球面样板的加工工艺(7)

2019-08-26 18:18

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元。这个价格对用户来说是一个不小的经济负担,推广普及应用有一定难度。因此,目前各国正在积极研究开发低成本的金刚石车削机床。下面介绍几种目前正在推广应用的金刚石车削机床.

(1) 莫尔M-18非球面加工机

莫尔M-18非球面加工机是一种3轴计算机数控超精密加工系统,可以使用单点金刚石刀具车削,也可以使用磨轮磨削,既能加工各种高精度平面、球面和非球面光学零件,又能加工模具表面和其它表面。金刚石车削和磨轮磨削相结合,扩大了机床的加工能力。例如加工精密模具,在一台这样的金刚石车床就能将其加工完成。首先使用磨轮在模具基体上加工出公差一致的面形,然后镀制无电镍,最后使用单点金刚石刀具,车削无电镍表面,完成模具的精加工。该加工机床采用了Allen-Bradley 7320 型、8200型或通用电器公司2000型计算机数控系统,车床的位置控制采用了Newlett-Packard 5501A型激光传感器系统。莫尔M-18机床的主要技术性能指标如下:

X轴行程410mm ;Z轴行程230mm ;空气轴承主轴中心到工作台面的距离为292mm ,到旋转工作台面的距离为178mm ;X轴和Z轴在全部行程上的直线性为0.5mm ;X轴和Z 轴在全部行程上的垂直度为1μrad ;X轴Z轴在全部行程上的偏向角为0.5μrad s ;X轴Z轴全部行程上的定位精度1.5mm ;X轴和Z轴每25.4mm行程的定位精度为0.5mm ;B轴旋转360°时的角度偏差为±3μrad s ;X轴和Z轴的读数精度为5mm ;B轴的读数精度为1.3μrad s ;主轴的轴向误差为0.05mm ,径向误差为0.2mrad ;机床的体积(高′长′宽)为 1778′2032′1800mm 。

(2) 普奈莫MSG-325型金刚石车床

普奈莫MSG-325型金刚石车床是计算机数控型双轴金刚石车床。机床采用一个重6t的花岗岩底座,花岗岩底座装在压缩空气垫上用于隔离振动,使振动减小到2Hz。X和Z溜板都安装在花岗岩底座上,两个溜板相互垂直安装,在整个行程上的垂直精度在0.76mm以内。X溜板上装有一个可以互换的刀架,Z溜板上装有一个空气轴承主轴。两个溜板的运动的精确位置用一个激光传感器系统测定,精度为0.025mm。

该机床可以加工红外和可见光波段应用的各种球面和非球面透镜、菲涅耳透镜、反射镜、偏轴圆锥截面镜、多面体反射镜以及精密录像镜头等光学零件。在

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光学零件加工过程中,可采用激光干涉仪对加工件进行面形非接触测量。机床的主要技术性能指标如下:

机床的主轴采用空气轴承,在1000转/min时,在前端测量,其径向和轴向跳动均为0.1mm ;驱动马达为1/3HP 100~2400转/min直流伺伏服马达;采用空气轴承的X溜板的名义尺寸为609′762mm ,最大行程为304mm ,最大移动速度20cm/min ,水平方向运动误差0.5mm ,垂直方向运动误差1.27mm ,精密丝杠驱动马达1HP 0~2500转/min ;Z溜板最大行程为203mm ,其它性能指标均与X溜板的相同 ;加工工件的直径,正常机床结构的为356mm ,大孔径机床结构的为560mm ;加工工件的最大加工深度204mm ;工件直径为150mm时,加工工件的面形精度可达l/2 。

(3) ULG-100A(H)型超精密非球面金刚石车床

该机床是日本东芝机械公司90年代产品,从1992年6月开始,每月生产2台,每台机床售价5000万日元。机床主轴采用高刚性超精密空气静轴承,机床数控装置具有反馈功能。它可加工各种光学零件和非球面透镜模压成型用金属模具。加工精度可达0.01mm。模压成型金属模具利用金刚石刀具和磨轮进行车削和研磨加工,能达到镜面质量。机床的主要技术性能指标如下:

机床的X轴(研磨轮轴)最大行程为150mm ;Z轴(工件轴)最大行程为100mm ;研磨轮轴最高转速为40000转/min ;研磨轮马达 1kW/40000转/min ;工件轴转速20~1500转/min ;工件轴马达0.25kW/3000转/min ;研磨轮主轴轴向和径向跳动0.05 mm ;工件主轴轴向和径向跳动0.05mm ;X轴移动直线性0.1mm/150mm ;Z轴移动直线性0.1mm/100mm 。

