高精密平面光学零件加工工艺

1、河南工业职业技术学院河南工业职业技术学院 HenanHenan PolytechnicPolytechnic InstituteInstitute 毕毕 业业 设设 计计题目 高精度平面光学零件加工工艺 系别 光电工程系 专业 精密机械技术 班级 姓名 学号 指导教师 日期 河南工业职业技术学院毕业设计I毕业设计任务书设计题目：设计题目：高精密平面光学零件加工工艺设计要求：设计要求：1.熟悉高精度平面光学零件加工的工艺，达到图纸的设计要求。设计任务：设计任务：1画出高精度平面光学零件加工原理图；2. 根据图纸要求选用合适的加工方法；3写出详细毕业设计说明书（10000 字以上） ，要求字迹工整

2、，原理叙述正确，会计算主要元器件的一些参数，并选择元器件。设计进度要求：设计进度要求：第一、二周：收集选题资料；在图书馆查看书籍，在实践中听取师傅的教导，在网上查找各类相关资料尽量使资料完整、精确。第三、四周：熟悉相关技术，将收集到的资料仔细整理分类，及时与导师进行沟通。将设计的雏形确立起来第五、六周：根据毕业设计格式确定、撰写毕业设计；第七、八周：准备答辩指导教师（签名）：指导教师（签名）： 河南工业职业技术学院毕业设计II摘要光学平面零件是指由光学平面作为工作面的光学零件。它包括平晶、平行平板、平面反射镜、光楔、滤光片及棱镜等。由两个互相平行的光学平面构成的光学零件系统称为平行平板。通常以

3、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、中精度零件和一般精度零件。平面面形精度为 No5o1， No1 以上；角度精度为 20 5以上的零件，称为高精度平面光学零件。属于这类的光学零件有平面平行零件、平面样板、棱镜、多面体等。高精度平面的抛光除需要很好地解决加工中的装夹变形、热变形、应力变形、重力变形等问题外，还应采用先进的加工技术和精密的测试手段。这篇设计主要介绍，高精度平面零件的加工过程，指出加工过程中存在的问题，总结经验以及所得到的体会。关键词： 平面零件、加工要求、抛光、精度河南工业职业技术学院毕业设计III目 录毕业设计任务书 .I

4、摘要 .III目 录 .IV1 绪 论 .11.1 范成法形成平面 .11.2 轮廓复印法或母板复制法 .11.3 小工具修磨法 .12 铣磨成型光学平面元件 .23. 光学平面的磨削、研磨 .44 光学平面的高速精磨 .54.1 平面高速精磨机 .54.1.1 PJN 一 320 平面高速精磨传动系统（如图 4.1） .54.1.2 N 一 320 平面高速精磨机气路系统.64.1.3 PJN 一 320 平面高速精磨机电路系统.64.1.4 PJN 一 320 平面高速精磨机技术参数.64.2 平面精磨用镜盘特点 .64.3 高速精磨用平面金刚石磨具 .74.4 工艺因素对平面高速精磨的影

5、响 .84.4.1 加工时间对表面粗糙度的影响 .84.4.2 主轴转速对表面粗糙度的影响 .94.4.3 压强对表面粗糙度的影响 .94.4.4 冷却温度对表面粗糙度的影响 .95. 高精密平面光学零件的抛光 .115.1 光胶法 8.115.2 分离器法.135.3 环式连续抛光法 4 9.145.3.1 高速环型抛光法.145.3.2 低速环型抛光法.165.3.2.1 低速环抛法的原理.165.3.2.2 低速环型抛光法的工艺参数及工艺装备.175.3.2.3 K17 的作用 .19河南工业职业技术学院毕业设计IV5.3.2.4 制胶与制模工艺.195.4 碳氟塑科抛光模 10.216

6、 高精度平面光学零件的检验 .236.1 平面面形偏差的无参考面干涉法测量.236.1.1 三平面互检法.236.1.2 四平面互检法.236.2 激光平面干涉仪测量.246.3 棱镜干涉仪测量.266.4 数字波面干涉仪检验.287 结 论 .32致 谢 .33参考文献 .34河南工业职业技术学院毕业设计11 1 绪绪 论论平面面形精度为 No5o1， No1 以上；角度精度为 20 5以上的零件，称为高精度平面光学零件。属于这类的光学零件有平面平行零件、平面样板、棱镜、多面体等。高精度平面的加工除需要很好地解决加工中的装夹变形、热变形、应力变形、重力变形等问题外，还应采用先进的加工技术和精

