十年代初基本实现了。光学工业实现了光学冷加工“四化"，为*民生产光学仪器奠定了有力基础。二

39、十世纪八十年代针对当时民用光学仪器生产，又提出了光学零件制造的新四化，即抛光高速化，清洗超声化，辅助工序机械化和辅料商品化。“新四化”，虽然受到了管理体制改变的影响，在研制设备和进行工艺科研的时间和深度不够理想，但全部实现了。二十世纪八十年代重点是对光学加工机理和工艺因素的研究和探讨，通过科研人员和课题组的努力，均取得了理想的科研成果。在光学零件的定摆磨削和光学零件加工中不同牌号玻璃与不同结合剂的丸片之间的合理匹配都在光学加工方面有了突破，引起光学界的重视。这些科研的成果对光学加工工业起了重要作用，为了我们进一步提高光学加工的科研水平，奠定了雄厚的基础，为新的创新开辟了道路。二十世纪八十年代是

40、我们光学技术和工艺科研硕果累累的时期。不但在光学加工的基础理论方面，而在加工设备，加工工艺，加工模具，以及辅料等方面都取得了可喜成果。如光学加工机理，光学零件加工工艺因素，光敏胶，PH值稳定剂，光学导电膜，易腐蚀玻璃保护膜；PJM-320平面精磨机，QJM22皿面精磨机，QJP-100与QJP-40光学中球面与小球面精磨抛光机；光学零件复制法；光学零件超声清洗代替清擦，光学零件真空吹塑包装以及自聚焦透镜制造等等，真是不胜枚举。这些科研成果，不但通过了部级鉴定，而且均获得子部级奖励或国家发明将。进入九十年代后，在中国光学行业有了更大的进展，这是由于光学产品出口，光学工艺也随着有了更大的改变和进展

41、。我们采用了几十年的成盘加工工艺受到了冲击，而单件光学加工在光学批量生产中占据了统治地位。本世纪初，我国光学制造业已取得了辉煌的成果，进入了发展的高峰，已形成了很强的生产能力。据有数字统计的资料，我国光学制造能力已超过了五亿件/年，当然这不包括，一些小型民办企业的生产能力。在亚洲也好，在世界上也好，中国光学冷加工的能力应当是名列前茅的，但我们的技术水平却是比较落后。主要是表现在不能大批量生产高精度元器件，大部分企业不能长期稳定生产，不能制造高精度的特种光学零件。造成此种现象的原因：a.执行工艺规程不够b.没有专门工艺研究和工艺设备的研究开发单位c.没有行业法规d.没有软件贸易企业，没有“光学工

42、程”的承包单位。光学加工设备和光学工艺的发展是分不开的。孔夫子说过“工欲善其事，必先利其器”。这说明设备在工艺技术发展中的重要性。我国光学加工设备和国际上光学设备的发展过程是一致的，即脚踏、机动、电动。基本是两大系列，一是德国系列、二是日本系列。解放前主要是德国设备为主，即从1936年云光厂成立，从国外引进的德国设备如：单轴粗磨机、二轴精磨抛光机、四轴精磨抛光机、五轴精磨抛光机等。二是伪满的大陆科学院为维修使用的光学仪器从日本购进的设备。解放后156项中的西光厂又从苏联购进了光学加工设备、它的原型机亦是德国设备、如mM-500和mnM-350型单轴粗磨机、mnM-350三轴精磨抛光机、mnM-

43、200中型六轴精磨抛光机、和mnM-60小型六轴抛光机以及口-2型定心磨边机等。在上世纪六十年代末期、由长春专用设备厂研制出了GM0.8铳磨机、南仪厂又在七十年代初期研制出GP-5型高抛机（后改成Q835型）。铳磨代替了粗磨、高抛代替了古典抛光。这是光学制造史上具有重要意义的年代。此后研制出了PJM-32Q在平面加工方面实现高速化起了决定性的作用。二、光学加工技术发展沿革从光学加工技术发展来看，我国光学加工技术主要分为两大分支。一支就是原五十三工厂承袭德国人的加工技术，基本上就是散粒磨料加工，古典式抛光，而另一分支是新中国成立以后，为配合156项援建项目而引进的苏联的加工技术。它主要包含有散粒

