光学零件加工毕业设计.doc
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1、河南工业职业技术学院毕业设计摘要在光学工艺中,采用固着的金刚石磨具加工玻璃,是提高生产效率最有效的加工方法。用固着磨料研磨玻璃效率高的原因是固着的磨粒象无数把车刀,在玻璃加工表面留下相互文叉的、不间断的划痕,固着磨粒只作用于玻璃表面,直到表面破坏,而不参于它们之间的互相磨碎。近些年来,在一些重要的领域,信息载体正在由电磁波段扩展到光波段,从而使现代光学产业的主体集中在光信息获取、传输、处理、记录、存储、显示和传感等的光电信息产业上。这些产业一般具有数字化、集成化和微结构化等技术特征。在传统的光学系统经不断地智能化和自动化,从而仍然能够发挥重要作用的同时,对集传感、处理和执行功能于一体的微光学系
2、统的研究和开拓光子在信息科学中作用的研究,将成为今后光学工程学科的重要发展方向。本设计选取球面铣磨加工工艺。学习相应的理论知识,熟悉零件在加工过程的工艺流程。熟悉球面铣磨的原理,并运用到实践中去,提高理论联系实践的认识。关键词:光学、球面、铣磨、工艺目 录设计任务书2摘要3第一章 球面铣磨的原理51.1 球面铣磨原理5第二章磨边与精磨工艺62.1定心磨边62.2精磨7第三章抛光工艺9第四章镀膜工艺11第五章加工设备、铣磨模具夹具的介绍135.1加工设备介绍135.2铣磨作业标准书135.3 夹具性能介绍145.3铣磨加工镜片材质与磨耗搭配以及修整方法155.4搭配155.5磨轮的选择及修整方法
3、165.6铣磨品质保证措施175.7夹具制作17第六章铣磨球面产生的表面疵病196.1 细密菊花纹196.2 宽硫菊花纹196.3麻点206.4擦贴环带脱空216.5球面偏心21结束语23参考文献24河南工业职业技术学院意见表25第一章 球面铣磨的原理1.1 球面铣磨原理球面铣磨加工原理如下图所示,金刚石磨轮刃口通过工件顶点,磨轮轴线和工件轴线相交于O点,并且两轴夹轴夹角为,磨具绕自身轴高度旋转,工件绕自身轴低速转动,这种运动轨迹的包络面就形成球面。1、球面铣磨原理采用斜截圆原理2、两轴交点与磨轮刃口的连线即为所加工球面的曲率半径。若磨轮的中径为DM,磨轮端面切削刃口的圆弧半径为r,磨轮轴与工
4、件轴的夹角为,则工件球面的曲率半径R为3、当磨轮选定后,DM和r均为定值,只要调节两轴夹角,即可以得到不同曲率半径的球面。4、加工凸面时,外凸包使实际加工的曲率半径增大,内凸包使曲率减小。5、铣磨过程优劣的指标有尺寸精度、磨削效率、工件表面粗糙度、磨轮的磨耗比等。铣磨加工的磨轮中径一般为透镜直径的3/4,约为透镜直径的70%。当透镜表面特别陡峭时,例如在加工超半球的工件时,对磨轮的要求也很严格;而曲率半径较大或加工平面零件时,对磨轮中径要求相对来说就不那么严格,只要超过透镜直径的一半就可以了。6、面型的检验使用的是建议球面检测仪,与标准件数据对比来检测加工是否合格。粗磨机有两种方式夹注毛坯,一
5、种是吸盘式,这种方式需要一面一面的磨,另外一种方式是夹盘式的,他可以两面同时磨,控制磨轮与毛坯相对角度即可达到我们索要磨出的相应曲率半径的工件。面磨完成后一般还有个倒边磨,通过加金刚砂颗粒做为磨料保护玻璃免受损坏以及使之受力均匀,一般大约倒边45。(图一)粗磨机粗磨的检验,一般是观察砂眼,检验中心度,边厚差,表面擦贴度,都应使其达到相应的技术要求方能送精磨车间精磨以及抛光。第二章磨边与精磨工艺2.1定心磨边透镜的定心磨边是使透镜的光轴与圆柱面几何轴线重合(或基准轴),同时把外圆磨到给定的尺寸。定心磨边的步骤:1).定心:通过一定的方法寻找并确定透镜光轴与基准轴重合的位置,即使透镜诸光学表面定心