7、密的测试手段。为了达到高精度与高效率,采用技术方法很多,有铣磨、精磨、研磨、抛光、分离器抛光、环抛、水中抛光、单点金刚石飞切(SPDFC)、计算机机控制小工具抛修(CCP) 、离子抛光等等。从机理上考察,可以归纳为三类基本方法1.11.1 范成法形成平面范成法形成平面特点是依靠机床的精确运动形成平面包络面,对机床精度要求高.如用筒状金刚石磨轮铣磨平面,按正弦公式当 =0 时,R=范成了片面(生产上为了排屑排冷却液方便, 有一个小量,表面微凹)。单点金刚石飞切也是依靠高速旋转的轴与飞刀作直线运动的工作台垂直而范成了平面.工具与工件的加工接触为线接触。1.21.2 轮廓复印法或母板复制法轮廓复印法

8、或母板复制法这种复制法与光栅复制法不一样,在复制过程有磨削研磨、抛光过程。采用精磨模、抛光模(固着磨料抛光模与柏油抛光磨)加工的均属于这一类.工具与工件的接触为面接触。1.31.3 小工具修磨法小工具修磨法计算机控制抛光(CCP)离子束抛光与手修属于这一类,逐点抛修,边检边修,精度可以很高，对局部修正非常方便.工具与工件的接触为点接触。河南工业职业技术学院毕业设计22 2 铣磨成型光学平面元件 我国 QM30、PM500、XM260 研磨机直到 NVG-750THD 型双轴超精密平面磨床等大型平面铣磨机利用范成法原理高效铣磨出平面,而且可以采用适当的金属夹具,将角度修磨变为平行平面的铣磨.机床

9、磨轮轴与工件的平行度、轴向经向跳动影响棱镜的角度精度.铣磨成型是光学平面元件毛胚加工的主要技术方法之一。河南工业职业技术学院毕业设计33. 光学平面的磨削、研磨重点在于加工出高精度光学表面面型(N、N),磨削、研磨与抛光的运动形式很多,但其特点是一样的,光学平面精度的获得不主要依靠机床的精度,而主要依靠母板的精度的传递,应该重点研究与把握三个机理。 1、轮廓复制法2、母板的产生、保持与修复3、三块平面的对磨与修正平面精磨模要用金属平磨来修磨,金属平模就是母板,低速环抛机的校正板是母板,高速环抛机的聚氨酯抛光盘修正好后也成了母板.母板最原始最基本获得的办法是三块平模的对磨与相互修正.研磨(精磨)

10、与抛光过程就是母板的精度的保持、破坏与修复过程.精磨模、聚氨酯抛光模与固体磨料抛光模接近刚体,比较好满足抛光方程要求,所以母板面型保持的时间长,适合高效加工要求。柏油抛光模塑性大,不满足抛光方程要求,柏油模在抛光过程一直处于破坏与修复过程,是古典抛光的特点,效率低,精度高,并且表面粗糙度好。河南工业职业技术学院毕业设计44 光学平面的高速精磨4.14.1 平面高速精磨机平面高速精磨机PJN 一 320 平面高速精磨机用于精磨平面镜盘。4.1.14.1.1 PJNPJN 一一 320320 平面高速精磨传动系统（如图平面高速精磨传动系统（如图 4.14.1）图 4 .1 PJN 一 320 平面

11、高速精磨传动系统图1电机 2、3三角带轮 4手轮 5变速箱 6、7三角带轮 8主轴 9电机 10、11 三角带塔伦 12减速器 13手轮 14偏心盘 15连杆 16摆轴 17、18丝杆螺母 19手轮 20、21齿轮齿条 22气缸23压力球头。河南工业职业技术学院毕业设计5(1) 主轴传动 主轴电机 1 经一对三角带轮 2、3 至六级变速箱 5，从而使变速箱的输出轴得到六级转速，A 变速箱三角皮带轮 6、主轴三角带轮 7 使主轴 8 得到六级转速。变速箱的变速通过两个手柄调节来实现。(2)摆轴传动 由电机 9，经一对三角带塔轮 10、11，传动蜗轮蜗杆减速器 l 2，出减速器输出轴上的偏心盘 1

