光学零件加工技术
平面光学元件的加工技术
平面光学元件的加工技术浙江大学光电系曹天宁宁波华光精密仪器公司周柳云光学平面零件包括棱镜、平行平面板、平面反光镜、平晶、光楔、光盘片基、滤光片、波片、倍频器等等。
其大小从φ1mm到φ1000mm,材料主要是光学玻璃,有时是光学晶体,为了达到高精度与高效率,采用技术方法很多,有铣磨、精磨、研磨、抛光、分离器抛光、环抛、水中抛光、单点金刚石飞切(SPDFC)、计算机机控制小工具抛修(CCP) 、离子抛光等等。
从机理上考察,可以归纳为三类基本方法一、范成法形成平面特点是依靠机床的精确运动形成平面包络面,对机床精度要求高.如用筒状金刚石磨轮铣磨平面,按正弦公式当α=0时,R=∞范成了片面(生产上为了排屑排冷却液方便, α有一个小量,表面微凹)。
单点金刚石飞切也是依靠高速旋转的轴与飞刀作直线运动的工作台垂直而范成了平面.工具与工件的加工接触为线接触。
二、轮廓复印法或母板复制法这种复制法与光栅复制法不一样,在复制过程有磨削研磨、抛光过程。
采用精磨模、抛光模(固着磨料抛光模与柏油抛光磨)加工的均属于这一类.工具与工件的接触为面接触。
三、小工具修磨法计算机控制抛光(CCP)离子束抛光与手修属于这一类,逐点抛修,边检边修,精度可以很高，对局部修正非常方便.工具与工件的接触为点接触。
(一) 、铣磨成型光学平面元件我国QM30、PM500、XM260研磨机直到NVG-750THD型双轴超精密平面磨床等大型平面铣磨机利用范成法原理高效铣磨出平面,而且可以采用适当的金属夹具,将角度修磨变为平行平面的铣磨.机床磨轮轴与工件的平行度、轴向经向跳动影响棱镜的角度精度.铣磨成型是光学平面元件毛胚加工的主要技术方法之一。
图一就是PM500铣磨平面的范成运动,图二就是改进的QM30铣削平面的范成运动。
图三是大型的NVG-750THD型双轴超精密平面磨床。
图三. 大型双轴超精密平面磨床(二) 、光学平面的磨削、研磨与抛光重点在于加工出高精度光学表面面型(N、△N),磨削、研磨与抛光的运动形式很多,但其特点是一样的,光学平面精度的获得不主要依靠机床的精度,而主要依靠母板的精度的传递,应该重点研究与把握三个机理。
苏瑛-光学零件制造工艺学
光学零件特种加工工艺：特种加工工艺是按照不同技术要求 对冷加工或热加工之后的光学零件进行特殊加工。主要有光 学零件表面镀膜工艺、刻镀工艺、照相工艺、胶合工艺。 （1）光学零件镀膜工艺：它是在抛光或磨边好的零件表面上 镀一层薄膜，如镀增加透光或反光的膜层或其他用途的膜层。 该技术现在已形成一个薄膜光学技术，应用十分广泛。 （2）刻镀、照相工艺是在光学零件表面上制作各种分划标记 的工艺技术。 （3）胶合是将透镜、平面镜或棱镜按要求用光学胶胶合起来 的工艺。通常是将凸凹透镜胶合在一起来改善系统象差；棱 镜相胶来改变光路等。
图样绘制的要求应按照国家机械制图标准和光学制图标准及图样管理制度的 有关规定执行，一般应符合下列原则：
有关尺寸数据的标注均应符合国家制图标准。工艺图纸一般都要求标注允许 的公差范围，而不标注公差代号。需检验的尺寸、数据必须给出公差。
图样中所标注尺寸或数据有三种表示方法。 公称值：不带公差的名义值。加工中此值不做验收的依据，如透镜图中等焦距和
（2）按应力双折射大小分成三类
（3）按条纹大小分成四类
（4）按气泡大小和多少分成八类六级。
特殊玻璃
光学仪器中常用的特殊玻璃有耐辐射光学玻璃、石英光学玻璃、 微晶玻璃、窗用平板玻璃、硬质玻璃等。 一、耐辐射光学玻璃：在γ射线或高剂量的X射线的作用下，具有一 定的抗辐射性能的光学玻璃。耐辐射光学玻璃牌号的命名，按“无 色光学玻璃”牌号，根据其耐辐射性能的大小来分。 二、光学石英玻璃： 三、微晶玻璃：从原来的玻璃态经过热处理改变成的一种多晶体材 料。它的强度比普通玻璃大8倍；硬度比熔融石英还高，接近淬火 钢；密度低；具有高的热稳定性。 四、吸热玻璃：吸热滤光玻璃在可见光区域内有高的透过率而在红 外区域则大量吸收，对于光源的热辐射具有吸收性能。这种玻璃长 用于照明系统，吸收量随玻璃厚度的增加而增加，常用厚度为3mm。
传统光学加工(第一章粗磨)
磁性装夹是利用电磁吸力将工件固定的一种装夹方 式。透镜的磁性装夹，是将工件先粘在具有一定平 行度要求的金属导磁圆盘上，然后把粘好零件的导 磁圆盘放到铣磨机的磁性工作盘上，并使二者对好 中心，接着，打开磁力开关，将粘有透镜的导磁圆 盘吸住。另外，采用磁性装夹铣磨球面时定中心较 困难，而且粘结上盘下盘和清洗等辅助工序又费工 时，因此，球面铣磨很少采用磁性装夹，它多用于 平面的铣磨中。
（二）粒度磨料的粒度是以颗粒的大小分类的 。我国的磨料粒度号规定，对用筛选法获得 的磨料，粒度号用一英寸长度上有多少个筛 孔数来命名的。
二、磨具 通常采用的磨具有两种，一种是普通磨料制 成的砂轮，另一种是用结合剂固着的金刚石 磨具。 （一）金刚石磨具的结构 1．金刚石层：它是金刚石磨具的工作部分，由 金刚石颗粒和结合剂组成。 2. 过渡层：只含有结合剂，对金刚石层和基体 之间起着连接固结作用。过渡层厚一般为1～ 2mm。
