光学零件制造工艺
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。
光学零件制造工艺学
光学零件制造工艺学光学零件制造工艺学是研究光学元件制造的一门学科，主要涉及到光学元件的设计、加工、装配和检测等方面。
光学零件制造工艺学的发展与应用对于光学仪器的性能和质量有着重要的影响。
光学零件制造工艺学的首要任务是制定合理的工艺流程。
工艺流程是指按照一定的工艺规范和要求，将光学元件从原材料到最终成品的制造过程中的各个环节有机地衔接起来的一种组织形式。
一个合理的工艺流程可以保证光学元件的制造过程高效、稳定和可控，从而提高产品的质量和性能。
在工艺流程中，光学元件的设计是至关重要的一环。
光学元件的设计需要考虑到光学性能、机械性能和工艺性能等方面的要求。
光学性能包括透过率、反射率、折射率等，机械性能包括强度、刚度、稳定性等，工艺性能包括加工难度、装配难度等。
光学元件的设计需要通过光学软件进行模拟和优化，以确保设计的合理性和可行性。
光学零件的加工是制造工艺学的核心内容之一。
光学元件的加工需要使用高精度的加工设备和工艺技术。
常见的光学元件加工方法包括切割、研磨、抛光、镀膜等。
切割是将大块光学材料切割成所需形状和尺寸的小块，研磨是通过磨料对光学元件表面进行加工，抛光是在研磨的基础上进一步提高光学元件的表面质量，镀膜是在光学元件表面镀上一层具有特定光学性能的薄膜。
这些加工方法需要经验丰富的技术人员进行操作，并且需要严格的工艺控制和质量检测。
光学零件的装配是制造工艺学的另一个重要方面。
光学元件的装配需要将不同的光学元件按照设计要求进行组合，形成一个完整的光学系统。
装配过程中需要注意光学元件的定位、对准和固定，以保证光学系统的性能和稳定性。
装配过程中还需要进行调试和校准，以确保光学系统的性能达到设计要求。
光学零件制造工艺学的最后一个环节是检测和测试。
光学元件的检测和测试是为了验证制造过程的可行性和产品的质量。
常见的检测和测试方法包括光学显微镜观察、干涉检测、光谱分析等。
这些方法可以用来检测光学元件的表面形貌、光学性能和机械性能等。
第四章光学零件加工技术
第四章粗磨——第一节研磨的本质
图4—3固着磨料研磨 铣磨时，磨具的主要运动是旋转，磨具和工件的相对运 动产生的切削F可分解成水平Fk和垂直Fn两个部分。如同玻璃 刀划割玻璃，垂直分力Fn使磨料颗粒进入玻璃深处，形成交 错裂纹，裂纹角大约为1550，它的大小不随玻璃牌号变化。
第四章粗磨——第一节研磨的本质
第四章粗磨——第二节铣削加工原理
四.金刚石磨具铣槽或圆弧
为了便于装配固定，如棱镜、平面镜等，或减轻重量等 原因，常需在零件上铣槽或磨圆弧等。现用金刚石磨具代 替手工。
第四章粗磨——第二节铣削加工原理
图4—6铣圆弧
图4—5铣圆弧
图4—7铣槽
第四章粗磨——第三节磨料和磨具
§4—3磨料和磨具 一.磨料：是研磨零件和制造磨具用的材料，是具有一 定硬度和韧性的粉状或粒状物质。是主要辅料之一。磨料 的研磨性能与硬度、韧性和粒度有关。
第四章粗磨——第二节铣削加工原理
二.斜截圆成型球面的证明
图4—5斜截圆的坐标
下面用数学方法来证明斜截圆绕工件轴的回转面为球面。 如图；有二个直角坐标系（XYZ，X’Y’Z’）均以O为坐标原点。 OX’、OZ’分别与OX，OZ夹角为α，OY与OY’重合。其中OZ代表工 件轴线，OZ’代表磨轮轴线。坐标原点O是工件轴与磨轮轴交点， 夹角为α。O’为为斜截圆中心，A为磨轮端面顶点与工件中心接 触处，则OA=R（O为零件曲率半径中心），O’A=ρ（斜截圆半 径），在X’Y’Z’坐标系中，斜截圆方程为