44、磨料粗磨，古典式和准球心抛光，弹性胶盘，柏油抛光模和自准定心磨边。由古典方法转向机械化粗磨（铳磨）、准球心抛光，是光学制造业的一次重大的变革。对光学加工改革起着推动作用的是兵器工业“739”会议。上世纪七十年中期是我国光学制造技术大变革的时期。八十年代光学制造技术最大变革由成盘加工转向单件加工。单件加工很早就在日本采用，1983年“北总”是从日本引进PenTaxK1000f目机开始引进这种技术和设备的。而部分技术人员和工人早在这以前从事劳务出口时，在日本已经接确此项工艺，但由于我们在八十年代初期，虽然引进了设备，而在工艺结构上还不完善，没有相应配套的工装和辅料，所以采用上述设备后，生产效率并不

45、高。加之当时，生产批量不大，没能引起人们的注意和足够的认识。但是一些专家看到了此种工艺的特点，它很适合中国国情。因此北总在1983年于江西召开的工艺研讨会上把它列入了三条高效生产线之内。这三条生产线即：平面高效生产线（228厂承担）、球面单件生产线（308和598厂承担），刚性上盘球面零件高效生产线（248和原5208厂承担）。北总在江西开会的同时，机械部决定由沈工所（沈阳仪器仪表工艺研究所）牵头，江西光学仪器总厂，南京电影机厂等单位参加研究建立一条刚性上盘最佳参数高效生产线。由于技改投资强度大，研制单位多力量雄厚，所以很快研制成功，经专家门鉴定认为是国内第一条光学零件高效生产线，在国内具有领

46、先地位。这样，一时在全国光学行业兴起一股光学零件刚性上盘进行加工的热流。国内不少厂订购了这种设备（每条生产线含三台Q826铳磨机和四台Q875精磨抛光机）。此生产线可以完成粗磨、精磨、超精磨和抛光等光学加工任务。事情总有它的两面性，最佳参数生产线具有高效，精度较高，流水作业等优点，但同时又有一定的缺点，如个别零件（中心特别薄的负透镜等）不能加工，模具制造难度大以及相应配套的辅料需要进口或配套供应等。这样使这股刚性上盘热很快冷下来，取而代之的是单件加工的高效生产技术。这是由于大批量生产引起的，首先“云华”合资厂为进行大批量生产望远镜而引进成套加工设备和加工工艺。由于它的高效和操作方式很适合中国国

47、情，加之是按工艺结构全面引进（即按产品加工要求成套引进设备、技术及辅料），所以很快就得到了国人的认可，为了使这一工艺和设备早日实现国产化，二九八厂、南仪厂、光辉厂都投入了一定的力量进行研制。于1990年研制出了国产四轴单件精磨机。继之，二九八厂亦研制出了精磨机、抛光机、磨边机等设备。北总科技局很重视单件加工技术的国产化，在研制经费上给予了支持，使得单件加工在我国很快的推广起来。现在单件加工设备已经有了一个较完善的系列。相应的辅料也有部分能够生产。单件加工在大批量生产中，目前在中国的光学行业起着重要作用。但在上个世纪末和本世纪初世界光学仪器行业发展很迅速，同时光电仪器在更多的领域得到应用。在光学