（二）真空装夹的夹具设计
真空装夹是利用真空吸附的作用力，将工件固定在 夹具上。 真空吸附装夹的优点是：操作方便，易于实现自动 化，不仅能单件加工，而且也适用于立式铣磨机上 成盘加工，生产效率高。其缺点是：对工件的直径 公差要求严格，一般要求直径公差在(-0.02)～（0.05 ）mm。
（三）磁性装夹的夹具
过大的偏心量将增大磨边的磨削量，甚至造成零 件的报废。造成球面偏心的重要原因是夹具定位 面的偏心。因此在夹具制造中，要特别注意夹具 定位面d与口径D对工件回转袖线的同心度。
§1-7 球面铣磨夹具的设计
一、球面铣磨夹具的设计
在透镜铣磨中，所用的夹具通常有弹性装夹 、真空吸附装夹和磁性装夹。
无论设计和使用哪种夹具，都必须满足以下 要求： 1. 夹具装夹零件必须牢固可靠。如果装夹不 牢，加工零件会产生松劲，这不仅要影响加 工精度，甚至可能损坏零件，同时也容易造 成磨轮的磨损。
光学加工介绍
光学加工介绍
光学加工是一种利用光学原理进行材料加工的技术。
它利用激光或其他光源的能量来加工各种材料，如金属、塑料、玻璃等。
光学加工技术在工业生产中起着重要的作用，它能够实现高精度、高效率的加工，广泛应用于制造业各个领域。
光学加工技术的基本原理是利用光的特性进行加工。
光学加工过程中，首先需要选择合适的光源。
常用的光源包括激光器、LED等。
然后，通过透镜或光纤等光学元件对光进行控制和聚焦，使其能够准确地照射到被加工材料上。
接下来，通过调节光的能量和聚焦点的位置，可以实现不同形状和尺寸的加工效果。
最后，通过控制光的强度和时间，可以实现不同深度和精度的加工。
光学加工技术具有许多优点。
首先，它能够实现非接触式加工，不会对被加工材料产生物理损伤。
其次，光学加工技术具有高精度和高效率的特点，能够实现微米级的加工精度和高速的加工速度。
此外，光学加工技术还具有灵活性和可控性，可以根据不同的加工需求进行调整和优化。
光学加工技术在各个领域都有广泛的应用。
在制造业中，光学加工技术可以用于制造精密零件、模具、光学元件等。
在电子工业中，光学加工技术可以用于制造电路板、芯片等。
在医疗领域中，光学加工技术可以用于制造人工器官、医疗器械等。
此外，光学加工技术还可以用于材料表面的改性和涂层等。
光学加工技术的发展对于提高制造业的竞争力和推动科技进步具有重要意义。
随着光学加工技术的不断发展和创新，相信它将在未来的工业生产中发挥越来越重要的作用。
我们期待着光学加工技术能够为人类创造更加美好的未来。
光学零件制造工艺
光学零件制造工艺
光学零件制造工艺是生产高质量光学元件的关键技术。
以下是一些常见的光学零件制造工艺：
1. 切割和磨削：使用砂轮或金刚石刀具将光学材料切割成所需的形状和尺寸。
2. 抛光：通过逐渐减小表面粗糙度，使光学零件的表面达到高精度的光洁度。
3. 镀膜：在光学零件表面沉积一层或多层薄膜，以改善其光学性能，如反射率、透过率等。
4. 胶合：将两个或多个光学零件用胶粘剂粘合在一起，形成复杂的光学系统。
5. 成型：通过热压、注塑等方法将光学材料加工成所需的形状。
6. 检测：使用干涉仪、分光光度计等仪器对光学零件进行精度和性能检测。
这些工艺需要高度的专业知识和精密的设备。
制造过程中的每一个环节都必须严格控制，以确保光学零件的质量和性能符合要求。
随着科技的不断发展，新的制造工艺和技术也在不断涌现，如激光加工、离子束加工等。
这些新技术可以提高生产效率和产品质量，推动光学零件制造工艺的不断进步。
光学零件毛坯的成型
晶体毛坯成型材料
总结词
晶体毛坯成型材料具有特殊的晶体结构和光学性质，广泛应用于光学仪器和激 光技术领域。
详细描述
晶体毛坯成型材料主要用于制造各种晶体元件，如激光晶体、滤波器、调制器 等。其特殊的晶体结构和光学性质能够满足特定波段的光学需求。常用的晶体 毛坯成型材料有氧化物晶体、氟化物晶体等。
其他光学材料毛坯成型
随着工业革命的推进，光 学玻璃制造技术得到进一 步发展，出现了多种制造 方法和设备。
20世纪
随着科技的发展，光学玻 璃的应用领域不断扩大， 制造技术也日趋成熟。
光学零件毛坯成型技术的分类
铸造法
通过将光学玻璃熔化后倒 入模具中冷却凝固成型， 主要用于制造大尺寸的光 学零件毛坯。
研磨法
通过研磨和抛光的方法将 光学玻璃加工成所需形状 和精度，主要用于制造高 精度的光学零件毛坯。
压延成型
利用压延机将高温熔融的玻璃 液压制成一定形状和厚度的毛 坯，常用于制造平面光学元件 。
热弯成型
将玻璃加热至软化点附近，弯 曲成所需形状，然后进行冷却 硬化。
离心成型
利用旋转产生的离心力，将玻 璃液甩出并附着在旋转的模具
上，形成一定形状的毛坯。
晶体毛坯成型工艺
焰熔法
利用氢氧焰熔化晶体粉 末，在一定条件下结晶
利用金属的可塑性和延展性，通过铸 造、锻造、冲压等工艺制成毛坯。
塑料毛坯成型工艺