3. 光学玻璃透镜模压成型技术

光学玻璃透镜模压成型技术是一种高精度光学元件加工技术,它是把软化的玻璃放入高精度的模具中,在加温加压和无氧的条件下,一次性直接模压成型出达到使用要求的光学零件。这项技术自80年代中期开发成功至今已有十几年的历史了,现在已成为国际上最先进的光学零件制造技术方法之一,在许多国家已进入生产实用阶段。这项技术的普及推广应用是光学行业在光学玻璃零件加工方面的重大革命。由于此项技术能够直接压制成型精密的非球面光学零件,从此便开创了光学仪器可以广泛采用非球面玻璃光学零件的时代。因此,也给光电仪器的

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光学系统设计带来了新的变化和发展,不仅使光学仪器缩小了体积、减少了重量、节省了材料、减少了光学零件镀膜和工件装配的工作量、降低了成本,而且还改善了光学仪器的性能,提高了光学成像的质量。

光学玻璃模压成型法制造光学零件有如下优点:(1)不需要传统的粗磨、精磨、抛光、磨边定中心等工序,就能使零件达到较高的尺寸精度、面形精度和表面粗糙度;(2)能够节省大量的生产设备、工装辅料、厂房面积和熟练的技术工人,使一个小型车间就可具备很高的生产力;(3)可很容易经济地实现精密非球面光学零件的批量生产;(4)只要精确地控制模压成型过程中的温度和压力等工艺参数,就能保证模压成型光学零件的尺寸精度和重复精度;(5)可以模压小型非球面透镜阵列;(6)光学零件和安装基准件可以制成一个整体。

目前批量生产的模压成型非球面光学零件的直径为2~50mm,直径公差为±0.01mm;厚度为0.4~25mm,厚度公差为±0.01mm;曲率半径可达5mm;面形精度为1.5λ,表面粗糙度符合美国军标为80-50;折射率可控制到±5×10-4mm,折射均匀性可以控制到<5×10-6mm;双折射小于0.01λ/cm。

现在,世界上已掌握这项先进玻璃光学零件制造技术的著名公司和厂家有美国的柯达、康宁公司,日本的大原、保谷、欧林巴斯、松下公司,德国的蔡司公司和荷兰的菲利浦公司等。

玻璃光学零件模压成型技术是一项综合技术,需要设计专用的模压机床,采用高质量的模具和选用合理的工艺参数。成型的方法,玻璃的种类和毛坯,模具材料与模具制作,都是玻璃模压成型中的关键技术。

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结 论

近年来,球面光学零件的需求量越来越大,因此,对球面样板的设计、制造技术提出了更迫切要求。然而,真正掌握此技术的人并不多,实用的有参考价值的文献更是寥寥无几。本文在总结亲身实践经验的基础上,较为详细系统地阐述了球面标准样板的设计方法、球面标准样板的制造工艺和检测方法,并且对样板的精度检测方法做了初步分析。

本论文的完成参考了许多的光学零件加工类手册,吸取了许多人的设计和制造经验。通过这次毕业设计,使我对光学球面标准样板的设计、加工、检测技术有了更加深刻的体验和了解。

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致 谢

两个月的时间一晃而过,在我设计过程中得到了华显立老师的精心指导,在我的毕业设计选题、调研、开题以及撰写过程中始终严格要求,同时及时地给我指导和批评指正,他学识渊博,治学严谨,思维敏捷,使我受益匪浅。在此要向尊敬的老师致以最崇敬的感谢。白老师总是在百忙之中抽出时间来为我解答设计过程中的疑问,很多次,很晚了,从白老师的办公室问完问题出来,总是看见他还继续留在那里伏案工作,这样一位辛勤的老师,我将无法从记忆中抹去。记得在审方案阶段,白老师总是不厌其烦地给我细心讲解,以消除我还存在的盲点。在这里,我要一并感谢结构教研室的其他老师,那些在无意间帮助过我的老师,谢谢你们。

这次设计是我第一次进行全面和系统的设计,不免会有疏漏和不足之处,可能存在计算不够准确,图纸质量不高等问题,还有许多细节未做到及时处理,请老师指正,以帮助我不断提高,不断进步。我相信通过这次全面系统的设计以及在这个过程中各位老师的不断点拨,在今后的工作中我一定会做到更好。“不积跬步无以至千里”,这次毕业论文能够最终顺利完成,归功于各位老师三年间认真负责,使我能够很好的掌握专业知识,并在毕业论文中得以体现。也正是你们长期不懈的支持和帮助才使得我的毕业论文最终顺利完成。

最后,我向光电工程系的全体老师们再次表示衷心感谢:谢谢你们,谢谢你们三年的辛勤栽培!

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