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1、目 录第一章 绪 论11.1样板的重要性 11.2非球面的发展 1第二章 柱面标准样板设计32.1柱面标准样板的尺寸选择32.2柱面样板精度设计42.3柱面标准样板制造用模的设计5第三章 柱面标准样板的制造153.1柱面样板制造153.2柱面光圈检查183.3实际加工过程中的注意事项及某些问题的解决方法 25第四章 样板的精度分析与检查264.1误差测量264.2 矢高的制造误差274.3标准样板的光圈误差28第五章 光学冷加工工艺和设备现状及其发展 第六章 国外光学加工技术的发展现状结 论29致 谢30参考文献31摘 要光学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。因此，
2、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，柱面光学零件的需求量越来越大，因此，对柱面样板的设计，制造技术提出了更迫切的规定。本文具体系统地阐述了R=36.24的柱面标准样板的设计方法以及柱面样板加工磨具的设计，通过自己亲身实践，对柱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结识，并且对柱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。第一章 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
3、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查光学零件；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 非球面的发展在光学系统中使用的非球面按其面形基本上可分为具有面形对称的曲面（如柱面、镯面）和由一定数学方程式给定的具有对称轴线的回转面（如椭球面、抛物面、双曲面）两类。随着光学仪器的不断发展，对光学仪器提出更
4、高的规定。如成像质量好，光能损失少，仪器小型化，轻量化等。在现代条件下，采用多件球面组成的光学系统就难以达成上述规定，而非球面光学零件在矫正相差上具有独特的特点。虽然非球面在加工技术上存在许多困难，但早在16世纪，人们就对它有所结识和应用。1931年斯密特发明了制造斯密特校正板的真空弯曲方法，使非球面在光学仪器上成功地得到了应用。最早还是在天文仪器上应用，牛顿、卡塞格林、格里哥里等人对反射望远镜的主镜和副镜就采用了二次非球面，这些都是很有名的范例。直到今天的天文仪器，还使用着这样的系统，只但是是后来人们将这些有名的光学系统更加完善了。而今天非球面的应用比起那时就更加广泛了。在照相系统中，采用了
5、非球面来实现广角照明；在定向照明中使用抛物面反光镜；在摄影系统中，如电视投影仪器中运用非球面来校正球差；在放映系统采用柱面来实现宽银幕的放映；在光谱仪器和不可见光学系统中使用非球面更有特殊重要意义；在医疗器械(如医用手术灯)及平常生活中（消色散眼镜）也应用了非球面。特别是随着电子计算机的发展，在光学系统中采用非球面的设计已不是困难的事，如何扩大非球面的应用，关键在如何解决非球面的生产加工问题。虽然16世纪就开始使用非球面，直到20世纪的今天也仍可以说加工方法还尚未完全解决。目前，国内外不仅光学行业，与此有关的各个领域的人们都在重视和研究非球面的加工和检查问题，并已获得了一些成果。非球面的制造工
6、艺在不久的将来一定会有所突破，那时光学仪器也会有一个突飞猛进的发展。本文以比较典型的非球面R=36.24的柱面标准样板为例，对其设计、加工及检查技术进行了较为具体的研究。第二章 柱面标准样板设计2.1柱面标准样板的尺寸选择柱面标准样板的设计应以能满足使用规定和保证测量精度二原则来拟定。柱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拟定。一般为：凸样板边沿厚度不小于 1015毫米凹样板中心后度不小于 1218毫米柱面标准样板的长和宽应略比工作样板大些，厚度与工作样板基本相同。表面粗糙度，测量面粗糙度为14，观测面粗糙度为12，非工作面粗糙度5，表面疵病等级为方便
7、用户V级。本文设计的柱面标准样板的形状与尺寸如图2.1所示，。(a)(b)图2.1 设计的柱面标准样板图具体尺寸如下：柱面的R=36.24标准样板长156mm凸样板： D=52mm H=14mm形式如图2.1（a）凹样板： D=52mm H=19mm h=11mm 形式如图2.1（b）2.2 柱面样板精度设计柱面是可用光学样板来检查的非球面。根据一般实践经验，柱面标准样板的精度等级分为A、B、C三个等级（见表2-2）。表2-2 柱面标准样板精度等级（R）A R/R 0.03%0.3%B R/R 0.05%0.5%C R/R 0.1%1%R=36.24的柱面标准样板精度等级定为 A级，因此，根据
