光学零件加工课件

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1、光学零件加工团队成员：曾昕余越张璐杰杨涛张恺予陈思雨连文君詹泽诚光学零件加工内容：一、光学零件加工的技术要求二、光学零件的毛坯生产三、光学零件的粗磨四、光学零件的精磨五、光学零件的抛光六、透镜的定心磨边七、光学零件的胶合八、 光学样板的制造九、 模具夹具的设计一、光学零件加工的技术要求v 1-1 光学零件及零件图光学零件及零件图一、光学零件种类一、光学零件种类1、透镜、透镜一、光学零件加工的技术要求2、棱镜：、棱镜：3、平面镜：、平面镜：分划板、度盘、码盘一、光学零件加工的技术要求表面作用：表面作用：工作表面：有效表面，它用于光的透射、反射、改变光束方向或会聚光线等方面。辅助表面：用于连接、支

2、撑和固定的，又称装夹或安装表面。自由表面：用于零件的夹紧或在完成零件基本加工后，为限制零件的形状和尺寸，去掉多余材料得到的表面。二、光学零件图二、光学零件图在光学零件图中要反映以下内容：反映出零件的几何形状、结构参数和公差；反映出对光学材料的质量要求；反映出对光学零件加工精度和表面质量的要求。一、光学零件加工的技术要求一、光学零件加工的技术要求一、光学零件加工的技术要求一、光学零件加工的技术要求1、反映零件的几何形状、结构的主要尺寸、反映零件的几何形状、结构的主要尺寸（1）透镜）透镜表面曲率半径R；曲率中心位置；透镜的中心厚度d；边缘厚度t；透镜外圆直径D；有效孔径D0；倒角的位置、角度和宽度

3、等。（倒角分工艺性倒角和装配性倒角）o1o2一、光学零件加工的技术要求（2）棱镜）棱镜棱镜各面间的夹角；棱镜的厚度和高度；倒角和成形截面的位置、角度和宽度等。2、对光学材料质量指标和光学零件加工的要求、对光学材料质量指标和光学零件加工的要求（1）光学材料质量指标）光学材料质量指标7项一、光学零件加工的技术要求（2）光学零件加工要求）光学零件加工要求透镜透镜光圈数N；局部光圈数N；中心偏差C；样板精度R；表面疵病等级B；光学零件的气泡度q。棱镜棱镜N、N、B、q；光学平行差、；角度误差；两相同角度差值（如45）；尖塔差；平行平面的平行度公差；屋脊棱镜的双象差；有效孔径。一、光学零件加工的技术要求

4、3、其它技术要求、其它技术要求如镀膜、刻划及某些面的粗糙度要求等。增透膜外反光膜内反光膜分光膜滤光膜防水膜保护膜光热膜感光膜一、光学零件加工的技术要求v 1-2 光学玻璃的要求光学玻璃的要求一、对折射率和色散系数的要求一、对折射率和色散系数的要求 五类四级五类四级二、对光学均匀性的要求二、对光学均匀性的要求 四类四类三、对应力双折射的要求三、对应力双折射的要求 五类五类四、对光吸收的要求四、对光吸收的要求 八类八类五、对条纹度的要求五、对条纹度的要求 四类四类3级级六、对气泡度的要求六、对气泡度的要求 三类三类7级级一、光学零件加工的技术要求v 1-3 对光学零件的要求对光学零件的要求一、对光

5、学样板的要求一、对光学样板的要求 （R R）光学样板半径所允许的半径偏差R，根据其大小分为A、B两级。它不仅能检查R的大小，还能检查R的变化。一、光学零件加工的技术要求二、对光圈数二、对光圈数N和局部光圈和局部光圈N的要求的要求零件表面与样板表面之间存在的偏差，用两表面间空气隙所产生的干涉条纹数N和N表示。N表示整个表面的面形偏差；N表示零件表面的局部偏差。N1=3，N1=0.3 N2=2，N2=0.2一、光学零件加工的技术要求光学零件种类光学零件种类光学表面的允许误差光学表面的允许误差光圈数光圈数N N局部光圈局部光圈N N表面疵病等级表面疵病等级B B物物镜镜瞄准和天文仪瞄准和天文仪望远镜

6、望远镜航空摄影机航空摄影机照相机照相机1-31-33-53-51-31-33-53-50.2-0.30.2-0.30.30.30.1-0.50.1-0.50.3-0.50.3-0.5-显微镜显微镜低于低于1010倍倍10-4010-40倍倍高于高于4040倍倍2-32-31-21-20.5-1.00.5-1.00.2-0.50.2-0.50.1-0.20.1-0.20.05-0.100.05-0.10接目镜、放大镜接目镜、放大镜3-53-50.5-0.80.5-0.8-棱棱镜镜反射面反射面折射面折射面0.5-1.00.5-1.02-42-40.1-0.30.1-0.30.5-1.00.5-1.