48、加工方面除了对批量有较大的要求外，更重要的是要提高加工精度，扩大加工范畴。因而国内光学工艺方面的专家对非球面加工，自聚焦透镜制造，导波器件制造进行了研究和探讨，而且取得了初步成果。经过几十年的努力，我国光学行业建立了自己的光学加工工艺，研制出一系列的光学加工设备。有些设备已成为国内名牌产品，有的已出口援外或外贸出口。这些设备有Q826Q875Q835AQM-80YG367YG368QA851曲名牌设备,最近我们又研制出了环抛机床和下摆机床。光学加工技术的发展是随着光学仪器的发展而发展，同时各相关专业的发展也对其起着重要的影响。新的加工技术，新的加工设备都需各专业配合特别是数控技术的配合方能研制

49、成功，我们相信在本世纪初会有更多新的光学加工技术和加工设备出现。三、技术引进对我国光学加工的促进我国引进光学加工设备和技术，主要是从日本、德国、韩国等国家引进，也有部份是从英国和美国引进的。四、光学加工实力及存在问题我们将在旅娣治辞幌挛夜？皮6庸幸档式盗？痛嬖谖侍援？/P>光学加工手段，随着光电行业的发展，进入二十一世纪后，有较大发展和充实。光学加工工业存在的主要问题如下：a.光电事业有了很大发展，研制出不少具有世界先进水平的产品。产品虽然研制出来，但是投入批量生产却很难。其主要原因是产品设计和工艺设计脱钩，配合不当。我们在工艺上的研究还很浅，在光学加工方面还没有形成一个完整的工艺体系。

50、b.生产手段是对生产力影响的重要因素。制造水平低是和设备有关的。光学加工设备的数量不均衡是一个原因，而更重要的是很多设备加工效率低，精度差，有30%Z上的设备上仿苏设备和国产设备，国产设备原型机多为日本和韩国设备，其中一部分设备根本没有投入生产。而从现有的设备和检测仪器看：不能满足发展的需求。c.多年来，我国光学行业沿袭着一种不正常的观念。即重视产品设计和研究的技术人员，而从事工艺设计和制造技术人员却得不到足够的重视。这样，从事工艺科研的人员减少，从而影响了加工水平的提高。d.近年来，很多光学厂进行了改造，但在光学加工技术引进和技术改造方面的项目还不多，同时，国有企业在这方面的投入很不够，没有

51、一定的投资强度，就不可能形成强有力的生产基础，达到预期的产出目的。五、发展对策回顾历史，认识现实，其目的是为了未来的发展。如何发展我们光学加工工业，以适应光学电子仪器行业的发展和市场的需求，提出如下对策：1、建立完整的光学加工工艺体系：a.制定工艺方法及确定发展道路根据产品的发展和市场需求，确定出我们自己的工艺方法和发展道路。开发产品要考虑其有否技术继承性，确定工艺也要考虑其继承性。目前透镜制造日本是以单件加工为主，而德国基本上以成盘为主。那么中国应以什么加工方式为主，确定我们光学加工工艺发展道路？这是建立工艺体系的关键。是光学加工发展和提高的当务之急，否则今天采用单件加工，最佳参数生产线就会

52、闲置一旁；而明天采用成盘加工，日本设备又无用武之地，只有制定出标准的加工方法确定出工艺发展路线，我们方能将有限的资金用于发展重点和缩短发展时间。b.完善光学加工的工艺结构确定光学加工的发展道路之后，要根据制定的加工方法和发展道路以及市场需求完善工艺结构。工艺结构应由下面七个部分组成：（a）加工材料；（b）加工要求；（c）加工设备；（d）加工工艺装置；（e）加工用辅料；加工技术；（g）加工人员水平。上述工艺结构的七个基元必须匹配得当。对工艺各基元之间的制约关系一定要进行分析和合理设计。单件生产线所以能受到认可，是由于开始引进时是全面配套引进的。设备、模具、辅料以及人员培训等全按日本的模式引进的，

