光学冷加工定心磨边工艺设计

河南工业职业技术学院

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Henan Polytechnic Institute

毕 题系专班姓学

指导教日

业 设 计

目 光学零件定心磨边加工工艺 别 光电工程系 业 精密机械技术 级 名 号 0104090234

师 期 2011年9月15日

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设计任务书

设计题目：

光学零件定心磨边加工工艺

设计要求：

综合运用所学知识，结合实际独立完成设计课题，拓宽知识面、掌握知识的深度、以定心磨边技术的传统和现在的术语及方法为引导，写出各种定心工艺的优点以及容易产生的疵病，同时对该种工艺的疵病进行分析，培养运用理论结合实际去处理问题的能力、实验能力、计算机运用水平、书面及口头表达能力。

文字材料条理清楚、通顺,论述充分,符合技术用语要求,符号统一,编号齐全,书写工整。图纸完备、整洁、正确。

按期圆满完成任务书中规定的项目;能熟练地综合运用所学理论和专业知识; 有结合实际的某项具体项目的设计或对某具体课题进行有独立见解的论证，并有较高技术含量。立论正确,计算、分析、实验正确、严谨,结论合理,,科学作风严谨，毕业设计有一些独到之处。

设计任务：

1．介绍定心磨边工艺传统和现代术语写出定心磨边的各种工艺类型及其原理图； 2. 结合实际工作写出定心磨边的各种工艺类型及其原理图； 3．分析当前工艺类型的疵病产生原因；

4．写出详细毕业设计说明书（10000字以上），要求字迹工整，原理叙述正确，各种磨边工艺分析全面。

设计进度要求：

第一周： 收集资料，在图书馆查看书籍，在实践中听取师傅的教导，在网上查找各

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河南工业职业技术学院 类相关资料尽量使资料完整、精确、数量多，有利于论文的撰写。

第二周：将收集到的资料仔细整理分类，及时与导师进行沟通。将设计的雏形确立起来，论文的文字叙述全部做好。

第三周：进行相关图形的绘制工作和夹具的设计工作，把文字、绘图、排版、校对等项工作完成。

指导教师（签名）：

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摘 要

伴随着“中国制造”的发展，光学制造在中国大陆的土地上方兴未艾，发展迅猛异常。光学仪器是紧随着光学科技的发展而发展的，这是因为：一方面它是光学基本理论的应用，成功的应用可以证明理论的正确；另一方面它又是探索理论发展的有用手段和工具，许多科学家正是利用当时先进的仪器，使理论又有了新的突破。

为了满足光学仪器成像的要求，必须保证光学系统光轴的一致性。在仪器的装校中，通常是靠透镜的外圆定位，但外圆定位只能保证各透镜几何轴的共轴性，却不能保证光轴的一致性。如果要达到靠外圆定位来实现光轴的共轴性，那么，透镜在装配前必须进行定心磨边，以消除或减小透镜的中心偏差。

为了提高零件的制造效益和质量，工艺研究的创新成果极大地改变了零件的生产程序和工艺路线，充分利用被加工光学材料的特性，集中系列的高新技术，从而形成新的工艺。

在实际生产中，透镜的定心磨边分两步进行：一是定心，通过光学或机械的方法寻找并确定透镜光轴与基准轴重合的位置，即透镜光学表面定心顶点处的法线与基准轴重合的位置，这里的基准轴就是机床的回转轴；二是磨边，透镜定心后夹紧，用砂轮或金刚石磨轮磨削透镜的外圆，以获得图纸要求直径的透镜。透镜的定心方法主要分光学定心和机械定心两类。

由于知识有限，设计中存在一定的错误，望指导老师能够谅解。

关键词：光学定心、磨边。

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Abstract

Along with the development of \in China\optical manufacturing in China land be just unfolding, the swift and violent development abnormalities. Optical instrument followed by optical science and technology development, this is because: one is the basic theory of optics applications, successful application can prove the correctness of the theory; on the other hand it is to explore the theory development of the useful means and tools, many scientists are using the advanced equipment, so that the theory and a new breakthrough.

In order to meet the requirements of optical instrument imaging optical system, to ensure consistency. In the apparatus with the school, usually by lens outer circle positioning, but the outer circle location only to ensure that the lens geometry axes coaxiality, but cannot guarantee the optical axis consistency. If you want to reach the outer circle positioning to achieve the optical axis of the lens centration, then, in the assembly must be performed before centering edging, to eliminate or reduce the lens center deviation.