6、顶点处的法线与基准轴重合的位置。 2).磨边:相对于确定了的透镜光轴,磨削透镜的外圆,以获得光轴与基准轴重合的外圆直径,达到所要求数值的透镜。定心的方法有许多中,本次实习所用方法为机械定心法。被定心透镜放在一对同轴精度高、端面精确垂直于轴线的夹头之间,利用弹簧压力来实现定心的。使透镜整个表面与接头端面接触,这时透镜的两个表面的球心位于接头的轴线上,使透镜被夹紧的同时达到定心的目。机械法定心的特点操作简便,加工效率高,适用于中等尺寸、中等精度透镜的大批量生产。其他还有光学定心法、自准直像定心法、光学电视定心法、透射像定心法等。磨边冷却液可分为油性和水性两种,具有粘度低,冷却性强,润滑性好等特点,
7、同时不损害皮肤,对机床设备无锈蚀,对环境无污染。一般采用401#冷却液、GX水基冷却液等。22精磨精磨的目的:使零件表面的凹凸层深度和裂纹层深度进一步减小;获得所需的尺寸精度。此次实习精磨使用的是高速精磨机,使用金刚石丸片磨具进行精磨加工,精磨片在球面夹具上的分布必须使得精磨模在使用过程中的磨损规律符合“余弦磨损”。每道精磨工序时间为40s。第三章抛光工艺抛光的目的是消除精磨的破坏层,达到规定的表面要求;精修面形,达到图纸要求的光圈数N和局部误差;为后续特种工艺创造条件。抛光的机理是机械磨削、化学作用和表面流动理论。抛光后零件的检验主要是利用光圈数来判定,光圈数的检验原理是等厚干涉。(图二)不
8、同类型的精磨金刚石丸片磨具抛光的工艺中,所用的抛光液为二氧化锶(CeO2),夹具为比较柔软的纤维布料,其具体操作步骤为:将休整好的抛光模上紧在机床的光轴上,把待加工的零件放置在相应的夹具内,与机床上的抛光模相贴,调整机床的摆幅,启动机床对零件的第一面进行抛光,抛光完工后重复上述步骤,对零件进行第二面抛光,在抛光过程中,操作者必须对每件零件进行相应的自检,如零件的中心厚度、表面光洁度、光圈及光圈不规则度等。 图三、精磨抛光机第四章镀膜工艺 薄膜的作用在于改进基底的性能或功能。实现特定的光学特性优化表面性能,改善表面特性,进行微细加工,实现微制造;产生新功能特性。光学薄膜器件主要采用真空环境下的热
9、蒸发方法制造。常用的薄膜制备方法有热蒸发、溅射、离子束辅助蒸发、电镀。各种光学玻璃因为其使用目的和环境的不同,对工艺的要求和光线的通透等也就不相同,镀膜这道工序就是为了满足这些要求而对光线光 路等做出相应的调整。镀膜要求较高,学校所采用的是箱式电子真空镀膜机,在指导老师的介绍下,其基本原理是通过电子枪发射出来的电子在磁场的作用下受洛仑兹力作用而打在膜料上使膜料蒸发较均匀的粘附在玻璃镜片上,然后烘烤镜片使膜料粘固。镀膜后的镜片通过封光光光度计来检查其光谱曲线来计算其反射率、透射率等是否达到技术要求。在这种镀膜方式下,由于边缘线速度与中心线速度是不相同的,温度也并非出处相同,所以不能保证光学表面镀
10、膜的均匀,边缘和中心必然存在一定的偏差。镀膜机工作时要求真空环境,真空等级分为初真空,低真空,高真空,极高真空,超高真空,一般要求工作环境为高真空,所处气压为103105Pa。镀膜后的检验方法主要有判别颜色,观察器件的表面光洁度,测试所镀膜层的牢固度(使用擦拭法)。镀膜的具体工序如下所示:1操作人员,必须取得岗位资格证书2膜料的选择 膜料MgF2 纯度99.993工房的要求 温度控制在22C4C,湿度80,工房内一切设施摆放整洁。4清洁基片用脱脂布蘸醇醚混合液擦拭零件表面,若表面印记不能用混合液擦去,可用细抛光粉擦,然后用醇醚混合液擦干,以哈气检查表面清洁程度。5装料装件将擦拭干净的基片放置在
11、镀膜用夹具上,并调整好夹具及基片的位置,以便蒸发时目测干涉色的变化,同时将蒸发源及膜料装好。6开冷却水和扩散泵7抽低真空打开机械泵低阀,抽低真空,打开低真空测量表头(热电偶真空计),测低真空度。8离子轰击当真空抽至1020Pa时开始轰击,轰击电流50150uA,启动工转旋转工作,将低阀关闭,抽预阀(管道),当真空度降至20Pa时,关闭预阀,重新抽低阀,重复动作维持真空度在100.1Pa之间,时间1020分钟。9开高阀 离子轰击1020分钟,低真空在110Pa时,打开高真空阀门,待离子轰击辉光消失后,切断轰击电源。10烘烧 250C300C11测高真空当真空度到0.001Pa时,用电离真空计测量
