光学零件加工技术课程设计工艺规程编制模板

工艺规程的作用：

①工艺规程是光学零件加工的主要技术文件，是组织生产不可缺少的技术依据。

②合理的工艺规程是保证加工质量、提高生产效率、反映生产过程和工艺水平的综合技术资料。

③要想编制出合理的工艺规程，必须掌握光学零件的制造特点，考虑现有生产条件，并尽可能采用新工艺。

光学零件加工技术是在不断发展的，对不同生产方式、不同生产规模、不同加工对象来说，工艺规程是有较大区别的，例如：古典法、高速加工法。

§15－1 编制工艺规程的一般原则

光学零件常规加工工艺规程编制的一般原则如下： 一、对光学零件图进行工艺审查

在编制工艺规程时：

① 要熟悉产品图纸的技术条件， ② 熟悉其他原始资料， ③ 进行综合技术分析，

④审查零件图的设计合理性、结构工艺性及经济性。 二、确定加工路线及加工方法

① 根据生产纲领（大量生产还是小量生产）确定生产类型（小量、成批、大量？），

② 按照生产类型及零件的材料、形状、精度、尺寸要求决定毛坯类型， ③根据生产类型与毛坯类型确定加工路线和加工方法。

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三、设计必要的专用样板，或选择通用样板。

主要是标准样板和工作样板。 四、确定加工余量及毛坯尺寸

根据生产类型、加工方法、毛坯类型确定各工序的加工余量。应先从最后一道工序开始确定加工余量，例如，透镜的加工余量应先从定心磨边开始给定直径尺寸，棱镜和平面镜应先从抛光开始给定厚度尺寸，然后再考虑各工序中的相应余量。最后给出总余量和毛坯尺寸。

五、设计及选用工夹具、机床、测量仪器

在确定加工路线和加工余量后，按各工序的要求，设计必要的工、夹具，如透镜的精磨、抛光工、夹具设计，包括粘结膜、贴置模、精磨模、抛光模等的设计。并根据生产条件选用机床和测量仪器。 六、选用必需的光学辅料。

光学零件生产中所使用的光学辅料主要有清洗材料、粘结材料、磨料、抛光剂、抛光模层材料、保护材料等，应根据生产需要进行认真地选择。 七、填写光学零件工艺卡片

将光学零件工艺规程编制的结果写入工艺卡片，作为技术文件，直接用于管理和指导生产。

§15－2 透镜工艺规程编制的步骤

透镜工艺规程编制的步骤如下： 一、设计球面标准样板

1、 参照第十章表10-1确定标准样板的外形和尺寸。 2、 若系弧形样板则按如下步骤设计、计算：

（1） 根据标准样板的外径大小，选择球径仪的测环口径。测环口径应比标准

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样板直径小5~10㎜为宜。

（2） 根据球径仪测环的形式，确定球面矢高计算公式，计算矢高（一般应给

出凹凸面的矢高和）。

（3） 按图纸规定的标准样板精度等级⊿R，取其1/2～1/5⊿R来计算矢高的制

造公差.

（4） 设计标准样板制造用的各种球模和夹具。 二、设计球面工作样板

1、 按磨边前的零件直径确定工作样板的直径和其他尺寸。工

作样板的直径一般大于零件直径1~3mm。工作样板的其他尺寸见§10-1。 2、 设计工作样板制造用的各种球模和夹具。 三、确定透镜定中心磨边的工艺过程

1、 根据零件中心偏差的要求，确定是否需要定中心磨边。 2、 根据零件直径、中心偏差要求的大小和设备情况确定定中

心磨边方法。

3、 确定定中心磨边的余量，一般可按下列情况考虑。

（1） 焦距ƒˊ< 300㎜的透镜，磨边余量按第八章表8-2选取。但当中心厚度

与边缘厚度相差较小时，磨边余量要按边厚差计算公式来计算，见§8-4。

（2）

焦距ƒˊ≥300㎜的透镜，磨边余量一般按可能控制的边厚差计算，见§8-4。

（3） 偏心透镜的磨边余量，取上述磨边余量与偏心量之和。 （4） 确定厚透镜磨边余量时，要考虑厚度方向的偏斜。 4、选择定中心磨边用的工具及辅助材料

（1） 设计或选择定中心磨边用的接头和辅助工具。

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（2） 选择磨论、磨边胶、冷却液、清洗剂等。 5、编制透镜定中心磨边工艺的规程 四、确定透镜的精磨、抛光工艺过程 1、加工顺序