53、这样才有高效率。国产化不只是仿制设备，而工装，辅料以及人员培训都应配套进行。c.加强工艺科研加强光学工艺基础理论研究是提高光学加工技术水平的必要条件。基础理论的研究将会为提高现有加工技术水平奠定有力的基础。过去没有很好的开发光学工艺基础理论的研究，主要是没有独立科研单位。建立光学工艺科研单位，方能保证光学工艺科研顺利进行。d.相关专业的配合光学加工技术涉及的学科很多，诸如力学、化学、电子等学科。因此光学加工技术水平的提高与未来的发展都必须有相关专业的配合。如是科研课题攻关，则应由主管部门组织相关专业共同进行，共同享受科研成果；如是学术研究，则应由学会邀请相关学科研究人员参加，共同探讨和论证。2

54、、培养人才，调整人才结构对任何一个生产或科研领域，人才都是重要的，而在光学加工领域更为重要,目前，怎样培养出一批即能上机操作，又能编制工艺的工人是很重要的；同时要对现有的光学加工技术人才结构进行调整，一是使原来单一光学技术人员调整为光学、机械、化工、电子等多专业技术方队。这样才能适应发展的需要。二是对现有的技术人员进行知识更新和进行经营和管理方面的知识补课。这样，技术人员才能在制定工艺规程时从经营，价值工程等多方面考虑问题。3、加强投入自从改革开放以来，光学行业进行的技术改造和技术引进项目较少，技术提高不大。为改变目前这种落后面貌和适应光学行业的发展以及市场的需求，必需加大对光学加工技术改造和

55、技术引进的投资。没有大的投入，不会有大的产出。4、企业联合，携手共进竞争是提高和进步的积极因素，如果我们在竞争的同时，又能联合，携手共进，将使我们的光学制造业能有更大的发展和进步。7 .国外光学加工技术的发展现状如今我们不难发现，军用武器系统中几乎都装备有各种各样的光电传感器件，而在这些光电传感器件中，或多或少都采用了各种样式的光学零件。从美国陆军所作的一项调查报告的材料中我们知道，19801990年美国军用激光和红外热成像产品所需要的各种光学零件就有114.77万块，其中球面光学零件为63.59万块，非球面光学零件为23.46万块，平面光学零件为18.1万块，多面体扫瞄镜为9.62万块。拿M

56、1坦克为例，其大约使用了90块透镜、30块棱镜以及各种反射镜、窗口和激光元件。又如一具小小的AN/AVS-6飞行员夜视眼镜就采用了9块非球面光学零件和2块球面光学零件。从70年代开始，以红外热成像和高能激光为代表的军用光学技术迅速发展。军用光学系统不但要求成像质量好，而且要求体积小、重量轻、结构简单。这对光学加工行业是一个严峻考验。为了跟上时代发展的步伐，设计和制作出质地优良的光学成像系统，光学零件加工行业于70年代开展了大规模技术革命和创新活动，研究开发出许多新的光学零件加工方法，如非球面光学零件的加工法。近10多年来，新的光学零件加工技术得到进一步地推广和普及。目前，国外较为普遍采用的光学

57、零件加工技术主要有：计算机数控单点金刚石车削技术、光学玻璃透镜模压成型技术、光学塑料成型技术、计算机数控研磨和抛光技术、环氧树脂复制技术、电铸成型技术以及传统的研磨抛光技术等。2.计算机数控单点金刚石车削技术计算机数控单点金刚石车削技术，是由美国国防科研机构于60年代率先开发、80年代得以推广应用的非球面光学零件加工技术。它是在超精密数控车床上，采用天然单晶金刚石刀具，在对机床和加工环境进行精确控制条件下，直接利用金刚石刀具单点车削加工出符合光学质量要求的非球面光学零件。该技术主要用于加工中小尺寸、中等批量的红外晶体和金属材料的光学零件，具特点是生产效率高、加工精度高、重复性好、适合批量生产、加工成本比传统的加工技术明显降低。采用该项金刚石车削技术加工出来的直径120mmz下的光学零件，面形精度达1/211,表面粗糙度的均方根值为0.020.06mm目前，采用金刚石车削技术可以加工的材料有：有色金