12、4 经连杆 l 5 传动摆轴 l 6，使压力头以 20 或作左、右摆动压力头与主轴磨盘的距离高低由内丝杆螺母 1718 手动调1min30节压头力前后位置可由手轮 19 齿轮齿条 20、21 调整。 4.1.24.1.2 N N 一一 320320 平面高速精磨机气路系统平面高速精磨机气路系统PJN 一 320 平面高速精磨机由气缸实现加压，同样地采用初比同样地采用初压、高压好和低压三个阶段，所以气路系统的原理图与球面高速精磨机的气路图十分相似。4.1.34.1.3 PJNPJN 一一 320320 平面高速精磨机电路系统平面高速精磨机电路系统工件轴的转动、摆轴的摆动、初压、高压、低压等各程序

13、均由电路系统控制，从原理上讲与球面高速精磨机的电路系统原理图没有什么原则区别。4.1.44.1.4 PJNPJN 一一 320320 平面高速精磨机技术参数平面高速精磨机技术参数 4.24.2 平面精磨用镜盘特点平面精磨用镜盘特点1、平高速精磨采用刚性上盘时，以粘结而为基准，从粗磨开始上盘，要注意工件的厚度公差，也即与铣磨机的轴向基准配合合理。同时，菊花纹、凸包、非球面度要远小于精磨的加工余量。2、假如平而高速精机的压力头是不能转动的死顶针，则顶针与胶平模间的连接处，要有一个要有一个径向推轴承，用以减少顶针与胶平模的摩擦，使运动平稳。表 4-1 PJM-320 平面高速精磨机技术参数河南工业职

14、业技术学院毕业设计63、顶针的着力点应尽量接近被加工表面。4 胶平筋应该带有筋，保证镜盘刚度。4.34.3 高速精磨用平面金刚石磨具高速精磨用平面金刚石磨具平面金刚石磨具的基体一般随平面高速精磨机同时购入，所以，不用自行设计。平面精磨模与主轴的联接一般分两种情况，一种为法兰盘联接，刚性好些，但磨盘基体与法兰盘的接触面必须刮研得好，否则精密盘夹紧后，共加工面可能会有变形；另一种为锥度定位，螺纹联接。平面精磨盘的设计主要是精磨片在磨盘上的分布。平面精磨盘上精磨片的分布原则是使精磨片均匀磨损，保持各精磨片在磨损过程中磨损量相等，既能保证平面精磨盘使用过程中光圈稳定。令平面精磨盘上精磨片按同心圆排列，

15、并精磨盘安装在主轴上作主运动。则当精磨盘转动一圈时，第 行的精磨片在接触范围内单位面积i的平均磨损量为则ihiijiTVNAh 式中是 行精磨片在接触范围内的平均压强，如公式(772)所示；可，iNi是 行精磨片的平均相对线速度；为 行精磨片在精磨盘转一圈中在接触范围内iViiVi的磨削时间。当上盘在加工中不摆并随动的话，在接触范围内的相对线速度是各点相等的。若令任意点 的相对线速度，则iVi21eeVi式中、分别表示下盘、上盘的角速度，e 为上下盘间的偏心距。11河南工业职业技术学院毕业设计7实际iN上为两随mcN不同相对半径处的如mcN图 4.2 所示，r 为相对偏心距，从图 4.2 可以

16、看到，随着 r 加大，边缘部分的越来越大，磨盘中心部PmcR21N分的值 越来越小，甚至为 负值。假如采用大的 r 值，上盘加工时不摆，这时，平面精磨盘的中心部位应该不分布精度片。12iiT 式中是 上精磨片被上盘所覆盖的中心角的一半；为磨盘的角速度。1 ii1iiiNeAh2若各行精密片的面都相同，则精磨盘光圈不变。由于 2eA 对于同一精磨盘加工来ih说是常数，所以，精磨片的分布，应保持各行的面值相等。iiN4.44.4 工艺因素对平面高速精磨的影响工艺因素对平面高速精磨的影响平面高速精磨的特点是磨去量不容易提高，在目前各种平面精磨机技术参数的变化范围内，磨去量的变化并不太大下面主要叙述工

17、艺因素对玻璃表面粗糙度的影响。4.4.14.4.1 加工时间对表面粗糙度的影响加工时间对表面粗糙度的影响镜盘初始表面用 320金刚砂研磨，然后在 PJM320 平面高速精磨机上，以初图 4.2 的关系曲线iPRVmc1河南工业职业技术学院毕业设计8压延时压延时、低压延时分别为 6s、18s、3s 为一个加工单位时间，加工后测一次表面粗糙度，以四个不同的精磨盘分别做实验，所得结果如图 4.3 所示4.4.24.4.2 主轴转速对表面粗糙度的影响主轴转速对表面粗糙度的影响用两个不同精磨片的精磨盘 14 号和 22 号在 520 m/s 边缘线速度范围内加工，玻璃表面的粗糙度 R a 随主轴转速的提