In order to improve the quality and efficiency of parts manufacturing, technology innovation has greatly changed parts of the production procedure and process route, makes full use of the processing of optical properties of materials, concentration series of high-tech, leading to the formation of new technology.

In practical production, the lens centering edging is performed in two steps: one is through centering, optical or mechanical methods to search for and identify the optical axis of the lens and the reference axis position, whereby the lens optical surface vertex normals and centering datum axis position, the reference axis is the axis of rotation machine; two is edging, lens centering clamping, wheel and diamond grinding wheel grinding lens outer circle, diameter of the lens to get the drawings. Lens centering method consists of optical centering and mechanical centering two class.

IV

河南工业职业技术学院 定心是使透镜的光轴和几何轴重合或在一定的公差范围内。 磨边是将定心后的透镜进行对称地磨外圆。

光学系统的中心偏差尽管很复杂，但透镜中心偏差定义的C仍适用于单块透镜。它符合磨边工序的加工目的，也可以看成是对磨边工序的主要技术要求。 1.1.2中心偏差与边厚差的关系

在透镜研磨抛光过程中，通常采用控制透镜边厚差来校正镜盘中心偏差，达到减小透镜中心偏差的目的。特别是对大口径透镜不合适定性磨边，在抛光过程中必须通过控制边缘等厚差的方法，达到中心偏差的要求。

一块存在边厚差的透镜。可以看成是由一块无边厚差的透镜，再附加上一块楔形镜组成。

tana≈a,tanb≈b,a≈b,

则

CR??tD 则?t?CDR

其中Δt——透镜的边厚差； R——球面曲率半径； D——透镜外圆直径； C——透镜中心偏差。

透镜的中心偏差是其几何轴与光轴在曲率中心处的偏离程度。曲率中心和光轴均是抽象的点和线，直接测出光轴对几何轴的相对位置是困难的，但是透镜存在中心偏时，必须通过一些现象反映出来，定心的方法不同，反映的现象也不同。

定心的实质就是通过一定的方法，将透镜的两球心置于磨边机回转轴线上，从而把以光轴为基准的磨边过程，变成一机床轴为对称轴的修磨透镜外圆的过程。

1.2 新的定义与术语

传统规定的中心偏差C的定义，不能表示光轴与几何轴空间相互位置的一般情况，所以，首先在德国和法国舍弃不用，而我国也在新的国标GB7242—87中提出新的术语和定义。

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本标准适应于由球面与球面或球面与平面组成的且具有旋转对称边缘面的单透镜和胶合透镜。对于具有其他边缘形状的透镜（例如：矩形透镜）也基本适用。 1.2.1 定义及术语

中心误差：光学表面定心顶点处的法线对基准轴的偏离量。

中心误差是用光学表面定心顶点处的法线与基准轴的夹角来度量，此夹角称为面倾角，用希腊字母x表示。

定心顶点：光学表面与基准轴的焦点。

基准轴：用来标注、检验和校正中心误差的一条确定的直线，该直线应体现系统的光轴。

光轴:单透镜两光学表面球心的连线：胶合透镜在理想情况下光轴是光学表面球心的连线。

定心：校正中心误差的过程。

若被定心的光学表面定心顶点处的法线与所选定的基准线重合，则该光学表面已经定好中心。

若透镜诸光学表面定好中心，透镜的光轴即与基准轴重合，则该透镜已经定好中心。 1.2.2 传统的中心偏差与新定义面倾角的关系 1. 用透射式定心仪检验

透射式定心仪检验出的是偏心差c,在数值上它用焦点像跳动圆半径来度量。 透镜式定心仪检验出的偏心差e，要保证图纸规定的面倾角x的要求。

单透镜两光学表面中有一个选作基准面时，则偏心差c与另一个光学表面的倾角的允许值，按下式计算：

C=0.291(n-1)l,F.x.10-3 式中：c——偏心差，mm； X——面倾角，（’）； ｎ——透镜材料的折射率； l,F——透镜的像方程焦距，ｍｍ。 ２．用反射式定心仪检验