（1） 应加工曲率半径大的一面，若是修厚度尺寸或修边厚差的零件，应先加工

曲率半径小的一面。

（2） 应先加工表面疵病要求低的表面。 （3） 对凹凸球面透镜，应先加工凹面。 2、设计镜盘

镜盘的设计，见第十一章。 3、设计模具

（1） 按镜盘尺寸确定粘结模、精磨模、抛光模的主要尺寸，详见第十一章。 （2） 根据零件的精度要求，设计手修模。

（3） 确定各种球模的结构、尺寸与材料，详见第十一章。 4、确定透镜精磨、抛光余量

透镜精磨及抛光的余量，按下述情况确定：

（1） 透镜厚度公差大于±0.1㎜时，其单面余量为0.06~0.1。

（2） 透镜厚度公差小于±0.1㎜时，其余量还应加上修磨余量。修磨余量一般为

0.01~0.05。

（3） 特硬或特软材料，厚度余量应相应减少或增加。

（4） 如果要求按胶合厚度配合尺寸时，则控制单件厚度公差为胶合厚度公差之

半，或者两单件厚度公差之和为胶合厚度公差。

5、选择透镜精磨、抛光用的设备及辅助材料

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根据工艺要求，选择磨料、抛光粉、粘结材料、抛光模层材料、保护材料以及清洗材料等。

6、编制透镜精磨及抛光的工艺规程。 五、确定透镜粗磨工艺过程 1、加工顺序的安排

在一般情况下，粗磨加工应按如下顺序安排： （1） 应先加工曲率半径较大的一面。 （2） 凹凸透镜应先加工凹面。

（3） 球面铣磨后，如达不到粗磨完工表面质量要求时，还应考虑手修加工。 （4） 如是需钻孔的透镜，一般应将钻孔安排在磨球面之前。 （5） 铣槽应根据零件的结构要求酌情安排。

2、确定粗磨余量

（1） 根据毛坯种类（型料或块料）和尺寸的不同，应给与不同的余量，见表

15-1。

表15-1 粗磨余量

直径（边长） 毛坯表面种类 单面余量 零件种类 < 65 底 面 上表面 > 65~120 底面 上表面 > 120~200 底面 上表面 透 镜 平面镜 棱 镜 块料 型料 块料 型料 块料 型料 1．0 1．0 1．0 1．2 1．0 1．2 1．0 0．8 1．0 0．8 1．0 0．8 1．2 1．2 1．5 1．8 1．5 1．8 1．2 1．0 1．5 1．2 1．5 1．2 1．5 2．0 1．8 2．5 1．8 2．5 1．5 1．2 1．8 1．5 1．8 1．5 （2）铣磨达不到粗磨完工的表面质量要求时，应考虑留手修余量，见表21－2。

表15－2 手修余量

铣磨后的粗糙度 达180#砂眼 达240#砂眼 5

单面手修余量（㎜） 0． 30 0． 20 达280#砂眼 0．10 （3）需要划切的零件应留有划切的余量。划切余量见表21－3。

表15－3 划切余量 单位: ㎜ 毛坯直径 余量 玻璃厚度 < 10 10～30 30～50 50～100 < 3 3～5 5～10 10～20 0.5～1 0.3～0.8 0.5~1.0 0.8~1.5 0.3~0.8 0.5~1.0 0.8~1.2 0.8~1.2 1.0~1.5 1.0~2.0 （4）磨凸起部分时,一般不考虑留余量。