利用塑料的流动性和可塑性，通过注 塑、挤出、吹塑等工艺制成毛坯。
04
光学零件毛坯成型设备
成型设备种类
压机成型
利用压机对光学材料施加压力，使其变形并 形成所需形状的毛坯。
注塑成型
将熔融状态的光学材料注入模具中，冷却后 形成毛坯。
光学零件加工流程
光学零件加工流程光学零件加工是光学工程领域中非常重要的一环，它涉及到光学元器件的制造与加工。
本文将介绍光学零件加工的流程，并详细阐述每个环节的操作步骤。
一、零件设计与制作在光学零件加工流程中，首先需要进行零件的设计与制作。
设计师根据实际需要，使用CAD或其他相关软件进行光学元器件的三维建模。
在设计过程中，需要考虑到光学元器件的材料、形状、尺寸等因素，并确保其满足光学性能要求。
设计完成后，可以通过3D打印或数控机床等设备进行零件制作。
二、加工前准备在进行光学零件加工之前，需要进行加工前的准备工作。
首先是对加工设备进行检查和维护，确保设备能够正常运行。
其次是准备加工用的原材料，这些原材料通常是具有良好光学性能的材料，如光学玻璃、光学塑料等。
此外，还需要准备好加工过程中所需的工具、夹具等。
三、加工工艺选择光学零件加工有多种不同的工艺可供选择，根据具体的零件要求和加工难度，选择合适的加工工艺。
常见的光学零件加工工艺包括：切削加工、抛光加工、激光加工等。
对于形状复杂的光学零件，通常采用数控机床进行精密加工。
四、加工操作步骤1. 切削加工：首先，将加工原材料固定在夹具上，然后根据设计要求，使用切削工具对原材料进行加工。
切削加工可以通过车削、铣削、钻削等方式进行。
2. 抛光加工：在切削加工完成后，需要进行抛光加工，以提高光学零件的表面质量。
抛光加工可以通过机械抛光、化学抛光等方式进行。
抛光加工的目的是去除表面的瑕疵，使光学零件表面更加光滑。
3. 激光加工：对于一些特殊要求的光学零件，可以采用激光加工技术进行加工。
激光加工具有高精度、非接触等优点，能够实现对光学零件的高精度加工。
五、质量检验与调整在光学零件加工完成后，需要进行质量检验与调整。
质量检验包括对光学零件的尺寸、形状、表面质量等进行检查，以确保其符合设计要求。
如果发现问题，需要进行调整或重新加工，直到达到要求为止。
六、光学零件的组装与测试光学零件加工完成后，还需要进行组装与测试。
光学零件加工流程综述(完整版)
镀膜材料包括金属、介质等，根据不同的光学要求选择不同的镀膜 材料。
镀膜工艺
镀膜工艺包括真空蒸发、化学气相沉积、物理气相沉积等，以达到不 同的光学要求。
切割技术
1 2
切割技术
通过切割将光学零件加工成所需的形状和尺寸。
切割工具
切割工具包括金刚石刀具、线切割等，根据不同 的材料和要求选择不同的切割工具。
光学元件的污染问题与对策
污染问题
在光学零件加工过程中，由于空气中悬 浮颗粒、油雾、手汗等原因，可能导致 光学元件的污染，如表面污渍、颗粒附 着等，这些问题会影响光学元件的光学 性能和寿命。
VS
对策
为了减小污染，加工车间应保持清洁和干 燥，定期进行空气净化处理；操作人员应 穿戴干净的工作服和手套，避免直接接触 光学元件；在加工完成后，应及时对光学 元件进行清洗和保护，避免污染和损伤。 同时，可以采用一些表面处理技术来提高 光学元件的抗污染能力，如镀膜、涂层等 。
光学零件加工流程综述（完整版
contents
目录
• 光学零件简介 • 光学零件加工流程 • 光学零件加工技术 • 光学零件加工中的问题与对策 • 光学零件加工的未来发展 • 结论
01 光学零件简介
光学零件的定义与分类
定义
光学零件是指利用光的折射、反射、 干涉等原理制成的各种元件，如透镜、 棱镜、反射镜等。
06 结论
总结
01
本文对光学零件加工流程进行了全面综述，详细介绍了光学零 件的种类、加工原理、工艺流程和关键技术。
02
通过分析不同类型的光学零件加工流程，总结了各流程的特点
和适用范围，为实际生产提供了指导。
针对现有加工技术的不足，提出了改进和优化的方向，为未来
第章光学零件通用技术要求
第章光学零件通用技术要求1.1光学零件的基本要求光学零件的基本要求，包括以下几个方面：（1）光学性能：光学零件应具备良好的光学性能，包括透射率、反射率、折射率等指标，以保证光学系统的正常工作。
（2）精度要求：光学零件的制造精度应满足系统设计的要求，包括平面度、直线度、圆度、公差等指标，以保证光线的准确传输。
（3）光洁度：光学零件的表面应具备良好的光洁度，避免表面光滑度降低导致的光学传输损耗。
（4）耐用性：光学零件应具备良好的耐用性，以确保在长期使用中不会发生光学性能的衰减或破损。
1.2表面加工技术要求光学零件的加工技术要求，包括以下几个方面：（1）表面精加工：光学零件的表面需要进行精加工，以满足设计精度的要求，主要包括磨削、抛光、镀膜等工艺。
（2）表面光洁度：光学零件的表面应具备良好的光洁度，通常要求表面粗糙度小于0.05μm。
（3）表面形状：光学零件的表面形状应满足设计要求，包括平面度、直线度、圆度等指标。