当被检验光学表面球半径Ｒ为有限值时，可根据x值换算出球心到基准轴的距离a，

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河南工业职业技术学院 也可按检验出的a值换算出面倾角x值，即

a=x.R/3438=0.291x.R310

-3

式中：x——面倾角，（’）；

a——被检光学表面球心到基准轴的距离，mm； R——被检光学表面球半径，mm；

1.3 透镜中心误差各种表述之间的关系

中心误差面倾角x、偏心差c、球心偏a，这三个反映中心误差的量是客观存在的物理量，但观察起来并不直观，需要通过仪器来测量。透镜边缘的厚度差，会直观反映中心误差，但很难测量准确。

1.3.1偏心差c与边厚差Δt之间的关系

具有偏心差c的透镜相当于一个定心完好的透镜附加一个楔角为θ的楔镜，如图所示，若量仪测头与透镜表面接触轨迹圆的直径为D，则边厚差Δt=D2θ。设图中H/为透镜的像方主点，平行于基准轴入射的平行光束会聚于F/点——相当于透镜像方焦点，像方焦点F/对基准轴的偏离量即像方主点H/对基准轴的偏离量c。若透镜折射率为n，像方顶焦距为l/F，则主光线在楔角为θ的楔镜上产生的偏向角为δ=（n-1）θ。所以透镜的偏心差

c=δ2l/F=(n-1)2l/F2θ 因此得

Δt=D2c/(n-1) 2l/F

对于像方焦距为f/的薄透镜有

Δt=D2c/(n-1) 2f/

1.3.2 面倾角x与球心偏a的关系

当被定心的光学表面曲率半径为R，则该面的面倾角x与球心偏a的关系可知

a=0.2912x2R210-3

1.3.3 面倾角x与偏心差的关系

当折射率为n、像方顶焦距为l/F的透镜其中一光学表面作为基准面时（基准面的中心误差为零），则透镜的偏心差c与非基准面的面倾角x之间关系为

C=0.291(n-1)2l/F2x210-3

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河南工业职业技术学院 1.3.4 偏心差c与球心偏a的关系

若透镜的两个光学表面的曲率半径分别为R1、R2，可知，a1=R12q1 ，a2=R22q2 ，δ1=c/ R1 , δ2=c/ R2 , q1=δ1+θ, q2=δ2+θ,因此有

C=（ a1R2- a2R1）/( R2 -R1)

式中R1、R2要考虑符号关系，正透镜为正，负透镜为负。为了根据球心偏能保证球心差不超出公差，对于a1 、a2的符号考虑应以算得的偏心差值最大为准，所以，当R1、R2异号时，a1 、a2取同号；当R1、R2同号时，a1 、a2取异号。

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2 光学定心的原理与方法

光学定心主要包括透镜表面直接反射像定心法、球心自准反射像定心法、透射像定心法、电视定心法和激光干涉技术定心法。

2.1透镜表面直接反射像定心法

这种定心方法的原理 如图所示。

图2.1 表面反射像定心

定心接头轴线与机床的回转轴重合，并且接头端面精确地垂直于轴线。将透镜胶接于接头端面时，如果胶层非常均匀，则透镜表面“1”球心必然落在接头的轴线上。如果再使透镜表面的“2”的球心也置于接头轴上，则透镜实现了定心。利用透镜表面直接反射灯像的方法进行定心，故称透镜表面直接反射像法。

在保证定心接头轴线与机床的回转轴重合，且接头端面严格垂直于轴线的情况下，将透镜粘结在接头上，定心时，将一光源放在透镜前上方yA处，转动接头，根据非粘结面的光源反射像的跳动来移动透镜，使其光轴与夹头轴线重合。当像撞到上面，则将透镜沿着夹头端面向下移动；像转到下面，则反之，直至像不移动或在允许范围内，即完成定心。一般情况下，透镜粘接面的定心主要靠接头端面的修整精度来保证。

这种定心时用肉眼直接观察像的跳动，与表示中心误差的各参与量之间没有直接的关系，但它的大小反映出透镜中心误差的大小。

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这种定心法定心精度不高，一般为0.05mm左右。但所需要的设备简单，操作方便，适用于单件或小批量生产。

2.2 球心自准反射像定心法

2.2.1 定心原理

球心自准反射像法定心原理如图所示:

