光学零件加工技术实验讲义实验一 光学零件毛坯的成型 一、 实验目的：
1、了解古典法加工块料毛坯粗磨成型的工艺过程；
2、熟悉所用设备、材辅料等相关知识。
二、 实验设备及用品
切割机、粗磨机、滚圆机、K9玻璃、金刚砂
三、 实验步骤
1、 取块料玻璃，在切割机上按30x30x20mm切割；
2、 在平面粗磨机上，分别用100#，240#金刚砂磨平第一面；
3、 将磨平的一面用胶粘在平的垫板上，排列均匀；
4、 在粗磨机上，手持垫板，用100#，240#金刚砂整盘研磨第二面，要不断更换垫板位置，使之研磨均匀。同时要用卡尺测量，保证厚度和平行度；
5、 将两面磨平的平行玻璃板粘成条，宽：长=1：8～1：10；
6、 在滚圆机上，将玻璃条滚圆成棒，；
7、 将玻璃棒在电热板上加热，使粘胶熔化并逐一拆开玻璃板；
8、 用酒精等有机溶剂清洗玻璃；
9、 用粗磨盘开球面，手持比例移动，更换位置，开出具有一定曲率半径的球面零件；
10、检验，用铁样板或试擦贴度的方法。
四、 讨论
1、在粗磨平面时，为什么第一面磨平单块加工，而第二面磨平可成盘加工？
2、检验时，铁样板或试擦贴度为何从边缘接触密切？
实验二金刚石磨轮铣磨球面
一、实验目的
1、验证光学零件铣磨原理；
2、了解粗磨铣磨工艺过程；
3、熟悉铣磨机工作原理和调整方法；
4、要求铣磨如图1所示的透镜。
图1铣磨完工零件图
二、实验设备与用具
透镜铣磨机QM08A、金刚石磨轮（=20mm，r=2mm，粒度，浓度100%）、千分尺、扳手、透镜毛胚 （，d15mm）、擦镜盘等。
三、铣磨原理
球面零件的铣磨原理如图2、图3所示。磨轮轴轴线与工作轴轴线相交于0点，两轴线的交角为α，筒形磨轮1绕自身轴线作高速旋转，工件2绕工件轴转动。磨轮断面在工件表面上某一瞬间的切削轨迹为一圆，被加工表面的形状实际上是某一加工周期内许多个斜截圆的包络面。 图3-2凸球面铣磨原理 图3-3凹球面铣磨原理
按图2与图3，有以下关系式：
（1）
式中 α——磨轮轴与工作轴夹角；——磨轮中径；R——工件被加工面的曲率半径；
r——磨轮端面圆弧半径（凸面取“+”号，凹面取“-”号）
上式也可以写成
（2）
当磨轮选定后，与r均为，调节不同的α角，既可加不同曲率半径的球面零件。
四、实验步骤与内容
（1）操作程序（参考图4）
石材磨光机>电子智能印章打开电源总开关，真空泵同时开始动作。
左手将工件轴进退轴手柄3向右扳动。右手同时把毛胚及密封垫圈嵌入真空夹头，并轻轻转
动毛坯看其是否吸牢，然后将手柄3一直扳倒右边极限位置并推入定位凹槽。盖上防油雾罩9。
按动按钮20，磨头轴运转。
按动按钮19，工件轴运转。加工完毕后，工件轴自动停转，同时冷却液停止供给。
按动按钮17，磨头轴停转。
打开防油雾罩，扳动手柄3将工件取下。
检查所磨的曲率半径是否符合要求（一般要求铣磨零件的表面要和擦贴盘有1/2~1/3的擦贴度），并根据加查结果修正各参数。
检查被加工面是否有凸台，若有凸台则可以观察磨削纹弧线的方向来确定磨头箱平移b值的修正方向。
被加工面的曲率半径R主要与磨头偏转角α有关，加工凸面时若曲率半径偏大则需增大α角。反之则减小α角。
试磨工件的中心厚度，这只与工件轴箱体的纵向位置有关，根据试件实际厚度与所要求的厚度的差值来微量调整工件轴箱的位置。所调值可以从箱体前的百分表上读出。
反复试磨和修正，使铣磨的R值达到要求为止。
实验完毕，关掉总电源。
图3-4铣磨机外形图