（4）表面平整度：光学零件的表面应保持平整，以确保光线传输的准确性。
1.3镀膜技术要求镀膜技术是光学零件制造过程中的重要环节，其技术要求包括以下几个方面：（1）膜层性能：镀膜膜层应具备良好的透射、反射和抗反射特性，以满足光学系统的设计要求。
（2）膜层均匀性：镀膜膜层应均匀附着在光学零件表面，避免膜层厚度不均匀导致的光学性能差异。
（3）膜层硬度：镀膜膜层应具备一定的硬度，以防止膜层在使用过程中因受力而变形或损坏。
（4）膜层附着力：镀膜膜层应具备良好的附着力，以确保在使用过程中不会轻易脱落或剥离。
1.4检测技术要求光学零件的检测技术是保证产品质量的重要环节，其技术要求包括以下几个方面：（1）表面检测：通过光学显微镜、扫描电子显微镜等设备对光学零件的表面进行检测，以确保几何形状和光洁度的满足设计要求。
（2）光学性能检测：通过光学测试仪器对光学零件的透射、反射、折射等性能进行测试，以确保性能指标符合设计要求。
光学零件基本加工工艺规程设计
光学零件基本加工工艺规程设计一、材料选择在设计光学零件基本加工工艺规程之前，首先需要根据光学零件的要求和使用环境选择合适的材料。
一般情况下，光学零件常用的材料包括玻璃、晶体和塑料等。
不同的材料有不同的特性和加工难度，在选择材料时需要考虑光学性能、物理性能和耐久性等因素，并权衡其加工难度和成本等因素。
二、加工流程规划1.光学零件的加工主要分为粗加工和精加工两个阶段。
粗加工阶段主要是通过切削、研磨和抛光等工艺对原材料进行形状和尺寸的加工，以获得近似尺寸和粗糙度要求的加工零件。
精加工阶段主要是通过抛光、研磨和涂膜等工艺对粗加工后的零件进行微调和处理，以获得最终的光学性能和表面质量。
2.在粗加工阶段，常用的加工工艺包括切削、磨削、抛光和研磨等。
切削是指通过刀具对材料进行切削来获得所需形状和尺寸的工艺，常用的切削工具有铣刀、车刀和钻头等。
磨削是指通过磨轮对材料进行磨削来获得粗加工目标，常用的磨削工具有砂轮、磨粒和金刚石等。
抛光和研磨则是通过对材料表面进行机械处理来获得较好的表面质量，常用的工具有抛光布、研磨液和涂膜等。
3.在精加工阶段，主要采用的工艺有抛光、研磨和涂膜等。
抛光是通过抛光布和涂膏等工具对零件表面进行抛光处理，以提高表面质量和光学性能。
研磨是通过研磨片和涂膏等工具对零件进行平面研磨和修整，以达到更高的尺寸精度和表面光洁度。
涂膜是在零件表面涂覆一层光学膜以改善其光学性能和耐磨性，常用的涂膜有反射膜、透明膜和滤光膜等。
三、加工参数确定在光学零件基本加工工艺规程设计中，还需要确定加工参数，以保证加工精度和表面质量。
加工参数包括切削力、磨削速度、抛光布压力和涂膜厚度等。
这些参数的选择和调整需要根据加工材料的硬度、光学要求和设备性能等因素进行综合考虑。
一般情况下，需要通过试验和实践来不断调整和优化加工参数，以获得最佳的加工效果。
综上所述，光学零件基本加工工艺规程设计是基于光学要求和加工难度等因素来选择合适的材料、规划加工流程和确定加工参数等，以获得满足光学性能和表面质量的最终加工零件。
光学透镜加工工艺
光学透镜加工工艺？
答：光学透镜的加工工艺主要包括以下几个步骤：
1. 毛坯加工：包括按光学零件图选择合适的块料，切割整平、划分、胶条、滚圆开球面。
这个步骤是单件进行的。
2. 粗磨加工：使表面粗糙度及球面半径符合细磨要求。
传统工艺中粗磨也是单件进行的，采用松香柏油粘结胶进行粘结上盘。
先用金刚砂对零件进行粗磨与精磨，然后使用松香柏油抛光模与抛光粉（主要是氧化铈）对零件进行抛光加工。
完成上述步骤后，光学透镜的基本形状就已经完成了。
接下来是一些后续步骤，例如细磨、定心磨边、清洗等，这些步骤可以进一步提高透镜的质量和精度。
需要注意的是，光学透镜属于高精度零件，其加工精度要求非常高，因此需要采用高精度的加工设备和工艺。
同时，由于光学透镜的材料和形状各异，加工过程中需要根据具体情况选择合适的工艺和设备。
此外，光学透镜的加工还需要注意以下问题：
1. 加工过程中需要严格控制温度和湿度，以避免因环境变化引起的透镜变形或开裂。
2. 加工过程中需要使用合适的夹具和工具，以避免对透镜造成损伤或划痕。
3. 加工完成后需要对透镜进行严格的检测和测试，以确保其质量和性能符合要求。
光学零部件加工技术考核试卷
（以下为答案及评分标准，请自行填写。）
三、填空题（本题共10小题，每小题2分，共20分，请将正确答案填到题目空白处）
1.光学加工中，用于提高加工表面质量的常见工艺是_______。（）
2.光学镜片的透光率受_______、_______等因素的影响。（）
3.在光学加工过程中，_______是衡量加工精度的重要指标。（）
A.手工抛光
B.机械抛光
C.化学抛光
D.激光抛光
3.光学镜片镀膜的主要作用有哪些？（）
A.提高反射率
B.提高透光率
C.防止污染
D.改变颜色
4.下列哪些设备属于光学加工的关键设备？（）
A.数控车床
B.数控磨床
C.干涉仪
D.投影仪