18、高而下降，如图 4.4 所示，这是由于主轴转速起高，每一颗金刚石在玻璃表面所定的轨迹超密，而磨去量并不增加多少所造成的。4.4.34.4.3 压强对表面粗糙度的影响压强对表面粗糙度的影响用两个不同的精磨盘 22 号和 33 号，在的压强范围内，玻璃pa51041表面粗糙度 Ra 但随压强的增加而下降，如图 4.5 所示， 4.4.44.4.4 冷却温度对表面粗糙度的影响冷却温度对表面粗糙度的影响如图 4.6 所示，玻璃表面粗糙度受冷却液温度的影响，在 2526范围内，温图 4.3 加工时间对表面粗糙度的影响曲线图 4.4 主轴转速对表面粗糙度的影响BaK7; 320; pa4105215;24

19、s72s12s 1min222F68;25;20 I/min河南工业职业技术学院毕业设计9度升高，R a 值略有下降。 在 PJM320 平面高速精磨机上的摆次只有两种，即和，这两1min221min32种摆次对精磨磨去量和 Ra 值的影响均较小。浓度在 2一 5范围内的 F68 冷却液对平面精密磨去量和 Ra 值的影响也较小。图 4.6 冷却液温度对表面粗糙度的影响BaK7; 320; 44；pa4105215；，24s72smin360r1min2212s；2F68；20 I/min图 4.5 压强对表面粗糙度的影响BaK7; 320; ；，24s72smin360r1min2212s ；

20、2F68;25;20 I/min河南工业职业技术学院毕业设计105.5. 高精密平面光学零件的抛光5.15.1 光胶法光胶法 8 光胶法是利用光学表面间分子吸力来装夹工件。 平面零件的光胶是将已经抛光一面的工件 1 胶到平面光胶垫板 2 上，如图 5.1所示。由于依靠分子吸力装夹，并且接舱面问没有胶层和光胶垫板的两表面严格平行，因此，工件的装夹变形小，可以加工出平面度好，两表面严格平行的平面零件。 工件光胶面的光圈必须很好，光圈不好，不仅光胶不单，而且两面的光圈要相互影响。即光胶面为低(高)光圈，则下盘后，加工面的光圈变高(低)。光胶垫板可用 K9 或 BaK7 玻璃制作，其精度由被加工件的精

21、度决定。通常光波面的平面度 No2o5， N=o1，表面疵病等级 BIIIII，不平行度其直径与厚度之比以不使光5 胶垫板产生变形为难。特别薄的平面零件，在加工第一面时应增大毛坯的厚度，第一面抛光合格后，将其光胶到光胶垫板上，先磨去增厚的尺寸，再精磨到所要求的尺寸，最后抛光到平面度和平行度符合要求。棱镜的光胶是将棱镜的抛光表面与夹具结合在一起或两个棱镜的抛光表面结合在一起，使夹具的工作角度与棱镜的被加工角度组成 180角，把角度加工转换为平面加工，如图 5.2 所示。棱镜上与夹具光胶的面是定位基准。因此，棱镜的角度精度由夹具的精度保证，只要夹具的工作角度十分精确和光胶的平面度符合要求，则与其成

22、补角的棱镜被加工角度也能加很精确。一般情况下，角度精度可达 2 5，平面度 No1。图 5.1 平面光胶示意图1平面零件 2 一光胶垫板 3 一粘结胶 4粘结平板。河南工业职业技术学院毕业设计11 加工直角用的光胶夹具是立方体和长方体。利用长方体和光胶垫板可进行成盘加工，从而提高加工效率。立方体和长方体可用 K9 或 BaK7 玻璃制成，其精度由被加工件的精度决定。通常，它们上、下两表面不平行度应不大子 2，用光胶棱镜的工作面与上、下两表面间的夹角为 902，下表面和工作面的面形精度为 No5o1， N=o1，表面疵病等级 BIIIII。对于屋脊角不符合要求的，可将屋脊角成对光胶，或是手修或是