（2）操作注意事项
1）试磨前必须在工件和磨轮的距离大于凸轮升程的情况下空转几个过程，观察各部位运转是否正常。内部冷却液的喷射必须充分，真空吸附必须牢固；
2）装卸磨轮时严禁敲打，为了便于装卸，装磨轮前必须把磨轮孔擦净并涂少许黄油；
3）无极变速的变速手柄必须在运转的情况下进行调整。
五、实验报告
实验报告中除了要求阐述本实验的实验目的，实验原理外，重点讨论实验结果。
在实验结果中要求：
1. 记录实验中所用的机床型号，磨轮参数，夹具尺寸，冷却液种类，喷射方式，喷射量，磨头轴偏转角α，工件边缘线速度，工序周期等；
2. 画出完工零件图；
3. 总结消除工件凸台和调整磨轮轴偏转角α之间的关系。
六、思考题
1. 粗磨铣磨中，如果磨削后的零件与擦贴盘成中心接触和边缘接触但是腰部不接触。其面型是什么？并解释出现这种现象的原因，是由于机床的哪部分调整不当造成的？应如何调整？假如把擦贴度调得再紧一些，则只有边缘接触而中心不接触，此时是否还是原面型？
2. QM08A球面铣磨机能否用于磨外圆？磨外圆时机床应如何调整？
延时电路
3. 在铣磨过程中，如果零件装夹不紧，磨出来的表面会出现什么情况？
4. 在铣磨零件时，如果最后没有光刀过程将磨出怎样的表面？
5. 若用调整b值消除外凸包后，零件的曲率半径R比调整前是变大还是变小？此时α应作如何调整？分别用凸零件和凹零件说明之。若要消除内凸包，应如何调整？
实验三非球面加工实验
一、实验目的：
1、了解非球面数控加工设备；
2、掌握非球面加工的工艺流程；
3、了解非球面加工中夹具的设计。
二、实验设备：ASM100（铣磨） 和拉线护套
ASP200（抛光） 三、实验原理及工艺流程：
3.1加工理念
非球面加工理念主要针对两方面优化：
1、避免高频面形误差的产生。高频面形误差很难消除，只能通过后续的 修正抛光，也无法完全消除；而且高频面形误差会大大降低表面的光学质量。 2、缩短加工时间，降低非球面的使用成本。
整个加工过程由三步构成：
（1）铣磨表面，为后续的大口径抛光留有足够的余量
（2）用大口径抛光工具抛光。柔性抛光工具由花岗石主体，其表面是与非球面或者非球面的最佳拟和曲率半径相反的表面，一定厚度的柔软的泡沫塑料垫，其被胶到花岗石主体上，并支撑着抛光膜
（3）最后采用接触式测量表面，反馈测试结果并用小工具头修正面形
大口径抛光一方面大大减少了加工时间，但是其也会产生一定的低频的剩余误差，其剩余误差的PV值在1-2.5 m，取决于加工的表面面形。如果要进一步提高精度，可才后续的修正抛光来补偿该剩余误差。
3.2加工工艺流程
1、 零件粗磨成型：使用AspheroTool (UPP)软件，计算非球面的最佳拟合球面，以最佳拟合球面的曲率半径加工零件毛坯。非球面加工余量>=0.14mm。
2、 零件上盘：如果零件为单件加工，上盘定位中心偏差<0.05mm，使用专用接头配合与零件同尺寸套环。
3、 粗磨：粗磨最小磨削量0.05mm，可进行2次，砂轮转速6000rpm，进刀量0.2mm/rev，工件转速60rpm。（效率计算：100/0.2/60*2=17min/pc）///3mm/min////508:0.15
4、 精磨：精磨最小磨削量0.02mm，可进行2～4次，砂轮转速7000rpm，进刀量0.1mm/rev，工件转速60rpm。（效率计算：100/0.1/60*4=67min/pc） ///8000rpm，2mm/min////508: 0.08
