球面樣板的加工工藝(編輯修改稿)

　

【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 值往往要?dú)w整到光學(xué)表面曲率半徑數(shù)字系列標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的數(shù)值。這樣一來(lái)，半徑的允差就有很大的變化。例如根據(jù)WT標(biāo)準(zhǔn)，就其最密的1000系列；來(lái)看，其△R∕R＝℅而通常光學(xué)樣板的曲率半徑允差要求不低于△R∕R＝℅。兩者相比，約差一個(gè)數(shù)量級(jí)。再?gòu)膸缀喂鈱W(xué)角度來(lái)講，對(duì)焦距的要求一般也是不太嚴(yán)格的，通常其誤差為177。1℅。但也有某些要求十分嚴(yán)格的零件，例如長(zhǎng)焦距大孔徑照相物鏡等，℅，否則就要明顯地影響到成像質(zhì)量和焦距。因此，考慮到設(shè)計(jì)的需要和制造工藝與測(cè)量手段的可能性、經(jīng)濟(jì)性，對(duì)不同的曲率半徑就應(yīng)給予不同的允差。～35區(qū)間的半徑允差這一區(qū)間的基準(zhǔn)凸樣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學(xué)比較儀測(cè)量其直徑控制半徑R的誤差，其精度一般可達(dá)到微米數(shù)量級(jí)。所以本區(qū)間的半徑允差直接以絕對(duì)值“微米”表示。如果他們的直徑磨制的很規(guī)則，那么，套制出來(lái)的工作樣板的半徑精度一定很高﹤R﹤4000區(qū)間的半徑允差 在35﹤R﹤4000區(qū)間的樣板一般都做成弧形。其實(shí)際半徑通常是先用球徑儀測(cè)出矢高，再用球徑公式換算得出來(lái)的，其允差采用相對(duì)誤差形式△R∕R℅表示。 在制造過(guò)程中△R包括四各方面的誤差。 1)測(cè)量誤差△Rc由上圖求出球徑公式R＝(r2／2h)＋H／2全微分得 dR＝(r／h)dr＋1／2(1r3／h3)dh 有此可得環(huán)形球徑儀的測(cè)量誤差： △Rc≤（r／h）△rc＋[1(r／h)2] △hc2) 矢高的制造誤差△Rb 將球徑公式中的變量微分，整理后可導(dǎo)出矢高制造誤差：Rb＝{1＋1／1(r／R)2}△Rz式中: △Rz 制造標(biāo)準(zhǔn)樣板時(shí)所控制的式高。 由計(jì)算得到的名義矢高和制造測(cè)量矢高的偏差稱作矢高的制造誤差，用 表示。 引起半徑偏離名義值的誤差，即半徑偏差用 表示。 △RNB這是制造標(biāo)準(zhǔn)樣板是，因凸、凹兩塊樣板的半徑不可能完全一制而造成的半徑偏差，用△RNB表示，欲將其換成曲率半徑誤差時(shí)，可對(duì)球徑儀中的變量微分，令r＝D／2＞△h=Nαλ[1+(2R／D)2] 式中：Nα標(biāo)準(zhǔn)樣板的光圈數(shù) D標(biāo)準(zhǔn)樣板的直徑 λ 波長(zhǎng) △RNG將Nα換算成半徑偏差，則：RNG＝NGλ／2{1＋1／1(r／R)2} 式中NG工作樣板的光圈數(shù) D標(biāo)準(zhǔn)樣板的直徑 λ 波長(zhǎng)上述幾種誤差為柱面標(biāo)準(zhǔn)樣板的全部誤差。通過(guò)分析表明，上訴諸誤差值，測(cè)量誤差 是最大的，可達(dá)允差的1/2以上；而標(biāo)準(zhǔn)樣板的光圈誤差引起的半徑偏差 和工作樣板光圈誤差引起的半徑偏差是不容忽視的誤差。 在光學(xué)零件制造過(guò)程中自弗朗和費(fèi)首先利用光波干涉原理，制造了既簡(jiǎn)單而實(shí)用的光學(xué)樣板以來(lái)，雖然人們總想設(shè)法取代這一因精度要求高，而加工困難的光學(xué)樣板，但是在經(jīng)濟(jì)簡(jiǎn)便方面，直到現(xiàn)在還沒(méi)找到一種能夠完全勝過(guò)他的理想方法。