图2.2 球心自准反射像法定心原理

1—被定心透镜；2，3—自准显微镜的物镜组成部分；4—分化板。

从十字分划A发出的光线，由垂直放大率为β的光学系统对透镜的表面曲率中心成像，经被检面球心反射回来的十字像位于分划板上A/处。如果透镜的球心偏位c，转动透镜，十字像A亦随之跳动，像的跳动量为4cβ。若分划板的分划值为b，则允许像A的跳动格数为

m=4cβ/b

如果像的跳动格数超过这个范围，必须移动透镜，直至十字像不跳动或在允许的范围跳动。如下图，给出了球心反射像定心仪的光学系统图。

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图2.3 球心反射像定心仪的光学系统图

1—光源；2—聚光镜；3—分划反光镜；4—物镜；5—可换物镜；6—工件；

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7—物镜；8—分划板；9—目镜组；10—接头。

将具有中心误差的透镜粘结在接头上，在确定了球心自准反射定心仪在磨边机上的位置后，观察透镜光学表面曲率中心。转动接头时，观察球心像的跳动量，如果跳动量大，则移动透镜，至球心像不动或跳动在允差范围内，即完成定心。

球心自准像定心法，定心精度较高，可达0.005mm，主要用于直径小、曲率半径小的透镜的定心。但由于视场较小，找像困难。另外，供定心仪移动的导轨与机床主轴的平行度要求太高。因此，在中等精度透镜高效生产中，主要采用机械定心法。 2.2.2 成像校正点与定心仪位置的确定

1. 校正点位置的确定

所谓校正点就是透镜表面的球心像。当透镜定心时，此像要随接头而移动，定心过程就是通过观测校正像的跳动来实现定心的。因此，首先必须找出球心像的位置（校正点），然后将定心仪物镜前焦点置于校正点上，才能正确观测像的跳动。

透镜表面的校正点与它的曲率中心置于同一纵向位置上，因为反射面的放大倍数是-1。

透镜后表面的定心，一般是靠接头端面的垂直度实现的，所以，通常情况不必用定心仪观测像的跳动。

定心时，首先必须找出透镜的校正点。对于透镜非粘结面，其校正点就是它的去曲率中心，而粘结面的校正点位置可用近轴球面折射公式计算。然后根据校正点到透镜非粘结面的距离，选择合适的物镜。选择的原则是：当物镜的物方焦点置于校正点上时，物镜与透镜非粘结面的距离x不小于10mm，以便于操作。

由图所示的定心仪与透镜间的位置关系可以看出，当校正点到透镜非粘结面间的距离l2和选定的可调物镜物方顶焦距lF2确定后，便可确定物镜前表面到透镜非粘结面间的距离x2，从而确定了定心仪的轴向位置。

图2.4 定心仪与透镜间的位置关系

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2. 自准显微镜轴向位置计算

用自准显微镜定心是观察与球面共心的光束所成的像（球心像）来校正透镜的偏心，也就是说将球心像作为自准显微镜的物。透镜的球心像又是由自准显微镜所成的像作为透镜的物所造成的。当球心像的像平面和自准显微镜的物平面（自准显微镜本身的像平面）相重合时，就能在自准显微镜中看到球心像了。

透镜球心像的位置可用折射球面的近轴折射基本公式求出，即

n/s-n/s=( n-n)/r

则

s/= n/rs/[nr+( n/-n)s]

式中：s/为像到折射面顶点的距离;

S为物体（发光点）到折射面顶点的距离； n为第一种介质的折射率； n为第二种介质的折射率； r为球形临界面的半径。

根据上述原理，下表给出了不同形状的透镜在不同的粘结情况下，自准显微镜轴向位置的计算方法。 透镜 类型 平凸 透镜 平凹 透镜 定心图示 校正粘结面 X1=L1+r2n/( n-n) X1—可换物镜面与透镜非粘结面间的距离； L1—可换物镜第一面到物平面间的距离； r2—球面曲率半径； n—空气的折射率； n—玻璃的折射率。 符号规则：凸为“+”，凹为“—”。

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河南工业职业技术学院 双凹 透镜 双凸 透镜 正弯月 透镜 负弯月透镜 X1= L1+ n/r2s/[n r2+( n—n)s] 此时s= r1—d r1—粘结凹面的半径（取负值）； d—透镜中心厚度； r2符号规则：凹为正，凸为负。 /2.3 光学电视定心

为了提高定心精度，减轻人眼疲劳，在球心自准定心法基础上，发展了光学电视定心法。这种方法采用自准显微镜观测定心透镜球心像的跳动，然后通过电视屏显示定心误差，因此，精度高、检测直观、效率也高。 2.3.1 光学电视定心定心原理