5.下列哪些因素会影响光学零部件的表面质量？（）
A.加工参数
B.刀具磨损
C.机床振动
5.加工精度装配工艺
6.金刚石
7.激光加工
8.提高反射率防止污染
9.数控磨削
10.粘接剂选择
四、判断题
1. ×
2. ×
3. ×
4. ×
5. ×
6. ×
7. √
8. ×
9. √
10. ×
五、主观题（参考）
1.选择磨料时需考虑工件材料、磨料硬度、粒度等因素，磨削参数应依据工件材料、磨具特性、磨削方式和磨削要求来确定。
D.操作者技能
6.光学加工中常用的磨料有哪些？（）
A.氧化铝
B.碳化硅
C.金刚石
D.玻璃珠
7.下列哪些方法可以用于光学零部件的清洗？（）
A.蒸汽清洗
B.超声波清洗
C.化学清洗
D.水射流清洗
光学零件加工技术第二版教学设计
光学零件加工技术第二版教学设计一、教学目标1.掌握光学零件加工的相关知识，了解光学加工的工艺与流程；2.理解常见光学元器件的结构和特点，熟练操作加工工具，掌握光学零件的加工方法和技巧；3.通过理论课程和实验课程的有机结合，让学生掌握光学元器件的加工技术和实际应用的能力；4.提高学生的工程设计和实现能力，拓宽学生的光学技术应用领域。
二、教学内容1. 光学零件加工工艺和流程1.概述光学零件加工的流程和方法；2.介绍加工设备和工具；3.形状加工、平面加工、孔加工、切割加工等光学零件加工技术。
2. 常见光学元器件的结构和特点1.球面镜、圆柱镜、棱镜、透镜等光学元器件的结构和特点；2.球面镜的加工和检测技术；3.其他光学元器件的加工技术。
3. 光学零件加工实验1.光学零件加工设备和工具的操作；2.数控加工机床的使用；3.光学零件准确度检测及使用实例。
4. 光学元器件加工实践1.光学元器件的加工设计和实现；2.实例分析光学元器件加工的案例；3.学生自主实践项目设计和完成。
三、教学方法1.讲授法和案例分析法相结合；2.实验操作与教学课程形成有机结合；3.课程综合考核，包括理论知识考核、实验操作考核和实际工程设计与实现考核。
四、教学建议1.注意理论课程和实验课程的协同设计；2.加强实践操作的指导与训练；3.强化工程设计和实现能力的培养；4.鼓励学生自主实践项目的设计和完成。
五、教材及参考书•《光学加工技术》（陈晓光，李建国主编，机械工业出版社）•《光学制造工艺学》（刘立华主编，北京航空航天大学出版社）•《数控加工中的光学零件加工技术》（李志平主编，机械工业出版社）六、教学进度教学内容学时光学零件加工工艺和流程 6常见光学元器件的结构和特点 6光学零件加工实验10光学元器件加工实践8课程期末考试 2七、教学评估方法1.期中考试占30%的成绩；2.实验和上机操作占30%的成绩；3.课程设计报告占20%的成绩；4.期末考试占20%的成绩。
光学零件加工技术知识点总结
1、玻璃的主要成分：二氧化硅，又称金刚砂2、光学玻璃和普通玻璃的区别：光学玻璃具有高度的透明性、物理及化学上的高度均匀性以及特定和明确的光学常数。
3、玻璃态：低温的固态保留了高温的液态的无定型结构。
4、玻璃的物理特性：各向异性、介稳状态、玻璃从熔融态向固态转化过程连续可逆。
5、介稳状态：一定条件下，物质可能处于相对稳定状态，但并不是能量最低储存状态。
6、光学玻璃依据折射率和色散系数进行命名和分类。
（n<1.6，v>50为冕牌玻璃K，其余为火石玻璃F）7、无色光学玻璃：折射率、色散系数的允差及一致性；光学均匀性；应力双折射；光吸收系数；条纹度和气泡度8、光学均匀性：一块（光学）玻璃中，各部分折射率变化的不均匀程度。
9、应力双折射：一束光通过存在应力（各向异性）的玻璃，分为两束。
o光不改变方向，e 光不改变方向。
表示方式：两种光线通过1cm厚玻璃产生的光程差。
10、光吸收系数：白光通过1cm厚玻璃吸收的光通量与进入的光通量之比。
11、有色光学玻璃种类：离子着色的选择吸收玻璃；中性玻璃；硒镉玻璃。
12、晶体：三维空间做有规律的、重复的排列，构成的所谓的格子结构。
13、晶体基本性质：均匀性；各向异性；对称性；自范性；最小内能性；稳定性。
14、自范性：晶体具有自发地形成封闭几何对面体外形的性质。
15、解理：晶体在外界定向机械力的作用下，按着一定的方向分裂成光滑平面的能力。
16、硬度：物体对外来机械入侵所表面的抵抗能力。
17、光学塑料种类：聚甲基丙烯酸甲脂（PMMA）、聚苯乙烯、环氧光学材料、CR3918、自由表面：用于零件的夹紧，或在完成零件基本加工后，为限制零件的形状和尺寸，去掉多余材料而得到的表面。
19、对光学玻璃的要求：折射率和色散系数；光学均匀性；应力双折射；光吸收系数；气泡度；条纹度。
20、气泡度的三种表示方法：1、只规定气泡大小，不限数量。
2、分区限制气泡的大小与数量。
3、限制在一定面积内，所允许的气泡总面积。
光学零件加工技术