目前，盡管已經(jīng)出現(xiàn)了全息樣板（利用全息圖對(duì)光學(xué)零件進(jìn)行非接觸式檢驗(yàn)），但想投入使用，為時(shí)尚早。因此，對(duì)光學(xué)樣板的精度分布規(guī)律和一些基本加工方法做一探討，裨益生產(chǎn)，還是很有必要的。光學(xué)樣板分為標(biāo)準(zhǔn)樣板和工作樣板兩類，前者是制造工作樣板的依據(jù)，而且為保證曲率半徑和表面形狀的精確，標(biāo)準(zhǔn)樣板必須成對(duì)制造。而后者則是直接用于檢驗(yàn)光學(xué)零件即測(cè)定光學(xué)零件的曲率半徑和表面形狀的基本量具，俗稱樣板。 光學(xué)樣板的精度是光學(xué)零件加工的首要因素。考慮到光學(xué)系統(tǒng)的成像質(zhì)量、生產(chǎn)效率與經(jīng)濟(jì)性，在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB124076中規(guī)定了A，B兩種精度等級(jí)如下表。精度等級(jí)球面標(biāo)準(zhǔn)樣板曲率半徑R（mm）～5＞5～10＞10～35＞35～350＞350～1000＞1000～4000允差（177。）微米樣板曲率半徑R的百分比A／1000B／1000曲率半徑R（mm）～750＞750～40000－精度等級(jí)ABABABN△N 我們通過(guò)分析 隨變化的曲線和 隨變化的曲線發(fā)現(xiàn)： 、 與 變化的趨勢(shì)是一致的。下面我們對(duì)不同曲率半徑的樣板的誤差分配作一下討論：① ，各種誤差所占允差的大致比例通過(guò)分析表明：對(duì)A級(jí)精度的標(biāo)準(zhǔn)樣板而言，這段范圍測(cè)量誤差一般占允差的1/2左右，標(biāo)準(zhǔn)樣板光圈誤差占允差的1/10甚至更小，這樣分配是合理的。② 在35mmR4000mm的范圍內(nèi)，測(cè)量誤差占去A級(jí)精度允差的3/4左右，這時(shí)矢高制造誤差只能占允差的1/5左右，標(biāo)準(zhǔn)樣板光圈誤差仍占1/10。此時(shí)在采取措施注意減小測(cè)量誤差的情況下，經(jīng)過(guò)上邊限制，樣板精度基本上是可以保證的。③ 在R4000mm的范圍，柱徑儀測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)樣板已不合理。我國(guó)光學(xué)儀器的加工技術(shù)，雖然有較長(zhǎng)歷史但形成批量生產(chǎn)并具有完整的工藝是在新中國(guó)成立后。光學(xué)冷 加工工藝 在解放前雖然已有所采用，但缺乏完整性。解放后經(jīng)過(guò)光學(xué)行業(yè)各方面人士及職工的努力，方逐步形成了較完善的加工方法。五十年代初期，光學(xué)行業(yè)的設(shè)備陳舊，工藝落后。進(jìn)入第一個(gè)五年計(jì)劃后， 加工工藝 主要是采用“蘇聯(lián)”的工藝，設(shè)備也是由蘇聯(lián)引的和按“蘇聯(lián)”圖紙制造的專用設(shè)備，二十世紀(jì)六十年代初期，國(guó)內(nèi)個(gè)別廠家由德國(guó)引進(jìn)了先進(jìn)設(shè)備（如銑磨機(jī)和光學(xué)對(duì)中心磨邊機(jī)），受到這些設(shè)備的啟示，國(guó)內(nèi)在六十年代中期開(kāi)始工藝科研和研制新設(shè)備。首先進(jìn)行的是研究粗磨機(jī)機(jī)械化和設(shè)計(jì)粗磨機(jī)，由于設(shè)備和工藝的改進(jìn)，加工效率有很大的提高，但是后來(lái)受政治形勢(shì)的影響，光學(xué)工藝的革新受到?jīng)_擊，剛見(jiàn)成效的工藝革新，就此停止。