第四章粗磨——第二节铣削加工原理
①金刚石磨轮刃口通过工件顶点； ②磨轮轴与工件轴相交于O点； ③磨轮轴与工件轴夹角为α； ④磨轮轴高速旋转，工件轴低速转动。 这种运动轨迹的包络面就形成球面。 它们的运动原理遵循正弦公式，球面的曲率半径R与夹角 α有关，由图得正弦公式：即
第18章光学零件基本加工工艺规程设计 文档
? 锯切余量；
? 整平余量； ? 表面粗磨余量；
? 表面精磨、抛光余量； ? 定心磨边余量。
? ? 1.2(M n ? M n?1)
Δc
tc
Δj1
tj1
t j2
A
A
图18-1 加工余量的确定
三、各工序余量的计算
? 1.锯切余量与公差
2.研磨、抛光余量与公差
一般可以采用的数据：零件直径小于10mm时，单面余量取0.150.20mm，零件直径大于10mm时，单面余量取0.20-0.25mm。
第二节 加工余量
? 一、基本概念 ? 为了获得所需的零件形状、尺寸 和表面质量，必须从玻璃毛坯上 磨去一定量的光学材料层，此光 学材料层通常称为加工余量。
? 加工余量的种类： ? 线性尺寸余量 ? 角度余量 ? 工序余量 ? 总加工余量
? 根据光学零件加工工序的特点，一般零 件的全部加工余量是由下列余量组合而 成的。
? 确定粗磨余量 ? 确定粗磨完工尺寸 ? 设计粗磨工装 ? 选择粗磨辅助材料 ? 编制粗磨工艺规程
? （六）确定毛坯尺寸并绘制毛坯图
? （七）编制工艺规程，填写工艺卡片
? 设计工艺规程时，要充分发挥现有的生产技 术手段，同时应适当的采用最新的工艺技术。
? 工艺规程一旦确定下来，生产人员必须严格 遵守。当然工艺规程也不是一成不变的，随 着科学技术的发展，到一定时期，工艺规程 必须修改，否则就会阻碍生产的发展。
3.磨外圆与定心磨边余量与公差
焦距小于300mm，偏心差要求不高时： 易偏心零件：
光学零件毛坯的成型
粗退火是为了防止急剧降温造成应力局部集中 而引起的炸裂，以保证毛坯形状的完好性。 精密退火是保证毛坯符合零件所要求的光学性 质的主要工序，它可以消除毛坯压型过程中产 生的内应力和光学不均匀性，以及微量调整毛 坯的光学常数。
升温阶段主要是准确地控制温度。 保温，在退火温度上持续保温是决定毛坯应力消除程度的 重要阶段。 降温分为两个阶段。 第一阶段，在退火温度以下的一个温度范围内，是冷 却过程中产生应力集中的阶段。这个阶段决定了毛坯 的折射率、光学均匀性和内应力消除程度等质量指标。 因此，在第一阶段的降温速度要严格控制，缓慢进行。 第二阶段在第一阶段降温范围以下，在这个温度范围 继续降温，则对毛坯应力影响不大，降温速度可以适 当加快。第二阶段一般采用断电的方式，让电炉自然 降温，降温和出炉温度可按照毛坯尺寸选择。
对块料加热至软化，以便压型。压模也 要加热到相应的温度。
4、防粘处理
在待压型的光学零件表面涂防粘粉或喷洒防 粘液，以防零件压型后与零件粘连。
4. 压型
块料软化后，即可送入压模内压制成型，根 据零件大小压2-3s后，即可退模。
5. 退火
粗退火 防止刚脱模的压型毛坯因急冷而炸裂。 分为草木灰和电炉退火两种。 精密退火 为消除玻璃在成ห้องสมุดไป่ตู้过程中产生内应力和 光学常数的不均匀性而进行的退火处理， 是保证毛坯质量的重要工序。
460
440 400
420±15
410±15 370±15
840±5
830±5 810±5
400~~460
390~~450 360~~420
4.模具的设计、制造、安装
1--上模头；2--模套；3--毛坯；4--下模头；5--固定槽 图7-5压模结构