光学零件加⼯技术光学零件加⼯技术邬建⽣⼆00四年元⽉(整理)⽬录⼀、统研磨抛光与⾼速研磨抛光特点⼆、准球⼼法和传统法⽐较三、切削⼯序的要求四、粗磨⼯序的要求五、如何保持粗磨⽫表曲率半径的精度六、修磨⽫的技巧七、影响抛光的因素⼋、抛光剂（研磨粉）的影响九、研磨⽪及选择⼗、传统加⼯要求⼗⼀、计算公式⼗⼆、光圈识别与修整措施⼗三、机床的选择⼗四、机床的调整⼗五、超声清洗原理⼗六、品质异常分析步骤⼗七、⼯艺规程的设计序⾔光学零件的加⼯，分为热加⼯、冷加⼯和特种加⼯，热加⼯⽬前多采⽤于光学零件的坯料备制；冷加⼯是以散粒磨料或固着磨料进⾏锯切、粗磨、精磨、抛光和定⼼磨边。
特种加⼯仅改变抛光表⾯的性能，⽽不改变光学零件的形状和尺⼨，它包括镀膜、刻度、照相和胶合等。
冷加⼯各⼯序的主要任务是：粗磨（切削）⼯序：是使零件具有基本准确的⼏何形状和尺⼨。
精磨（粗磨）⼯序：是使零件加⼯到规定的尺⼨和要求，作好抛光准备。
抛光（精磨）⼯序：是使零件表⾯光亮并达到要求的光学精度。
定⼼⼯序：是相对于光轴加⼯透镜的外圆。
胶合⼯序：是将不同的光学零件胶合在⼀起，使其达到光轴重合或按⼀定⽅向转折。
球⾯光学零件现⾏加⼯技术三⼤基本⼯序为：1、范成法原理的铣磨（切削）2、压⼒转移原理的⾼速粗磨3、压⼒转移原理的⾼速抛光。
范成法原理的铣磨（切削），虽然加⼯效率较⾼，但其影响误差的因素较多，达到较⾼精度和较粗糙度较困难。
压⼒转移原理的准球⼼⾼速粗磨和⾼速抛光，零件受⼒较均匀，加⼯效率也较⾼，但必须预先准确修整磨（模）具的⾯形，才能保证零件的⾯形精度。
准确修整⾯形精度需要操作者的经验和技巧，⽽且需反复修整。
⼀、传统研磨与⾼速研磨特点1.传统研磨传统研磨也叫古典研磨，它是⼀种历史悠久的加⼯⽅法其主要特点是：（1）采⽤普通研磨机床或⼿⼯操作；（2）要求⼈员技术⽔平较⾼；（3）研磨材料多采⽤散砂（研磨砂）抛光沥青（4）抛光剂是⽤氧化铈或氧化铁；（5）压⼒⽤加荷重⽅法实现虽然这种⽅法效率低, 但加⼯精度较⾼所以，⽬前仍被采⽤。
光学零件加工(总(1)
第一章 光学材料
由一个硅原子和四个氧原子构成的硅氧四面体［SiO4］。
熔石英玻璃和石英晶体的结构模型如下
石英晶体
熔石英玻璃
13
第一章 光学材料
化学结构式：
由于在熔石英玻璃结构中，只有Si－0键，且键力平衡，结合 牢固。因此，熔石英玻璃具有较高的软化温度、化学稳定性、 机械强度高以及较低的热膨胀系数等特性。
14
第一章 光学材料
3、二元体系玻璃——Na2OSiO2
化学结构式
15
第一章 光学材料
（二）“晶子”学说 1921年 苏联 列别杰夫
内容： ①玻璃由无数“晶子”组成； ②所谓“晶子”不同于一般的“微晶”，而是带有点阵变形的
有序排列区； ③它们分散在无定形介质区； ④从晶子区到无定形区的过渡是逐步完成的，两者之间并无明
化温度是1580℃±10℃。 3．化学稳定性好，耐碱性差。 4．机械性能高。 （五）光学功能材料
（五）条纹度
按检验条件分 00、0、1、2四类； 按观察方向分A、B、C三级。
27
第一章 光学材料
选取原则：
①对于具有极限分辨率和高像质的干涉仪、天文仪、平行光管以及显微 镜的物镜必须采用C级0类玻璃。 ②对于目镜、聚光镜、毛玻璃用的玻璃可选用条纹第2类的玻璃。
（六）气泡度
首先按所含最大气泡的直径分为
❖ 概述
光学零件加工技术
1
光学零件加工技术
2
光学零件加工技术
3
光学零件加工技术
❖ 光学零件（按形状分）
透镜：
棱镜：
4
光学零件加工技术
平面镜：
❖ 工艺条件
❖ 特殊零件加工
形状特殊、材料特殊
光学零件技术要求
直角或钝角公差 锐角(45°)公差
尖塔差 屋脊角公差
3’-12’ 2’-10’ 2’-10’
2’-10’ 4’-10’ 2’-10’
0.5’-5’ 0.2’-3’
1’-5’
0.5’-6’ 1’-5’ 1’-5’ 1’-5″
光学零件加工的技术要求
八、平板零件平行度公差
平板零件的类型
滤光镜 保护镜
高精度 一般精度
（4）厚度和平行度修磨余量 1mm/面（棱镜、平面镜）
（5）粗磨余量 （6）精磨抛光余量 （7）定中心磨边余量
△c
光学零件加工的技术要求
四、确定加工余量的原则
破坏层n=凹凸层+裂纹层 抛光后，裂纹深度小于λ/4，否则发生反射或者折射现象。
△j
Φ
光学零件加工的技术要求
五、各工序余量的计算
1、锯切余量 锯切余量与锯片的厚度、侧向 振动、锯切深度等因素有关。 一般可按经验公式计算确定：
概念：为了获得所需的一定零件形状、尺寸和表面质量，在加 工过程中，必须从玻璃毛坯上磨去一定的玻璃层。此玻 璃层（或其它材料层），通常称为加工余量。
二、分类
（一）线性尺寸余量 （二）角度余量
三、组成
（1）锯切余量：依据金刚石锯片厚度确定余量。
光学零件加工的技术要求
（2）滚圆余量： 2~4mm
（3）整平余量： 0.5~1mm
280#
0.10mm。
光学零件加工的技术要求
3、研磨、抛光余量
当零件直径（边长）d<10mm，单面余量为0.15~0.20mm；
d>10mm，单面余量为0.20~0.25mm。
4、定心磨边余量
最少0.6mm，最多3.0mm。