23、利用分离器加工。光胶时屋脊角的偏差必须符号相同、数值相近，如图 5.3 所示。 。对于其他高精度的角度同样可以利用夹具工作角度与棱镜被加工角度互补的原理进行光胶加工。例如，棱镜 45角的光胶加工，可用 45光胶体，如图 5.4 所示。其上两个光胶面应与底面(测量基础)成 452，上、下两表面不平行度不大于2。 图 5.2 棱镜的光胶加工法（a）立方体加工； (b)长方体加工。 1立方体 2 一长方体 3 一棱镜；4 一光胶垫板 5 一光胶操作时用垫扳。图 5.3 屋脊角的光胶法加工图 5.4 棱镜 45角 N 光胶法加工河南工业职业技术学院毕业设计125.25.2 分离器法分离器法分离器是一块

24、只有若干个圆孔(少数为方孔)的工作面，平面度很好的玻璃平板，它主要用于平面零件、平面平行零件的抛光，也可用于棱镜的抛光。分离器的直径视平面工件的大小而定，一般为由，厚度约为直mm360280 径的 1/10分离器根据工件的大小、形状制成多孔或单孔、圆孔或方孔。多孔式分离器孔的总面积(包括散热孔)应为分离器面积的 I/41/3，单孔式分离器孔的面积应为分离器面积的 1/4。孔在分离器上分布不应中心对称，并不得位于中心处。孔的直径要比工件直径大 1015。分离器的材料应是内应力小、膨胀系数小的玻璃。分离器加工可以获得高精度平面的原因；() 大直径分离器的良好平面度保证了抛光模的平面度，而且小直径工

25、件处于分离器中最容易抛光好的部位，所以工件能够获很高的平面度。(二)工件除随分离器转动和摆动外，本身还作自由运动，工件加工面上各点均做轨迹复杂的运动，各点的磨耗趋于相等。(三)加工中工件的受力点低，减少了颠覆力矩的作用，较好地克服了塌边。另外，可以根据需要增减外加荷重，有效地修正光圈及角度偏差。(四)比成盘加工消除了装夹变形，比手工抛光消除了手的温度影响，有利于提高加工精度。分离器加工时，如图 5.5 抛光模 4 随主轴旋转，分离器 5 由上架机构带动而驱使位于孔中的工件 6 进行抛光。为使分离器在抛光模上运动更加平稳，易于控制光圈，图 5.5 为采用“蟹钳式”摆动架带动分离器工作。河南工业职

26、业技术学院毕业设计13 平面零件一般用普通抛光法抛光到 l2 道光圈后，便可放入分离器内进行精抛光。抛光模直径比分离器大 2030，抛光柏油应较硬、柏油层应较薄，以减少抛光模的变形。为防止过大的吸附力，便于抛光剂在模上均匀流动和储存，并使抛光模的中央和边缘部位的温度在抛光过程中尽可能一致，和有利于保持正确的面形，在抛光模上划有 10102020mm 的方格网槽，同时方格位置不应与抛光模转动中心对称，以免运动轨迹周期性重复而引起零件表面的局部偏差。机床主铀转速为115r/min，偏心轮转速为 1.520r/min，摆幅不宜过大。 分离器法加工的优点是：加工精度高，而且稳定，减轻了劳动强度，提高了

27、加工效率。但由于分离器比工件大得多，尤其当工件尺寸很大时，分离器的尺寸相应地增大得很多，所以大分离器的制造十分困难。5.35.3 环式连续抛光法环式连续抛光法 4 95.3.15.3.1 高速环型抛光法高速环型抛光法HPM60、80、100 及 JP650 型环型抛光机的抛光盘直径为 600、800、1000 及600mm. 工件可以为平面,也可以为棱镜组合光胶镜盘或金属夹具组合棱镜镜盘.由图 5.5“蟹钳式”分离器法加工1 一支架 2 一橡胶滚轮 3 一调节螺钉；4 一抛光模；5 一分离器 6平面零件。河南工业职业技术学院毕业设计14于 HPM 机型采用变频调速,软启动,软停止,运动平稳,低

28、噪音使用更为方便。这类机床的工作原理也是母板复制法,要求底盘具有高的平面性,工作盘有时常修正环或分离器,主轴转速高 15-85rpm，通常用聚酸脂抛光片加抛光悬浮液抛光.显然修好聚酸脂光盘的平面性是一个关键，可以用平面金属模来修正也可以用金属修正环来修正，这种方法是中等精度的高效加工方法.5.3.25.3.2 低速环型抛光法低速环型抛光法高精度的平面(如平晶或薄型平面)适合用低速环型抛光法。这种方法也是母板复制法,由于工作母板(柏油抛光盘)具有可塑性,是边抛光边修正的,校正板起保持与修正作用,而速度、压力也起保持与修正作用。5.3.2.15.3.2.1 低速环抛法的原理低速环抛法的原理根据 P