（5）用散粒磨料和用固着磨料磨具加工时，应给于不同的加工余量。 （6）选择磨料的粒度号。

（7）需钻孔的零件，孔的断面应有修裂纹的余量。 （8）特硬或特软材料的加工余量，应适当减少或增大。 3、确定透镜粗磨完工尺寸

（1）根据抛光完工应达到的球面曲率半径和粗磨球面曲率半径的修正量，确定粗磨完工的球面曲率半径。

（2）粗磨完工的零件直径等于定中心磨边前的直径，其公差一般在0.1~0.3㎜左右。若不需要定心磨边，粗磨完工直径即为零件完工直径。

（3）粗磨完工的厚度尺寸，为零件完工的厚度尺寸的上限加上两面精磨、抛光余量，其公差酌情而定。

（4）具有凹面的零件应计算出凹面的矢高，给出总厚度尺寸。 （5）倒角尺寸按零件设计及工艺要求给定。 4、设计粗磨工装

（1）如采用铣磨加工方法，则由透镜口径大小选择磨轮中径和粒度，计算出磨头中心线与主轴中心线间的夹角。

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（2）如果用散粒磨料粗磨，设计单块加工用粗磨模，并设计必要的夹具和选用量具等。

5、选择磨料、冷却液、粘结材料、清洗材料。 6、编制透镜粗磨工艺规程。 六、透镜毛坯加工 1、确定毛坯尺寸

（1）按生产量尽可能选用热压成型料或棒料。 （2）块料毛坯尺寸尽可能为零件直径的整数倍。

（3）线尺寸为零件完工尺寸加上各道工序的加工余量，允差为自由公差。 （4）型料毛坯尺寸，由粗磨完工的球面曲率半径、直径和修正量来计算确定。 （5）按热压成型料的外形尺寸，计算出毛坯的重量。 （6）绘制毛坯图。 2、绘制毛坯图应注意的问题

一般应在毛坯外形尺寸下面，用括号注明完工尺寸，以便参考。

§15－3 透镜工艺规程编制举例

现以一双胶合物镜中的凹凸透镜的生产工艺规程编制为例说明之。凹凸透镜的生产图纸见图15－4和图15－5。 一、工艺分析

由图15－4和图15－5可以看出：

⑴ 双胶合物镜两外表面的光圈要求较高，用甲醇胶胶合后表面会变形，需要手修。

⑵ 双胶合物镜完工后，要求检查像质，此要求较难达到，在胶合、镀膜等工序中应考虑采取必要的工艺措施。

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⑶ 双胶合物镜加工工序应先胶合而后镀膜。 ⑷ 凹凸透镜的光圈要求较高，应考虑表面修整方法。 二、编制工艺规程 （一）设计标准样板

⑴ 标准样板的外形尺寸。根据该零件的曲率半径，按第十章的表10-1确定之，见表15-4。

表21－4 标准样板尺寸 单位： ㎜ 零件曲率半径R 390.8 1694.3 样板直径D 凸面 130 130 凹面 130 130 30 25 样板总高H 凸面 凹面 30 25 ⑵ 标准样板矢高的计算。此标准样板，采用带钢珠测环的球径仪测量矢高。由第十章的（10-1）式得矢高计算公式：

hRR2r02 （15－1） 其中

r0r2Rr2r22 （15－2）

式中，h--理论矢高，R--样板曲率半径，r--钢珠球心所在圆平面的半径，r0--理论测环半径，---钢珠半径。

根据零件球面曲率半径和标准样板直径，选择最大测环，其r和ρ值为：

r1=59.957 ρ1=5.142

将r和ρ值代入（15－1）和（15－2）式，计算后得两球面的双矢高如下：

2 h R390.8 = 9.2552 2 h R1694.3 = 2.12242

然后用下式验算曲率半径：

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r02h （15－3） R2h2演算结果：

R1=390.793

R2=1694.292

此值均在产品图上球面公差⊿R和N的要求范围以内。

⑶ 矢高制造公差。由下式求得： hKRh （15－4） hR式中，K取2/5～1/5，计算后（绝对值）得：

⊿h R 390.8 = 0.001 ⊿h R 1694.3 =0.0005

因此，最后得总矢高及公差：

2h R 390.8 = 9.2552±0.002 2h R 1694.3 =2.12242±0.001

⑷加工标准样板用的模具。此类模具的设计与一般球面模具相同，其工作表面尺寸可参考表15-5。

表15－5 加工标准样板用球模尺寸 单位：㎜ 曲率半径 R 390.8 1694.3 球 磨 面 形 凸 凹 凸 凹 粗磨球模 半径 389.62 391.98 1675.49 1713.11 直径 200 200 200 200 半径 387 395 1690 1699 抛光球模 直径 160 140 160 160 （二）设计工作样板