5、 预抛光：上轴（工具轴）转速150～180rpm，下轴（工件轴）略为低一些。时间设定30分钟左右。///350/300rpm, 18o，约15min
6、 补偿细磨：将预抛光曲线反馈至铣磨机，进行补偿粗磨和细磨，设定同上。粗磨细磨各进行两次。（效率计算：100/0.2/60*2+100/0.1/60*2=50min/pc）
7、 粗抛：设定同预抛光。
8、 修抛：将粗抛曲线反馈至抛光机，进行修抛。参数设定另附。操作时间1～20分钟不等。但是基本参数与加工时间与预抛光必须相同
加工的非球面制造流程就如下图所示。
首先使用非球面铣磨设备铣磨出非球面表面。圆形砂轮安装在上面的轴上高速自转，工件安装在下面的轴上自转，同时缓慢进给，通过计算机控制该轴进给的轨迹，砂轮在工件表面铣磨出非球面轮廓来。
然后将铣磨好的工件连同工件底座一起安装到抛光工件轴上，弹性抛光模对非球面抛光。抛光后用Taylor Hobson轮廓仪测量面形误差。使用我们设计软件读入该误差曲线，计算出
与之相反的补偿路径。将该工件再次安装到铣磨设备上按补偿路径重新铣磨。此时铣磨出的非球面具有一定的面形误差，面形误差曲线与上面抛光后的面形误差曲线正好相反。
接着将精磨好的非球面再次安装到抛光设备上抛光，所有抛光参数的设置均与前次抛光的参数完全相同。由于现在的面形误差与上次抛光后的面形误差互补，故抛光后误差得到一定的补偿。但是面形的改变同样会影响抛光结果，所以抛光后的曲面只是比较接近设计的曲面面形，但仍留有一定量的残余误差。
为了去除弹性模抛光后的残余误差，进一步提高面形精度，需使用小抛光工具对残余误差进行修正抛光。由于此时表面己经很光滑，要求去除的量也不大，所以抛光过程中磨盘磨损可忽略，其对抛光精度影响不大，而且还可大大缩短抛光时间，也不会出现单用小工具抛光产生的严重的高频面形误差。具体做法是将抛光好的表面经轮廓仪检测，设计程序对检测的误差曲线进行处理，根据小抛光工具的数学模型计算出用小磨头修抛时工具运动的路径以及速度，即各处的驻留时间，从而达到控制残余误差的目的。抛光时只需要更换抛光工具就可以了。
实验四 样板检验
一、实验目的
用光学样板检验光圈是光学零件制造中检验面形偏差的一种使用最广泛、最简便的精密检测方法，需要熟练地掌握。通过实验应该达到以下目的：
1、掌握识别高低光圈的方法（如样板四周加压法、一侧加压法、序判断法等）及光圈的度量。
跟刀架杯芳烃2、学会识别常见的几种局部光圈（如中心局部高、中心局部低、塌边、翘边等）及象散偏差。
3、了解影响光圈的工艺因素，并掌握修改光圈的方法。
二、实验设备与工具、量具
型四轴透镜研磨机、球面工作样板、镜盘、抛光模、氧化铈抛光液、酒精乙醚混合液、脱脂纱布、酒精灯、刮刀、活动扳手、台灯
三、实验方法
光学零件的面形偏差是指被检光学表面相对于参考光学表面（光学样板）的偏差。它包括有三项内容：
1、半径偏差，它所对应的光圈数以表示；
2、象散偏差，此偏差所对应的光圈数用表示；
3、局部偏差，它所对应的光圈数以表示。
在光学零件抛光过程中，它的面形偏差一般是通过光学样板（基于光波等厚干涉原理）来检验的，根据对所观察到的干涉条纹（通称光圈）的数目、形状、变化和颜来确定面形偏差的性质与大小。对光圈的识别、度量与修改，其具体方法简述如下：
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