[物理]北理工珠海学院《光学工艺与测量》第12章课件.ppt

光学工艺与测量 第十二章 平板和棱镜的制造 一、平面制造的特点 1.被加工的平面实际上是半径很大的球面 2.平面加工以成盘加工为主要形式 3.平面加工以传统工艺为主要加工技术 4.高精度光学平面的面形检验十分困难 5.平面加工具有一般的形状位置误差 二、平面制造的精度 通常以平面光学零件的面形精度和角度精度来衡量平面制造的精度。并以此将平面光学零件区分为高精度零件、中精度零件、一般精度零件。 一般：面形精度与零件的有效孔径有关，一定的光圈数N和局部光圈数ΔN，有效孔径越大，面形精度越高。 双面加工技术是指同时对平板类光学零件的两个平面同步进行加工的技术。很显然，这比每个面分别单次加工的效率要高很多。 一、双面加工的原理 早期的双面加工，是在一般的二轴机上，采用上下平模，使用挡圈和分离片对平板的两个面同时进行加工，如图12-1. 加工时，下模1随机床主轴转动，上模5在摆架带动下摆动，同时随下模的转动而转动，其转动没有动力，被加工平板2放在分离片3内，摆动的上模将带动挡圈，从而带动被加工平板在下模平面上平动，同时平板亦可以在分离片圈内随上下模的转动而转动。 这种双面加工，一般加工速度不高。下模比较大，上模比较小，挡圈直径比上模大，比下模小。适当调节上模的摆动量，可以实现平板的上下表面同时精磨或抛光。 研磨或抛光时，人工将磨料或抛光粉间断地添加到下模和平板的表面。 双面平行度低，精度不高。 图中高速双面加工的上模3和下模5直径相同，分别以大小相同、方向相反的角速度绕机床的主轴转动。 在上下模之间，还有带动被加工工件的行星轮，它是被与主轴同心的内齿轮和中心齿轮咬合驱动，绕着上下模的中心作行星运动，既有绕中心的公转，又有绕行星轮自我中心的自转。而被加工零件，则被放入行星轮中，与被加工体形状一致的孔内，因此，被加工工件在上下模之间的直径，是行星运动与自转运动的合成。 精磨或抛光时，先在下模的行星轮中摆放好被加工的平板，随着下模的转动、内齿轮和中心齿轮的转动，带动行星轮运动，工件又由行星轮带动作行星运动，缓慢运动正常之后，上模开始接触，并逆向转动，从而使工件的运动进入合成状态。各项加工参数设定以后，机床的运转完全依靠程序控制。 二、影响质量的主要工艺因素 1.被加工零件任一质点的运动轨迹 力求被加工零件表面任一质点的运动轨迹均匀。见图 2.研磨盘或抛光盘的面形 平板的双面面形主要依靠机床上模和下模面形的传递。精磨盘和抛光盘上应开有纵横的沟槽。 3.行星轮的正确设计 行星轮的设计除机床齿轮的模数、齿数之外，主要把握三个因素：厚度、开孔尺寸、开孔布局。 行星轮的厚度应该比被加工零件的毛坯厚度薄，薄的尺寸要大于零件的加工余量。 行星轮的开孔尺寸要比被加工零件尺寸稍大，但不能太大，否则会被撞击而崩边和崩角。 行星轮的开孔布局在行星轮中应均匀分布。 行星轮的材料，可以选金属、树脂，其平面性和双面的平行性应较好。 4.研磨液、抛光液的配制和使用 它们要根据被加工的零件的材料、表面粗糙度和零件尺寸来选取适当的磨料、添加剂、去离子水等，并一定的比例配制而成。配好的研磨液和抛光液由机床控制自动送给，循环使用。定期过滤，注意流量控制。 5.加工参数的确定 上下模的转速、压力、正常加工时间等这些机床运行的主要参数需要根据被加工零件的材料、加工要求、零件的尺寸（特别是零件的厚度）来确定。 6.被加工零件厚度的一致性 在精磨阶段，这些被加工零件厚度尺寸的一致性往往是双面加工过程中影响加工质量的一个重要因素，所以粗磨提供的坯片，其厚度差应该严格，一般不大于0.02mm。 而且要求上模合上以后，开始有一段时间只能缓缓加压，以便在磨削的过程中，零件的厚度逐步趋于一致。否则，会因为压力的不均衡，造成加工过程中的零件破碎。 一、上盘 1.刚性上盘 它是使用垫板用胶或石蜡将被加工零件刚性地连接成盘的技术。 一般垫板用玻璃或铝合金制造，使用胶作连接剂可以在常温下对被加工零件上盘； 如果使用石蜡做连接剂，则需要在电热板上加热融化石蜡后，对被加工零件进行上盘。 刚性上盘的垫板角度需要根据被加工棱镜的角度及其公差要求精确设计，垫板上下表面的平面度、平行度、棱镜垫槽的平行性、平面性及表面粗糙度都应有较高的要求，才能以垫板为胚具，保证被上盘加工零件的尺寸精度和彼此间的一致性。 2.弹性上盘 它是先将火漆团或火漆条烧热黏在被加工零件的非加工面上，一并以贴置平板为基准平面，将被加工零件的加工面在基准平面上排列整齐；再将垫板加热，放置在粘有火漆的被加工零件上，水冷却后，实现垫板和被加工零件的连接。 这种上盘技术因为垫板和被加工零件之间有一层略有弹性的火漆作为缓冲而得名。 由于这种上盘技术借助了贴置平板的平面为基准平面，连接完成后，从贴置平板上取下垫板和粘在上面的成盘零件。 这盘零件的被加工平面