光学电视定心法的原理如图所示。

图2.5 光学电视定心光学系统

1—光源；2—聚光镜；3—分划板；4—分光镜；5—显微物镜；

6—定心透镜；7—摄像机；8—显示器。

在如图所示的光学电视定心装置中，在定心磨边机的导轨上装有自准显微测量系统。

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河南工业职业技术学院 它由光源1、聚光镜2、分划板3、反光镜4、物镜5和电视摄像管7组成。待定心透镜6，用粘结胶粘在定心接头上。

在定心过程中，首先移动自准显微镜，使由物镜5射出的光线，聚集在定心透镜外表面的球心O1上。如果透镜无偏心，则射向定心透镜的光线沿法线方向射入，且反射光线按原路返回，并将分划板的十字丝成像于摄像管7的中心点O1/上。对物镜来说，O1/点与定心透镜第一面（非粘结面）的球心O1是共轭的。转动与机床回转轴有高度同轴性的定心接头时，球心O1的自准像，O1/不动，则表面定心透镜的光轴与机床的回转轴（即定位轴）重合；否则，如果透镜有偏心，转动定心接头时，自准像O1将发生跳动，这时加热定心接头使粘结胶软化，将透镜的粘结面沿夹头端面作上下、左右移动，直到主轴回转时，在电视显示屏上的像无跳动或在允许的公差范围内跳动，即透镜实现定心。

在定心过程中，对于被定心透镜的两个球心像，主要是将非粘结面的球心像置于定位轴上（回转轴）。而粘结面的定心是靠定心接头端面垂直度和定位轴的同轴性保证。但是，接头端面在长时间使用过程中要产生磨损，这将造成端面与轴线的垂直度超差。因此，定心接头使用一定时间后，还要对定心透镜的粘结面球心像进行检查，看是否在定心公差范围内。

2.3.2 光学电视定心精度分析

采用光学电视定心法，其定心误差应包括透镜两表面定心误差的总和。但粘结面的定心精度已由夹头端面垂直度保证，因此透镜的定心精度是由非粘结面的定心精度决定的。

设电视摄像管的分辨率为N，显微镜的放大率为β，则通过电视系统所观察到的非粘结面球心，随主轴回转时的跳动量为（1/N）2（1/β）。由此可得定心透镜非粘结面球心离回转轴的垂直距离为C，则表示光学电视定心法的定心精度为

C=1/4Nβ

如上述分析可看出：光学电视定心法布球心自准像定心法的精度高，而且定心快，适用于高精度透镜大批量生产的定心，但定心效率仍未有机械定心法高。

2.3.3 电视定心磨边机

如图所示为双光电路定心磨边机，可用于不透可见光材料透镜及一般透镜的外圆、端面整平、倒角等工序。在透镜两端各置一光学定中心仪，并连接显像装置观察，找正光轴

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(5)一般夹头为黄铜H50、H62或钢材料。

3.3 定心精度分析

(1)在夹头直径D’和定心透镜曲率半径尺一定时，双凸、双凹透镜的定心值比弯月透镜的定心值大，即在相同条件下，前者的定心精度高。

(2)在夹头直径一定时，透镜曲率半径愈小，定心精度愈高。通常机械定心适用于R<180mm的透镜。对于直径在6～70mm的透镜，定心精度可达O.01mm。

(3)在透镜曲率半径R一定时，D’愈大，定心精度愈高，所以夹头直径要尽量大，这样不仅精度高，而且还可以防止夹头端面划伤透镜通光表面。

(4)夹头与透镜表面之间的摩擦系数愈小，则定心精度愈高。而摩擦系数与夹头材料的选择、夹头工作端面的粗糙度和润滑剂有关。润滑剂可用变压器油或仪表油等。

3.4 夹头最小直径的选择

为了提高机械法的定心精度和防止夹头划伤透镜的通光表面，夹头直径要尽量大。在生产实践中，为了使用方便，可根据透镜的曲率半径大小，利用判断机械定心法所用夹头的最小直径大于