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序
言
球面光学零件现行加工技术 三大 基本工序为： • 范成法原理的铣磨（切削） • 压力转移原理的高速粗磨 • 压力转移原理的高速抛光。
序
言
范成法原理的铣磨（切削）， 虽然加工效率较高，但其影响误 差的因素较多，达到较高精度和 较粗糙度较困难。
序
言
压力转移原理的准球心高速粗磨和 高速抛光，零件受力较均匀，加工效率 也较高，但必须预先准确修整磨（模） 具的面形，才能保证零件的面形精度。 准确修整面形精度需要操作者的经验和 技巧，而且需反复修整。
光学零件加工技术
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光学零件加工技术
邬 建 生
目
序 言
录
一、传统研磨抛光与高速研磨抛光特点 二、准球心法和传统法比较 三、切削工序的要求
目
录
四、 粗磨工序的要求 五、如何保持粗磨皿表曲率半径的精度 六、修磨皿的技巧 七、影响抛光的因素 八、抛光剂（研磨粉）的影响
研磨液供给量太小，不利于机 械磨削和散热；研磨液供给量过 大时，则表面温度下降，不利与 化学作用，同时使吻合度变差。
抛光剂（研磨粉）的影响
（3）研磨液的PH值
不同类型的光学玻璃对研磨液 的PH值要求不同的。一般情况下 氧化铁研磨液为中性（PH=7）； 氧化铈研磨液略偏酸（PH=6~6.5） 较为好用。
六、修磨皿的技巧
在修凹的磨皿时，镜片光圈细 （偏负），则应多磨削凹磨皿的中 心部分。若凸凹对修，应将凸在 下，凹在上，摆幅要大，约为凹 磨的1/2。镜片光圈粗（偏正）， 则应多磨削凹的磨皿边缘部分。
修磨皿的技巧
若凸凹对修，应将凹在下，凸在 上，摆幅要大，约为凸磨的1/3。 在修凸的磨皿时，镜片光圈细（偏 负），则应多磨削凹的磨皿边缘部分。 若凸凹对修，应将凸在下，凹在上， 摆幅要大，约为凹磨的1/2。
九、 研磨皮及选择
抛光模：聚氨酯（聚氨基甲酸乙 酯），按使用的原料不同，分为聚 醚型和聚酯型。但当配料和制模工 艺稍有偏差时 ，性能差异则很大。
范成法
准球心法对机床的精度要求较 低,加工方法和传统法相近，易于 实现，用的较广； 范成法对机床精度及调整要求 较高，目前很少采用。
二、准球心法和传统法较
准球心法 抛光模（或镜盘）绕镜盘（或抛光模） 的曲率中心作弧线摆动，而压力方向始 终对准球心，因此镜盘所承受的是恒压， 给均匀抛光创造了条件。
粗磨是用磨皿与镜片面接触的方式 进行。虽然，磨皿表面的曲率半径在开 始使用时是修改得很好的，但是随着镜 片的磨削，磨皿也在不断磨损，逐渐地 就不一定能保证镜片的加工精度。 保持粗磨皿曲率半径不变或少变， 就应采取：
合理选择工治具 凡是位于上面的治具总要比下 面治具的尺寸小，这是因为上面 治具要摆动的关系。 假如上面治具尺寸与下面治具 的尺寸相同，上面治具的边缘磨 削机会太少，上面治具有翘边的 趋势。
添 加 剂
对于氧化铈研磨液，能提高研磨 率和改善光学表面质量的添加剂： 硝酸铈铵[（NH4）2CE(NO3)6]、 硫酸锌[ZNSO4]。
添 加 剂
添加剂的加入量不是任意的，每一 种添加剂对于不同品位的抛光粉， 不同类型的光学玻璃都有其理想的 加入量。
影响表面光洁度的因素
镜片边缘有砂眼一种是因为细磨后光 圈高（正），当中间已抛亮时，边缘尚 有砂眼，另外，当镜片发生“走动”时， 也会引起边缘有砂眼。镜片中间有砂眼 另一种是因为细磨后光圈低得太多，边 缘已抛亮中间尚未抛到，镜片“走动” 也会有可能造成镜片中间有砂眼。镜片 表面有粗砂眼则往往是细磨不充分所造 成。
一、传统研磨与高速研磨特点
也叫古典研磨抛光，它是一种历史悠 久的加工方法 其主要特点是： （1）采用普通研磨机床或手工操作；
（2）要求人员技术水平较高；
传统研磨抛光
（3）研磨材料多采用散砂（研磨砂） 抛光沥青 （4）抛光剂是用氧化铈或氧化铁； （5）压力用加荷重方法实现 虽然这种方法效率低, 但加工精 度较高所以，目前仍被采用。
表面结构对精磨过程的影响
抛光过程基本上可分成两个阶段， 第一阶段去除凹凸层，第二阶段去除裂 纹层。 第一阶段开始时，抛光模和玻璃的凹 凸层顶峰接触，压强很大，而凹谷为抛 光液进入整个表面又提供了良好的条件， 因此抛光十分迅速。随着抛光过程的继 续，接触面积增大，压强减小，抛光液 的附着能力降低，使抛光过程减慢。
表面结构对精磨过程的影响
采用不同的粗磨方法，或者在同一 方法中随磨具的钝化程度、冷却的润 滑状态不同，所得的裂纹层也不同。 实践证明，用钝化了的金刚石磨具加 工的工件，虽然凹凸层较小，但裂纹 层却很深。 因此，不光要考虑凹凸层对抛光 的影响，同时也要把裂纹层的深度作 为粗磨工序的重要指标来考虑。
五、如何保持粗磨皿表面 曲率半径的精度？
高速研磨抛光
一般是指准球心法（或称弧线摆动 法）。 其主要特点是： （1）采用高速、高压和更有效的利用 抛光模，大大提高了抛光效率。 （2) 压力头围绕球心做弧线摆动，工 作压力始终指向球心，也是靠球 模成型的。