二十世紀(jì)七十年代中期，對(duì)光學(xué)冷加工技術(shù)改造和技術(shù)革新提出了“四化”目標(biāo)，即毛坯型料化、粗磨機(jī)械化、精磨高速化、定心磨邊自動(dòng)化。經(jīng)過(guò)努力，這些目標(biāo)全部在二十世紀(jì)八十年代初基本實(shí)現(xiàn)了。光學(xué)工業(yè)實(shí)現(xiàn)了光學(xué)冷加工“四化”，為*****民生產(chǎn)光學(xué)儀器奠定了有力基礎(chǔ)。二十世紀(jì)八十年代針對(duì)當(dāng)時(shí)民用光學(xué)儀器生產(chǎn)，又提出了 光學(xué)零件 制造的新四化，即拋光高速化，清洗超聲化，輔助工序機(jī)械化和輔料商品化。“新四化”，雖然受到了管理體制改變的影響，在研制設(shè)備和進(jìn)行工藝科研的時(shí)間和深度不夠理想，但全部實(shí)現(xiàn)了。二十世紀(jì)八十年代重點(diǎn)是對(duì)光學(xué)加工機(jī)理和工藝因素的研究和探討，通過(guò)科研人員和課題組的努力，均取得了理想的科研成果。在光學(xué)零件的定擺磨削和光學(xué)零件加工中不同牌號(hào)玻璃與不同結(jié)合劑的丸片之間的合理匹配都在光學(xué)加工方面有了突破，引起光學(xué)界的重視。這些科研的成果對(duì)光學(xué)加工工業(yè)起了重要作用，為了我們進(jìn)一步提高光學(xué)加工的科研水平，奠定了雄厚的基礎(chǔ)，為新的創(chuàng)新開(kāi)辟了道路。二十世紀(jì)八十年代是我們光學(xué)技術(shù)和工藝科研碩果累累的時(shí)期。不但在光學(xué)加工的基礎(chǔ)理論方面，而在加工設(shè)備， 加工工藝 ，加工 模具 ，以及輔料等方面都取得了可喜成果。如光學(xué)加工機(jī)理，光學(xué)零件 加工工藝 因素，光敏膠，PH值穩(wěn)定劑，光學(xué)導(dǎo)電膜，易腐蝕玻璃保護(hù)膜；PJM320平面精磨機(jī)，QJM220球面精磨機(jī)，QJP100與QJP40光學(xué)中球面與小球面精磨拋光機(jī)；光學(xué)零件復(fù)制法；光學(xué)零件超聲清洗代替清擦，光學(xué)零件真空吹塑包裝以及自聚焦 透鏡 制造等等，真是不勝枚舉。這些科研成果，不但通過(guò)了部級(jí)鑒定，而且均獲得子部級(jí)獎(jiǎng)勵(lì)或國(guó)家發(fā)明將。進(jìn)入九十年代后，在中國(guó)光學(xué)行業(yè)有了更大的進(jìn)展，這是由于光學(xué)產(chǎn)品出口，光學(xué)工藝也隨著有了更大的改變和進(jìn)展。我們采用了幾十年的成盤 加工工藝 受到了沖擊，而單件光學(xué)加工在光學(xué)批量生產(chǎn)中占據(jù)了統(tǒng)治地位。本世紀(jì)初，我國(guó)光學(xué)制造業(yè)已取得了輝煌的成果，進(jìn)入了發(fā)展的高峰，已形成了很強(qiáng)的生產(chǎn)能力。據(jù)有數(shù)字統(tǒng)計(jì)的資料，我國(guó)光學(xué)制造能力已超過(guò)了五億件/年，當(dāng)然這不包括，一些小型民辦企業(yè)的生產(chǎn)能力。在亞洲也好，在世界上也好，中國(guó)光學(xué)冷加工的能力應(yīng)當(dāng)是名列前茅的，但我們的技術(shù)水平卻是比較落后。主要是表現(xiàn)在不能大批量生產(chǎn)高 精度 元器件，大部分企業(yè)不能長(zhǎng)期穩(wěn)定生產(chǎn)，不能制造高精度的特種光學(xué)零件。造成此種現(xiàn)象的原因：，沒(méi)有“光學(xué)工程”的承包單位。