光学塑料零件制造工艺设计
光学塑料零件制造工艺设计光学塑料零件制造工艺设计是指根据零件的要求和设计要求，选择合适的材料、工艺和设备，进行零件的制造过程设计。
下面是光学塑料零件制造工艺设计的详细步骤：1. 材料选择：根据零件的要求，选择透明度高、光学性能好的光学塑料材料，如聚碳酸酯（PC）、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）等。
2. 设计分析：对零件的设计进行分析，了解零件的功能、形状、尺寸等要求，确定制造工艺的基本要求。
3. 模具设计：根据零件的形状和尺寸，设计合适的模具，包括注塑模具和压模具等。
模具设计要考虑到零件的表面光洁度和精度要求。
4. 注塑工艺设计：根据零件的形状和尺寸，确定合适的注塑工艺参数，包括注塑温度、注塑压力、注塑速度等。
注塑工艺设计要考虑到材料的熔融温度和流动性，保证零件的质量。
5. 模具加工：根据模具设计，进行模具的加工制造，包括精密加工、电火花加工等，保证模具的精度和质量。
6. 注塑成型：将光学塑料材料加热熔融后，通过注射机将熔融材料注入模具中，冷却固化后取出成型的零件。
注塑成型过程要控制好注塑工艺参数，保证零件的尺寸和表面质量。
7. 表面处理：根据零件的要求，进行表面处理，包括去毛刺、打磨、抛光等，提高零件的光洁度和透明度。
8. 检验与调整：对成型的零件进行检验，包括尺寸、光学性能等方面的检验，如有需要，进行调整和修正，保证零件的质量和性能。
9. 包装与出货：对合格的零件进行包装，保护零件的表面光洁度和质量，然后进行出货。
以上是光学塑料零件制造工艺设计的详细步骤，通过合理的设计和控制，可以生产出满足光学要求的高质量光学塑料零件。
光学零件加工流程综述(完整版)
概述
光学零件加工技术
光学零件加工技术
光学零件加工技术
光学零件（按形状分）
透镜：
棱镜：
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
第一章 光学材料
一、光学材料的种类
光学玻璃：
光学晶体：
KDP类型晶体
第一章 光学材料
光学塑料：
光学玻璃: ①是光学设计最常用的光学材料； ②为满足光学设计对多种光学常数、高度均匀性、高度透明性 及化学稳定性的要求，应具有复杂的组成和严格的熔炼过程。
第一章 光学材料
（一）光学玻璃与普通玻璃的区别: ①折射率： 普通玻璃的组成：SiO2+Na2O+CaO 光学玻璃的组成：成分复杂
现代光学玻璃所含元素几乎遍及化学元素周期表，每一 种光学玻璃都要由硅、磷、硼、铅、钾、钠、钡、钙、砷、 铝等多种氧化物组成。
②高度透明： ③高度均匀性：各点各处的光学常数和其它一些物理化学性质
以毛坯光程差最大方向之最大部分测的为准。
第一章 光学材料
选取原则：
①干涉仪和天文仪，只能使用双折射为第1类的玻璃。
②对于高精度的望远镜、准直镜和复制显微镜的物镜以及反射镜，玻璃 的应力双折射应该是第2～3类。 ③照相物镜使用双折射第3～4类玻璃。 ④聚光镜、普通仪器的目镜、放大镜采用双折射第4～5类玻璃。
（四）石英玻璃
1．优良的光谱特性，在0.2～4.7μm光谱范围内。
2．耐高温、热膨胀系数小，它的熔化温度在1713℃以上，软 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
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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。