范成法
其特点： （1）用环状面接触的球模加工， 按加工轴轮对工件轴所成 的夹角确定工件表面形状； （2）机床的精度和调整对加工 质量起着很大的着用。
抛光剂（研磨粉）的影响
光学研磨中，添加在研磨液中能 够改变研磨工艺性能的物质，称为添 加剂。使玻璃稳定，减少对腐蚀的敏 感，从而进一步改善光学表面质量 的，称为稳定剂。
添 加 剂
对氧化铁研磨液，能提高研磨效 率和改善光学表面质量的添加剂： 硝 酸 锌 [Zn(NO3)2] 、 硫 酸 锌 [ZNSO4]、 氯 化 镍 [NICL3] 、 氯 化 铁 [FECL3]等。
准球心法和传统法较
传统法
是平面摆动，重压块垂直加 压，其压力随摆角而变化，因 而容易造成不均匀抛光。
准球心法和传统法较
加压采用弹簧或气压方式，压 力比较恒定.平稳。而传统研磨抛 光法用重压块加压，体积大，振 动大。
球面研磨对镜盘的考虑
• 镜盘张角不宜过大，以便于光圈稳 定，在多行的镜盘中，张角不宜大 于140°；对于三块镜片一盘，若超 过140°影响也不大。 • 弹性上盘能承受高速研磨中的高速 高压，但镜盘必须装得正。
表面结构对精磨过程的影响
玻璃磨削后留下凹凸层和裂纹层，抛 光工序的效率就取决于这两层的性质。 一般的错误概念是认为抛光时粗磨表面 的凹凸层越小越好，这是忽略了粗磨表 面的微观结构对抛光过程的作用。抛光 模，特别是热固性塑料模，在抛光过程 中易于钝化而失去抛光能力。而凹凸层 有利于减少或消除这种钝化现象。
合理选择工ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ具
假如上面治具尺寸比下面治 具的尺寸小得太多，超过了规 定的数据，上面治具在摆动过 程中，其边缘不露出来，上面 治具的边缘会磨损过甚，上面 治具有塌边的趋势。
合理选择工治具
假如上面治具尺寸比下面治 具的尺寸大，则在摆动时，下 面治具的边缘露出的机会又会 太少，下面治具的边缘磨损过 甚，下面治具有塌边的趋势。
八、抛光剂（研磨粉）的影响
研磨粉对不同类型的光学 材料,或光学材料相同但表面 质量要求不同的光学零件有 着不同的影响。
抛光剂（研磨粉）的影响
研磨粉的不同制法和不同的 工艺处理，以及它的物理性能， 对研磨效率有很大的影响，不 同制法的氧化铁其结晶结构不 同，其研磨能力不同；
抛光剂（研磨粉）的影响
修磨皿的技巧
镜片光圈粗（偏正），则应 多磨削凸磨皿的中心部分。若凸 凹对修，应将凹在下，凸在上， 摆幅要大，约为凸磨的1/3。
10°,右摆40°。
七、影响抛光的因素
抛光的结果好坏受许多因素影响： 工件的粗糙度 空气的温度及相对湿度 空气含尘量 玻璃种类 零件大小
影响抛光的因素
• • • • • • 零件与治具大小比列 抛光剂的性质 工作轴转速 摆动的频率、摆幅及摆幅中心位置 抛光面的温度、压力 抛光剂的输入量及温度
目
九、研磨皮及选择
录
十、传统加工要求 十一、计算公式 十二、光圈识别与修整措施 十三、机床的选择
目
录
十四、机床的调整 十五、超声清洗原理 十六、品质异常分析步骤 十七、工艺规程的设计
序
言
光学零件的加工，分为热加工、 冷加工和特种加工，热加工目前 多采用于光学零件的坯料备制； 冷加工是以散粒磨料或固着磨 料进行锯切、粗磨、精磨、抛光 和定心磨边。
球面研磨对镜盘的考虑
刚性上盘
• 胶球模轴向定位基准要符合，切削、 粗磨厚度控制的基准面以及高速研 磨中准球心所需要的基准面（假如 镜盘装在主轴上） • 承座（定位孔）轴线与球面法线重 合、深度一致；
球面研磨对镜盘的考虑
• 曲率半径与被粘结面曲率半径要合 理 • 承座（定位孔）与胶球模轴向基准 面间的相对尺寸一致，并有消气孔。 • 粘结胶程度足够；粘结面积足够； 粘结温度合适。
四、粗磨工序的要求
获得合理的粗磨表面结构对精磨过是 极其重要的,它直接影响着精磨效率及其 加工质量。粗磨表面的性质可由宏观的 和微观的表面不规则性来表示。 宏观不规则性是由磨削过程中磨具的 偏差引起的,在精磨中通过选择合适的抛 光模材料能大大减少这种宏观不规则性。 微观不规则性是由玻璃磨削的本质决 定的。
表面结构对精磨过程的影响
当抛光面达到裂纹层时，玻璃表面同 抛光模表面全部接触，抛光过程趋于稳定 缓慢，而抛光模开始钝化，抛光继续，钝 化加剧，抛光效率进一步下降。钝化程度 随过程的持续时间而定，而持续时间直接 决定于裂纹层的深度。 这个凹凸层厚度的最佳值主要由抛光 模材料的性质，以及与这个材料配合使用 的抛光剂而定，其他因素还有主轴转速、 压力和抛光液的进入能力等。
三、对切削工序的要求
一是 切削出的球面面形要规则，曲率半 径要达到工艺规定的公差范围； 二是 表面粗糙度要符合粗磨的要求； 三是 要去除一定的余量，保证将毛坯杂 质层去除干净。 如果镜片抛光后合格率降低，检查切削 面的面形精度也许会找出问题的症结。