12、12预熔除气 当真空度至0.008Pa时开始预熔除气,预熔缓慢,至膜料彻底变为流动的液体。13蒸镀 当温度达到250C300C时,真空度达到0.0050.007Pa,即可蒸发,蒸发电流应比预熔时的电流略低,避免出现“打点子”,用目测观测反射色控制膜厚,到达指定颜色时停止蒸镀。14冷却,充气 当真空室温度降至200C时,充气15送检第五章加工设备、铣磨模具夹具的介绍5.1加工设备介绍根据零件形状、技术要求结合,铣磨工序设备加工特点合理选择加工设备,有利于确保零件加工质量和加工效率,我司铣磨组现有加工设备特点如下:设备型号设备厂家加工范围磨头轴转速工件轴转速中心轴调整中心厚度调整行程UTS-日本永
13、田3110mm6千1万转/分1020转/分30mm70mmCG2.0韩国时代3130mm9千1.2万转/分3042转/分75mm75mmYG367云南飞隆570mm8.5千1.1万转/分1522转/分50mm50mm主要特点:设备型号优点缺点UTS-该机台对加工30mm以上直径和大曲率零件效率高,精度高不适合小直径,小曲率镜片加工,效率低CG2.0适合加工525各种曲率的小镜片,精度高,效率高不适合30以上大镜片的加工YG367适合小镜片加工加工大镜片效率低,精度低5.2铣磨作业标准书 毛坯图铣磨未加工之前的镜片,具有以下特点:1、外径比磨边后的大1mm,公差一般为0.2mm。2、中心厚度较铣
14、磨完成品厚1mm,且公差较大,有0.6mm。3、凸面R值较完品R大,凹面较完品R小。 铣磨半成品图:已经加工了第一个面的镜片,R值已经接近H归“0”件,中心厚度比铣磨完成品高0.5mm。 铣磨完成品图:第二个面已经加工完成,中心厚度达到标准要求,H在范围内,表面粗糙度也在范围内。加工条件:磨轮:11*7,11为磨轮外径,7为磨轮内径。夹具:15,规格比镜片外径大2mm以上。测量环:内6,凸面使用测量环内径,凹面使用外径。磨轮越粗:金刚石颗粒直径,粒度号越小,则磨轮越粗,反之则越细。磨耗度:镜片本身的耐磨程度。材质:镜片本身的名称。切削液:水溶性,增加切削力,防止磨轮钝化。水:起冷却、润滑磨轮,
15、清洗玻璃粉。5品质管理:外观:利用灯光进行透射,观察镜片表面有无透光的亮点。 H:用千分表配合则量环,利用归“0”件,调好后测量镜片,设定已加工品与归“0”件之间,有一差值,加工到这一范围即可。中心厚度:利用百分表,测量镜片中心的厚度。倒角:在镜片的边上,用倒角磨边磨去一部份起保护作用。有效径:凹面未加工到边上,利用卡尺测量。偏弱:镜片边厚的差值,利用百分表测量。5.3 夹具性能介绍1 磨轮a. 磨轮结构如下b. 类别 按螺牙分:UTS与YG-367、CG-2.0G两面三刀灯。 按金刚石粒度分为:300# 250# 170#等c. 主要供应商 I.常用的表面有氧化层的是云光生产的。 II.现在
16、加工011-0018、019-0011这种种磨耗度较软的磨轮为日本的阿尔法公司生产的。d. 性能I. 规格:300#16以下的磨轮均为300#,加工出来的品质较好,效率稳定。II. 20以下的有250#、300#、200#、170#、150#等,根据镜片材质与磨耗度来选择。一般镜片外径越大,所需磨轮精度越粗;镜片磨耗度越小的选择磨轮就越粗。5.3铣磨加工镜片材质与磨耗搭配以及修整方法一般来讲冕牌玻璃较硬、耐磨,火石玻璃较碎、易磨;磨耗度值较低的表明镜片硬、耐磨;磨耗度值大的表明镜片碎、易加工;磨耗度在60100之间的镜片比较难加工;镜片外径越大越难磨;磨耗度在110160之间的,较易加工。现在
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