DfminDfmin，即该透镜直径

才能采用机械定心法。

此图按定心角16°制。

图3.2 机械定心夹头最小直径

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4 磨边与倒角工艺

粘结在定心磨边机上的透镜在定心之后，要用砂轮或金刚石磨轮进行磨边和倒角，以达到用户要求的直径和形状。

4.1 磨边与倒角

与定心方法向对应，磨边机有光学定心磨边机、机械定心磨边机、自动定心磨边机等。其中机械定心磨边机是目前使用最广泛的设备。 4.1.1 磨边

磨边方式主要有平行磨削、倾斜磨削、端面磨削、垂直磨削和金刚石成型磨轮磨削。 A.平行磨削。平行磨削是指磨轮轴线与透镜轴线平行。这种磨削方式的特点是磨轮以最大的线速度磨削零件，磨削效率高，而且易于调整，是一种最为常见的磨削方式。

B.倾斜磨削。这种方式是为了避免零件受磨轮拉脱力过大而造成脱落，因此，将磨轮调转30。或45。角。这样不仅拉脱力减小，而且使零件受到一个紧固的力，从而改善了零件的受力情况，消除了磨边时零件的脱落现象，同时也可直接在磨边机上完成倒角。

C.端面磨削。采用磨轮端面磨削玻璃，不存在使零件脱落的作用力，磨削效率高；其缺点是容易磨出锥面或非柱面。

D.垂直磨削。这种磨削方式也不会使零件脱落，而且进刀比较容易。 E.金刚石成型磨轮磨削。采用两块或三块组合的金刚石成型磨轮，可把磨边 和倒角一次完成。 4.2.2 倒角

光学零件的倒角可以分为两大类：保护性的倒角和设计性的倒角。

保护性倒角是为了防止零件在装配时，尖锐的边缘被碰破，也防止划破工人的手。在透镜磨边时砂轮和透镜的接触面不是十分均匀的，因此磨边以后，总是大大小小的破边，倒角可以去掉一些小的破边。 A.成型金刚石磨轮倒角

利用成型金刚石磨轮磨边与倒角如图所示。这种方法是先磨边，然后磨轮相对于透镜左右轴向移动一个小距离磨透镜的棱角。这种方法要求接头直径D/应比透镜D小，其关系

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河南工业职业技术学院 为：

D=D－（0.5+2δ）

式中：δ是金刚石磨轮倒角部分的高度。 B.砂轮倒角

将砂轮或工件转动一定的角度，即可在磨边后接着倒角。 C.倒角模倒角

倒角时，使用金刚石倒角模，真空吸附。对于大透镜和硬玻璃材料用W40磨料；对于小透镜和软玻璃材料用W20磨料。

E.倒角宽度

倒角宽度与零件直径和零件类型有关系，具体尺寸见下表:

零件直径（mm） 非胶合面 倒角宽度（mm） 胶合面 用滚边固定 3～6 >6～10 >10～18 >18～30 >30～50 >50～80 >80～120 >12～150

倒角的斜角α根据D/r的比值由下表给出。

零件直径与表面半径的比值D/r ＜0.7 ＞0.7-1.5

/

倒角位置 0.1+0.1 0.1+0.1 0.1+0.1 0.1+0.1 0.3+0.20.1+0.1 0.3+0.20.3+0.2 0.4+0.2 0.5+0.3 0.7+0.8 0.8+0.4 0.4+0.3 0.50.6+0.40.2+0.2 0.3+0.3 —— —— +0.5 —— 倒角的倾角 凸面 4530。 凹面 456019

。 平面 45 。。 。

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＞1.5-2 不倒角 90。 4.2 影响定心精度的因素

