球面样板的加工工艺

球面样板的加工工艺内容摘要：

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＝℅而通常光学样板的曲率半径允差要求不低于△R∕R＝℅。 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177。 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，℅，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。 ～35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，那么，套制出来的工作样板的半径精度一定很高﹤R﹤4000区间的半径允差 在35﹤R﹤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，其允差采用相对误差形式△R∕R℅表示。 在制造过程中△R包括四各方面的误差。 1)测量误差△Rc由上图求出球径公式R＝(r2／2h)＋H／2全微分得 dR＝(r／h)dr＋1／2(1r3／h3)dh 有此可得环形球径仪的测量误差： △Rc≤（r／h）△rc＋[1(r／h)2] △hc2) 矢高的制造误差△Rb 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)2}△Rz式中: △Rz 制造标准样板时所控制的式高。 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。 △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△RNB表示，欲将其换成曲率半径误差时，可对球径仪中的变量微分，令r＝D／2＞△h=Nαλ[1+(2R／D)2] 式中：Nα标准样板的光圈数 D标准样板的直径 λ 波长 △RNG将Nα换算成半径偏差，则：RNG＝NGλ／2{1＋1／1(r／R)2} 式中NG工作样板的光圈数 D标准样板的直径 λ 波长上述几种误差为柱面标准样板的全部误差。 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。 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GB124076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（mm）～5＞5～10＞10～35＞35～350＞350～1000＞1000～4000允差（177。 ）微米样板曲率半径R的百分比A／1000B／1000曲率半径R（mm）～750＞750～40000－精度等级ABABABN△N 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：① ，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。 ② 在35mmR4000mm的范围内，测量误差占去A级精度允差的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。 ③ 在R4000mm的范围，柱径仪测量标准样板已不合理。 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（如铣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；PJM320平面精磨机，QJM220球面精磨机，QJP100与QJP40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。 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：，没有“光学工程”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ЩМ500和ЩnМ350型单轴粗磨机、ЩnМ350三轴精磨抛光机、ЩnМ200中型六轴精磨抛光机、和ЩnМ60小型六轴抛光机以及Ц2型定心磨边机等。 在上世纪六十年代末期、南仪厂又在七十年代初期研制出GP5型高抛机（后改成Q835型）。 铣磨代替了粗磨、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PJM320。 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（铣磨）、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PenTaxK1000相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。