⑴ 工作样板尺寸。 根据该零件定中心磨边前的直径和曲率半径，确定工作样板尺寸，见表15-6。

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表15－6 工作样板尺寸 单位：㎜ 曲率半径 ＋390.8 －1694.3 球模类型 球模尺寸 曲率半径 粗磨球模 工作样板直径 61 62 精磨球模 工作样板总高 30 30 抛光球模 表15－7 工作样板球模尺寸 单位： ㎜ 半径 口径 半径 口径 半径 口径 ＋390.8 －1694.3 －396.5 ＋1694.3 90 110 －390.8 1694.3 65 80 －395 ＋1690 80-85 80-85 ⑵设计工作样板制造用的模具。与一般球模设计相同，工作样板制造用球模的工作表面尺寸见表15-7所示。 （三）编制定中心磨边工艺规程

⑴ 给定磨边余量。此凹凸透镜焦距较长，磨边余量必须由计算透镜边厚差值确定，边厚差由下式计算：

tDDDR1R2d （15－5）

2R2R1h1计算时，逐渐增大磨边余量⊿D值，计算出合理的边厚差。应以既使磨边余量不易太大，又使精磨抛光加工不困难为原则。现取磨边余量为6㎜，则得边厚差Δ

t为：

Δt = 0.35mm

⑵设计定中心磨边接头。定中心磨边接头直径比零件完工直径小0.15～0.3㎜。 ⑶设计倒角球模。倒角球模曲率半径由下式计算： RdmD2DR=37mm （15－6）

（四）编制透镜精磨、抛光工艺规程

⑴ 由定中心磨边余量计算出的边厚差值，可断定透镜精磨、抛光加工中是否

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要进行修改边厚差。

⑵ 从产品图上看到，透镜面形精度要求较高，应设计单块手修模。 ⑶ 进行镜盘设计。根据第十一章讲到的镜盘设计方法进行镜盘设计. ⑷ 根据镜盘尺寸确定该透镜加工用的粘结模、精磨模、抛光模、手修模之工作表面尺寸。计算结果见表15-8。

⑸ 给定精磨抛光余量（一般取0.15㎜）。

表15－8 透镜球模尺寸 单位： ㎜ 球模类型 球模半径 曲率半径 粘结模 精磨球模 抛光球模 手修球模 半径 口径 半径 口径 半径 口径 半径 口径 －390.8 ＋1694.3 －406 ＋1679 280 280 ＋390.8 －1694.3 280 280 ＋387 －1699 280 280 ＋387 －1699 80 80 （五）编制粗磨工艺规程

⑴ 确定粗磨模曲率半径Rc

Rc=Rp±⊿R （15－7）

Rp为抛光完工后的曲率半径，⊿R一般取0.3～0.8㎜

R390.8的粗磨球模半径为Rc385、直径为Dc180。 R1694.3的粗磨球模半径为Rc1705、直径为Dc180。

⑵ 计算开球面前的玻璃平板厚度 用下式计算玻璃平板厚度尺寸B：

Bdchc （15－8）

式中，dc—透镜粗磨后的中心厚度；hc—粗磨后凹面矢高；Rc—粗磨后曲率半径；Dc—定中心磨边前透镜直径。 将本例的具体数据代入得： hc = 1.14㎜

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B = 10.45＋1.14 = 11.59㎜

给定实际制造尺寸及公差 B = 11.6－0.1

⑶ 倒角球模的曲率半径为R42,球模的结构按通用磨具结构设计。 ⑷ 参照粗磨余量规定，取毛坯厚度为14㎜。 ⑸ 绘制毛坯图。 （六）填写工艺卡片。

将工艺规程填入工艺卡片，并在各工序的工艺卡片主页上给出必要的工艺图。见表15－9～表15－1

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