影响定心精度的因素： 4.2.1 机床主轴的径向跳动

机床主轴径向跳动会造成透镜透镜基准轴的位置变化，因此，应使其径向跳动量小于定心精度。 4.2.2 接头

为了保证机械定心的精度，防止接头划伤透镜的通光表面，以及透镜粘结面的曲率中心与接头几何轴重合的程度，接头应满足以下要求：

（1） （2） （3） （4）

接头的几何轴与机床主轴的重合精度应高于定心精度； 接头端面应与几何轴线严格垂直；

接头端面应光滑，不能擦伤透镜表面，端面粗糙度Ra为0.16以上； 接头外径应比定心透镜名义直径小0.15mm-0.30mm，并带有通气小孔，接

头壁厚一般为1mm； （5）

接头具有一定的刚度，光学定心法接头用黄铜HPb59—1或H62；机械定心

法可用黄铜或45号钢； （6）

对于机械定心，夹持透镜的两个主轴的同轴度也有要求，一般为

0.005mm-0.01mm。一般接头外径比透镜完工直径小0.2mm-0.4mm。 下图为光学法定心接头和机械法定心接头设计图

图4.1 光学法定心接头和机械法定心接头设计图

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河南工业职业技术学院 4.2.3 定心角

对于机械法定心，除了上述两个影响因素外，透镜与接头的摩擦系数、透镜的曲率半径以及接头直径对定心精度也有影响。透镜与接头的摩擦系数越小，定心精度越高。对于弯月透镜，可用曲率半径较小的一面对直径较大的接头，曲率半径较大的一面对直径较小的接头，以提高定心精度。

4.3 影响定心的工艺因素

在定心磨边机床、接头及定心角都合适的情况下，透镜磨边的精度与加工中磨轮粒度及转速、粘接胶、冷却液等工艺参数有关系。 4.3.1磨轮的影响

透镜的定心磨边通常采用金刚石砂轮或碳化硅砂轮，加工光学玻璃常用青铜结合剂，加工晶体可以用树脂树脂结合剂。其磨轮粒度按透镜的直径大小选择，对于大直径透镜，采用180#，小直径透镜采用240#或280#。磨轮的转速与透镜的直径有关系，直径越大，转速越高，一般为15m/s-35m/s。下表给出了光学法定心和机械法定心的主要参数。

各种定心方法的机器参数

磨边方法 光学法定心磨边 工作转速（r/min） 进刀量（mm） 4.3.2 粘结胶的影响

磨边用的粘结胶的作用是将透镜粘结到接头上，它的主要成分是松香和虫胶漆，此外还有少量的蜂蜡和矿物油。由于特殊的应用环境，磨边胶应满足一些特定的要求：

（1） 足够的强度，以保证透镜不会从接头上脱落； （2） 软化点低，以便稍加热即可调节透镜的位置； （3） 磨边后，容易清洗透镜和接头；

（4） 良好的化学稳定性，不致腐蚀磨边透镜。

4.3.3 冷却液的影响

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机械法定心磨边 200～500 3～10 0.02～0.10 0.5～1

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以LOH C-2SL激光定心机器为例，讲述实习中的有关了解。

5.1 维修工作安全守则

1、 所有清洗和保养工作都必须遵从电器件守则。 2、 维护和保养工作必须由合格并授权的电工进行。

3、 有些维护工作必须在关机状态进行，要遵从适当的守则。

4、 在开始维护或修理之前，清擦机器，特别是连接处和螺纹接口，清除油和保养剂。不要使用酸性清洗剂，使用无棉抹布。

5、 检查所有螺纹接点是否有泄漏、擦痕、损伤,清洁后修复应立即改正任何缺点。

6、 机器维护修理期间，将松开的螺钉立即拧紧。

7、 当安全装置需拆开维护修理时，在工作完成之后应立即将定位重新装好并测试。

8、 请按照环境安全方式处理所有消耗品、冷却剂、润滑剂和更换零件 。 当定心钟安好，夹紧在定心主轴上后，在定心操作前，必须检查其径向和轴向摆动，提供有专门的测量仪器。

5.2 检查定心钟径向摆动

1、 照准测量仪器的臂，测针大致要磨得镜片接触定心钟的边缘的位置。 2、 用定位螺钉将测量仪固定到位。 3、 校准数字表至“0”。

4、 用脚踏开关开始定心主轴的转动。指示表所显示的径向摆动应在±0.003mm允差范围之内。

5、 如果径向跳动超过上述范围，定心钟必须按下列进行再调。 6、 如前所述取掉定心钟，用酒精或类似物清洗接触物。 7、 用细磨石或抛光纸轻轻打磨定心钟的接触面和内表面。 8、 轻轻地给定心钟的接触面、内表面和夹紧系统上有。 9、 安装定心钟并重新检查径向跳动。

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10、 如果径向跳动仍然超出允差，定心钟必须放在一合适的夹具上重新打磨。