▲ 光學(xué)加工設(shè)備和光學(xué)工藝的發(fā)展是分不開(kāi)的。孔夫子說(shuō)過(guò)“工欲善其事，必先利其器”。這說(shuō)明設(shè)備在工藝技術(shù)發(fā)展中的重要性。我國(guó)光學(xué)加工設(shè)備和國(guó)際上光學(xué)設(shè)備的發(fā)展過(guò)程是一致的，即腳踏、機(jī)動(dòng)、電動(dòng)。基本是兩大系列，一是德國(guó)系列、二是日本系列。解放前主要是德國(guó)設(shè)備為主，即從1936年云光廠成立，從國(guó)外引進(jìn)的德國(guó)設(shè)備如：?jiǎn)屋S粗磨機(jī)、二軸精磨拋光機(jī)、四軸精磨拋光機(jī)、五軸精磨拋光機(jī)等。二是偽滿的大陸科學(xué)院為維修使用的光學(xué)儀器從日本購(gòu)進(jìn)的設(shè)備。解放后156項(xiàng)中的西光廠又從蘇聯(lián)購(gòu)進(jìn)了光學(xué)加工設(shè)備、它的原型機(jī)亦是德國(guó)設(shè)備、如ЩМ500和ЩnМ350型單軸粗磨機(jī)、ЩnМ350三軸精磨拋光機(jī)、ЩnМ200中型六軸精磨拋光機(jī)、和ЩnМ60小型六軸拋光機(jī)以及Ц2型定心磨邊機(jī)等。在上世紀(jì)六十年代末期、南儀廠又在七十年代初期研制出GP5型高拋機(jī)（后改成Q835型）。銑磨代替了粗磨、高拋代替了古典拋光。這是光學(xué)制造史上具有重要意義的年代。此后研制出了PJM320。在平面加工方面實(shí)現(xiàn)高速化起了決定性的作用。二、光學(xué)加工技術(shù)發(fā)展沿革從光學(xué)加工技術(shù)發(fā)展來(lái)看，我國(guó)光學(xué)加工技術(shù)主要分為兩大分支。一支就是原五十三工廠承襲德國(guó)人的加工技術(shù)，基本上就是散粒磨料加工，古典式拋光，而另一分支是新中國(guó)成立以后，為配合156項(xiàng)援建項(xiàng)目而引進(jìn)的蘇聯(lián)的加工技術(shù)。它主要包含有散粒磨料粗磨，古典式和準(zhǔn)球心拋光，彈性膠盤，柏油拋光模和自準(zhǔn)定心磨邊。由古典方法轉(zhuǎn)向機(jī)械化粗磨（銑磨）、準(zhǔn)球心拋光，是光學(xué)制造業(yè)的一次重大的變革。對(duì)光學(xué)加工改革起著推動(dòng)作用的是兵器工業(yè)“739”會(huì)議。上世紀(jì)七十年中期是我國(guó)光學(xué)制造技術(shù)大變革的時(shí)期。八十年代光學(xué)制造技術(shù)最大變革由成盤加工轉(zhuǎn)向單件加工。單件加工很早就在日本采用，1983年“北總”是從日本引進(jìn)PenTaxK1000相機(jī)開(kāi)始引進(jìn)這種技術(shù)和設(shè)備的。而部分技術(shù)人員和工人早在這以前從事勞務(wù)出口時(shí)，在日本已經(jīng)接確此項(xiàng)工藝，但由于我們?cè)诎耸甏跗冢m然引進(jìn)了設(shè)備，而在工藝結(jié)構(gòu)上還不完善，沒(méi)有相應(yīng)配套的工裝和輔料，所以采用上述設(shè)備后，生產(chǎn)效率并不高。加之當(dāng)時(shí)，生產(chǎn)批量不大，沒(méi)能引起人們的注意和足夠的認(rèn)識(shí)。但是一些專家看到了此種工藝的特點(diǎn)，它很適合中國(guó)國(guó)情。因此北總在1983年于江西召開(kāi)的工藝研討會(huì)上把它列入了三條高效生產(chǎn)線之內(nèi)。這三條生產(chǎn)線即：平面高效生產(chǎn)線（228廠承擔(dān)）、球面單件生產(chǎn)線（308和598廠承擔(dān)），剛性上盤球面零