7、0-光栅盘和分划板光栅盘和分划板保护玻璃物镜前滤光镜保护玻璃物镜前滤光镜目镜前或后的滤光镜目镜前或后的滤光镜中等精度的反射镜中等精度的反射镜5-105-103-53-55-105-100.5-1.50.5-1.51.0-2.01.0-2.00.3-0.50.3-0.50.8-2.00.8-2.00.1-0.30.1-0.31-10-1-301-10-1-30-一、光学零件加工的技术要求三、对透镜中心偏差的要求三、对透镜中心偏差的要求C1、定义、定义：指透镜外圆的几何轴与光轴在曲率中心处的偏离量，用C表示。中心偏差会使轴上象点产生慧差、象散等象差。一、光学零件加工的技术要求四、对透镜的厚度公差和

8、空气间隙的要求四、对透镜的厚度公差和空气间隙的要求厚度公差的最小单位0.01。空气间隙一、光学零件加工的技术要求五、对表面疵病的要求五、对表面疵病的要求光学零件的表面疵病，系指抛光后的光学表面存在的麻点、划痕、开口气泡和破边等，用符号B表示。六、对光学零件气泡度的要求六、对光学零件气泡度的要求 标注方法有三种：标注方法有三种：1、只规定气泡大小，不限数量。如q =0.01，表示整个表面只允许直径小于0.01mm的气泡，数量不限。一、光学零件加工的技术要求2、分区限制气泡的大小与数量如q=(2)0+(10)0.013+0.025。小于2mm：不允许有气泡；210mm：d0.01mm的气泡，少于3

9、个；10mm以外：d0.02mm的气泡至多5个。3、限制在一定面积内，所允许的气泡总面积如q=0.5/7。又如q=0.6D0一、光学零件加工的技术要求七、棱镜的制造公差七、棱镜的制造公差 棱镜的制造误差包括：平面制造误差、外形尺寸误差和角度制造误差。重要控制等效平行玻璃板的平行差：在光轴截面方向的偏差称为第一光学平行差，用表示。垂直光轴截面方向上的偏差称为第二光学平行差，以表示。角度公差角度公差棱棱 镜镜 类类 型型一个反射面的棱镜一个反射面的棱镜二个反射面的棱镜二个反射面的棱镜五角棱镜五角棱镜屋脊棱镜屋脊棱镜直角或钝角公差直角或钝角公差锐角锐角(45)(45)公差公差尖塔差尖塔差屋脊角公差屋

10、脊角公差3 3-12-12 2 2-10-10 2 2-10-102 2-10-104 4-10-102 2-10-100.50.5- -5 50.20.2- -3 31 1-5-50.50.5- -6 61 1-5-51 1-5-51 1-5-5一、光学零件加工的技术要求八、平板零件平行度公差八、平板零件平行度公差九、光楔角度公差九、光楔角度公差平板零件的类型平板零件的类型不平行度不平行度滤光镜滤光镜保护镜保护镜高精度高精度一般精度一般精度3-13-11 1-10-10分划板分划板表面图层的反射镜表面图层的反射镜背面图层的反射镜背面图层的反射镜1010-15-151010-15-152-30

11、2-30光楔精度光楔精度公差公差高精度高精度中等精度中等精度一般精度一般精度(0.2-10)(0.2-10)(10-30)(10-30)(30-1(30-1) )一、光学零件加工的技术要求v 1-4 加工余量加工余量一、基本概念一、基本概念概念：概念：为了获得所需的一定零件形状、尺寸和表面质量，在加工过程中，必须从玻璃毛坯上磨去一定的玻璃层。此玻璃层（或其它材料层），通常称为加工余量。二、分类二、分类（一）线性尺寸余量（一）线性尺寸余量（二）角度余量（二）角度余量三、组成三、组成（1）锯切余量：依据金刚石锯片厚度确定余量。一、光学零件加工的技术要求（2）滚圆余量：24mm（3）整平余量：0.5