5.3 检查定心钟轴向跳动

1、 校直测量仪器的臂，这样测针位于定心钟的平面。 2、 要检查轴向跳动，如前所述检查径向跳动一样进行。

3、 再次说明，所测的轴向跳动必须位于±0.003mm的允差范围之内。

5.4 安装刀具

1、 清洗新刀具的内部，这样当刀具投入运行后步会产生刀具垫圈不平衡。 2、 将刀具垫圈小心地推入刀具主轴的加紧套直到极限。

3、 用一只收轻轻握住刀具垫圈，仍然可以通过夹紧系统给刀具定中心。 4、 再次固定六边形螺钉。

5、 用手检查刀具垫圈是否在夹套中滑动，但不能装动刀具垫圈。 6、 旋紧张力螺母。

5.5 检查刀具的径向和轴向跳动

1、 对准测量仪器的臂，测针尽可能处于刀具边缘接近直角的表面。 2、 用定位螺钉将测量化固定到位。

3、 用手将刀具垫圈小心地转动一整圈，用拨号盘指数检查径向跳动。 4、 刻度盘指示的径向摆动应在±0.01mm的允差限制内。 5、 如果径向跳动超过此允差，必须转动垫圈。 6、 松开刀具并转动大约180度。 7、 再次夹紧刀具。 8、 再检查径向跳动。

9、 如果重复旋转后径向跳动仍在允差之外，必须再校刀具。 10、 取下刀具，清洗接触接触面和夹紧系统。 11、 用细磨石或抛光纸打磨接触面。

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12、 给接触面和夹紧系统上油。 13、 再按刀具。

14、 对准测量仪器的臂，这样测针灸位于刀具垫圈的外端面。 15、 再次用手小心转动刀具垫圈几圈，检查刻盘显示的轴向跳动。 16、 测出的轴向跳动必须位于±0.01mm的允差范围之内。

5.6 激光定中心

借助于激光监视系统，可自动或人工给这些没有自定中心的透镜定中心。夹紧角＞7。

的透镜会自定中心。

为激光定中心的目的，穿过透镜的激光束，如果偏离透镜中心越多，偏移的角度就越大。在激光选单中，你会看到在屏幕上激光束偏移有多大。

一旦透镜达到了要求精度，镜片加工过程程度自动开始。激光选单退出，自动选单出现。如果透镜不能定中心，加工操作就不会启动。

6 我国光学加工技术的发展历史

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

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河南工业职业技术学院 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”，为军转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；PJM-320平面精磨机，QJM220球面精磨机，QJP-100与QJP-40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：a.执行工艺规程不够b.没有专门工艺研究和工艺设备的研究开发单位c.没有行业法规d.没有软件贸易企业，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

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河南工业职业技术学院 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ЩМ-500和ЩnМ-350型单轴粗磨机、ЩnМ-350三轴精磨抛光机、ЩnМ-200中型六轴精磨抛光机、和ЩnМ-60小型六轴抛光机以及Ц-2型定心磨边机等。在上世纪六十年代末期、由长春专用设备厂研制出了GM0.8铣磨机、南仪厂又在七十年代初期研制出GP-5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PJM-320。在平面加工方面实现高速化起了决定性的作用。

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），刚性上盘球面零件高效生产线（248和原5208厂承担）。

北总在江西开会的同时，机械部决定由沈工所（沈阳仪器仪表工艺研究所）牵头，江西光学仪器总厂，南京电影机厂等单位参加研究建立一条刚性上盘最佳参数高效生产线。由于技改投资强度大，研制单位多力量雄厚，所以很快研制成功，经专家门鉴定认为是国内第一条光学零件高效生产线，在国内具有领先地位。这样，一时在全国光学行业兴起一股光学零件刚性上盘进行加工的热流。国内不少厂订购了这种设备（每条生产线含三台Q826铣磨机和四台Q875精磨抛光机）。此生产线可以完成粗磨、精磨、超精磨和抛光等光学加工任务。事情总有它的两面性，最佳参数生产线具有高效，精度较高，流水作业等优点，但同时又有一定的缺点，如个别零件（中心特别薄的负透镜等）不能加工，模具制造难度大以及相应配套的辅料需要进口或配套供应等。这样使这股刚性上盘热很快冷下来，取而代之的是单件加工的高效生产技术。这是由于大批量生产引起的，首先“云华”合资厂为进行大批量生产望远镜而引进成套加工设备和加工工艺。由于它的高效和操作方式很适合中国国情，加之是按工艺结构全面引进（即按产品加工要求成套引进设备、技术及辅料），所以很快就得到了国人的认可，为了使这一工艺和设备早日实现国产化，二九八厂、

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