8、国家标准，其曲率半径最大允差 R = 36.240.3%=0.10872mm2.3 柱面标准样板制造用模的设计柱面标准样板制造工艺涉及下料、粗磨、精磨、抛光。本论文中R=36.24柱面标准样板加工所必备的模具如下：2.3.1 基模（如图2.2所示）图2.2 基模材 料： 钢20 数 量： 42.3.2 定位销图2.3 定位销材 料： 钢20 数 量： 82.3.2粗磨模具（1） 曲率半径 凸磨模： Rcm=Rp-0.8 =36.24-0.8=35.44mm （0.8为粗磨中的磨削量） 凹磨模：Rcm=Rp +0.8=37.04mm（2）矢高hcm凸模 h=35.44-31=295 h=17.2
9、mmhcm=Rp-h=35.44-17.2=18.24mm凹模 h=37.04-31=411 h=20.3mm hcm=Rp-h=37.04-20.3=16.7mma) 凹柱面粗磨模a)凹柱面粗磨模b) 凸柱面粗磨模图2.4 粗磨球模材 料：H20-40 数 量：12.3.3 精磨模（1）曲率半径 凸磨模：Rp=36.24mm 凹磨模：Rp=36.24mm（2） 矢高h凸磨模：h=36.24-31=352.34h=18.77mmh=36.24-18.77=17.47mm凹磨模：h=36.24-31=352.34h=18.77mmh=36.24-18.77=17.47mma) 凹柱面精磨模b)凸
10、柱面精磨模图2.5 柱面样板精磨模材 料：H20-40 数 量：12.3.3粘结模粘结模，即为平模。如图 所示。2.3.4抛光模（1）曲率半径“”用于凹抛光模，“ ”用于凸抛光模 表达柏油层厚度， 取柏油厚度 =3mm凹抛光模Rpm=36.24+3=39.24mm凸抛光模Rpm=36.24-3=33.24mm（2） 矢高凹抛光模：h=39.24-33=450.78h=21.23mmHpm=39.24-21.23=18.01mm凸抛光模：h=33.24-31=143.9h=12mmHpm=33.24-12=21.24mm a)凹柱面抛光模b)凸柱面抛光模图2.7抛光模第三章 柱面标准样板的制造3
11、.1 样板制造R=36.24的柱面标准样板的制造与球面标准样板的制造相似，也是凸凹成对加工的。其工艺过程涉及下料、粗磨、精磨和抛光等重要工序。3.1.1下料根据规定尺寸，将材料下成长方体，其长度和宽度应比规定尺寸大5毫米，厚度大12毫米。所以块料长161毫米，宽为57毫米，凸样板的厚为16毫米，凹样板的厚为21毫米。下料工艺与球面块料毛坯工艺相同。假如采用型料毛坯，则可直接进行粗磨或精磨。3.1.2粗磨（1）粗磨长方形，用100号砂，使其尺寸达成规定。长为158毫米，宽为54毫米。（2）粗磨总厚度：按规定尺寸粗磨第一面和第二面，其平面度应在0.10.15毫米内，并倒角1.52.545。（3）.
12、粗磨开半径：加工柱面的机床系二维运动机构，既能前后左右同时运动。凹样板在凹粗磨模具上用100号砂加工，凸样板则一方面在平模上用100号砂磨出近似圆的形状，然后再粗磨模具上粗磨。在加工过程中，应注意保证使二柱面的母线平行为止，其平行度偏差不得超过0.01毫米。假如粗磨后二母线不平行必须在继续磨直到平行为止。对于凹柱面和半径较大的凸柱面，也可用QM300球面铣磨机加工。（4）在加工过程中，控制和测量母线是很重要的。由于圆柱面是靠母线平行的作圆周运动所形成，控制它就仿佛用光圈控制曲率半径同样。测量装置如图3.1所示，该装置是在一块金属平板上开两条互相平行、深度相同的V形槽，槽内分别放两根半径都等于r
13、的金属柱棒，做为放置柱面样板的支撑。此外再在金属板上开一条与前两条V形槽互相平行的较大V形槽，槽内放一半径R较大的金属柱棒，做为放置柱面样板的基准档块。支架上装置千分表，测量时将工件一面放在支承棒上，并使选为工艺基准的侧面与圆柱棒档块贴紧，然后沿帮州方向来回移动工件，从千分表便可读出母线的平行度差值。图3.1 柱面母线平行度检测3.1.3精磨（1）柱面精磨工艺与一般光学零件精磨相似。精磨后凹柱面的曲率半径比理论值略小一些，凸柱面应略大一些，其相应的矢高差为0.0010.0015毫米左右，相称于光圈46道左右。（2）精磨检查精磨中初步检查用刀口平尺检查母线，用球径仪检查柱面曲率半径，规定吻合。当精磨砂眼较小时，可用球径仪测出柱面的曲率半径R。（3）样板对磨在两块样板胶上平模，用280、320、W10号砂进行互磨，磨至曲率半径公差内且吻合为止。当加工出的样板半径比规定的半径大时，将凹的放在上面并加大摆幅。反之，凹的放在下面，并使左右摆幅加大。其他条件如转速、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规定再进行抛光。一边互磨一边测矢高h，若误差较大，如差百分之几，即可调节摇臂的摆幅来修正。最后抛光测h值与理论值之差在