12、1mm（4）厚度和平行度修磨余量1mm/面（棱镜、平面镜）（5）粗磨余量（6）精磨抛光余量（7）定中心磨边余量一、光学零件加工的技术要求四、确定加工余量的原则四、确定加工余量的原则破坏层n=凹凸层+裂纹层抛光后，裂纹深度小于/4，否则发生反射或者折射现象。一、光学零件加工的技术要求五、各工序余量的计算五、各工序余量的计算1、锯切余量、锯切余量 锯切余量与锯片的厚度、侧向 振动、锯切深度等因素有关。 一般可按经验公式计算确定：式中 A锯切余量； 锯片的厚度； 锯片转动时的振动余量。当锯切深度 B 10mm时，1.5； 10B 65mm时，取2.0； B65mm时，取2.5。一、光学零件加工的技术

13、要求2、粗磨余量、粗磨余量表面粗糙度达180#砂眼，单面手修余量0.30mm；240#0.20mm；280#0.10mm。一、光学零件加工的技术要求3、研磨、抛光余量、研磨、抛光余量当零件直径（边长）d10mm，单面余量为0.200.25mm。4、定心磨边余量、定心磨边余量最少0.6mm，最多3.0mm。六、光学零件毛坯尺寸的计算六、光学零件毛坯尺寸的计算双凸透镜：双凹透镜：弯月透镜：二、光学零件的毛坯生产块料毛坯（小批量）毛坯是光学零件的初型：型料毛坯（大批量）棒料毛坯v 2-1 块料毛坯生产块料毛坯生产块料毛坯是用玻璃块加工而成的毛坯。主要加工工序有：锯切锯切、整平整平、划割划割、滚圆滚圆

14、、开球面开球面。一、锯切一、锯切玻璃的切割主要采用金刚石锯料机。二、光学零件的毛坯生产按其进给机构的特点，可分为重锤进给、丝杠进给和液压进给三种。（一）重锤进给（一）重锤进给重锤进给又称弹性进给。锯料机的重锤进给机构工作原理如图。（二）丝杠进给（二）丝杠进给 丝杠进给又称刚性进给。机构工作原理如图。二、光学零件的毛坯生产（三）液压进给（三）液压进给介于弹性进给和刚性进给之间。液压进给机构传动平稳，适合精密下料。锯切的线性尺寸精度可达0.05mm，角度精度可达5。常用的金刚石锯片有外圆锯料机上用的烧结金刚石锯片（如左图）和内圆切割机上用的电镀金刚石锯片（如右图）两种。二、光学零件的毛坯生产二、整

15、平二、整平整平是把锯切后的坏料不平整的表面磨平，并修磨厚度和两面的平行度，或修磨角度等。整平的方法：整平的方法：散粒磨料研磨和金刚石磨轮铣磨两种。三、划割三、划割常采用金刚石玻璃刀（或滚刀）进行划割加工。二、光学零件的毛坯生产四、滚圆四、滚圆圆形零件的毛坯，整平后胶成长条进行磨外圆，称作滚圆。常用方法有：在平磨盘上用散粒磨料滚圆。在外圆磨床上用砂轮磨外圆。五、开球面五、开球面透镜毛坯的开球面，是将滚圆后的毛坯磨成球面，使其达到零件粗磨完工后的曲率半径和中心厚度的要求，所以开球面亦称粗磨。开球面有两种方法:散粒磨料研磨法金刚石磨轮铣磨二、光学零件的毛坯生产球面曲率半径的检验球面曲率半径的检验:金

16、属弧形样板检验贴置模检查擦贴度厚度厚度:用千分尺测量；表面粗糙度表面粗糙度:用肉眼观察，无砂眼和擦痕即可。二、光学零件的毛坯生产v 2-2 型料毛坯的生产型料毛坯的生产光学玻璃零件的型料毛坯加工方法有：热压成型热压成型、浇铸成型浇铸成型等多种方法。热压成型毛坯的主要工艺过程包括：备料备料、加热加热、压制成型压制成型、退火退火。一、备料一、备料通过计算重量、下料、修选、滚磨等工序，制成热压成型的坯料。二、加热拍型二、加热拍型加热是使坯料升温到塑性变形温度，以便软化成型。二、光学零件的毛坯生产三、压制成型三、压制成型料软化拍型后，即可送到压力机上的压模内压制成型。根据毛坯直径大小不同，压制时间一般在0.53s之间。四、退火四、退火退火的目的退火的目的：为了消除玻璃在热压成型过程中产生的内应力和光学常数的不均匀性。退火可分为粗退火粗退火和精密退火精密退火两个阶段。二、光学零件的毛坯生产1、粗退火、粗退火粗退火是为了防止刚脱模的压型毛坯因急冷而变形炸裂。粗退火的方式有两种：电炉退火电炉退火和草灰退火草灰退火。2.精密退火精密退火目的目的：使同一批玻璃的每块毛坯，达到光学常数的高度一致性。三、光