29、reston 抛光方程.对工件平面上任意一点 M (图 5.6) 的抛光量 hyx,为yx, dtyxVyxPAyxhT,0式中,PM点的瞬时压强yx, VM点的瞬时速度yx,yx, T加工时间 A与加工过程有关的工艺系数 V作如下分析:yx,河南工业职业技术学院毕业设计15 , , 21),(vvyxv11iRV irV 2其瞬时速度中心在时, , , ,0M0,1yxV11VeRV022120eR当 12时，当 R ，产生平动，速度趋于均匀。 0当推动平面的着力点接近接触面时，压力也趋于均匀，从而获得了均匀抛光（磨损）的条件。热变形是精密加工时要关注的问题，由于抛光热使平行平面工件产生厚度

30、方向的温度线性分布，用t 表示，设工件外经为 D，厚度为 d，工件材料的热膨胀系数为 ，则平面变成球面性变形，求面的矢高为 h，则 dtaDh82如工件材料采用微晶玻璃或石英玻璃，则热变形很小。5.3.2.25.3.2.2 低速环型抛光法的工艺参数及工艺装备低速环型抛光法的工艺参数及工艺装备以浙江大学 1984 年机械部签定通过的 RP-1000 环型抛光机（图 5.7a） ，南京利生光学机械责任有限公司 HPM150 型环型机是低速环抛机（图 5.7 b）为例讨论参数。图 5.7b HPM150 型环型抛光机环型抛光模：抛光模环带宽度通常为抛光模直径的 0.330.38,抛光模底盘用铝合金制

31、成，在抛光机上通过端面车削后即可制作柏油模，模层厚度 1010mm 之间，抛光胶中通常加入 K17 塑料粉，以增加韧性与稳定性，抛光模应加制不通过中心的方格槽，抛光模通过车削或其他方法进行修整。如果采用玻璃或花岗岩作衬底，则模层厚度可以大大减薄。校正板：可以用熔融石英、微晶玻璃，K4 及 K9 玻璃制作，也有用金属盘贴以玻璃来代替整块玻璃制成校正板。校正板直径通常为抛光模直径的 1/22/3。工件夹持器：可以用玻璃分离器，也可以用金属贴以玻璃制成工件夹持器。河南工业职业技术学院毕业设计16转速：主轴速度在精抛时为 1015cm/s 之间，速度精度为 1%，这时 1 与2接近。当然，也可以在校正

32、盘卡轮上加装马达，以驱动校正盘的旋转，使2趋近 1。抛光液：采用点滴式加入氧化铈抛光液，或采用浸没式抛光，后者有利于温度控制，最好采用离子水，控制 PH 值。 温度：室内温度为 2325，最重要的是室内温度梯度（空间）与温度变化（时间）的控制，通常用局部自动温控在0.05内。 校正板工件（工件夹持器）装御器：我们设计了一台特殊的推车，高度可以调整，并带有一组带橡皮圈的滚柱，装御很发方便。 我国几个主要单位的 1m 环抛机主要工艺参数对照表如表 1 所示。表表 1 1 我国我国 1m1m 环抛机主要工艺参数对照表环抛机主要工艺参数对照表单 位No.1No.2No.3No.4No.5抛光模直径（米

33、）1.01.091.11.01.0抛光模表面不平度（mm）0.01车后未测0.0050.030.01抛光模转动时水平度（mm/m）未测0.110.20.30.060.05抛光胶配方0#（13）+10%K172#或 1.75#12（玉门 3 号）+6%K1713.5(独山子)+3%K1713(独山子 5#)+5%K17抛光胶软化点（）708080858085（针入度1112）抛光胶层厚度（mm轴转速（rpm）1211.510.511校正板尺寸（材料）590X78（K9）630600X60500X80（K4）500X70（K4）室温（） 夏 26，冬 2321220.52

34、5265.3.2.35.3.2.3 K17K17 的作用的作用K17 是塑料的商业牌号，就是聚乙烯醇，呈粉末状，色白。聚乙烯醇没有一定河南工业职业技术学院毕业设计17的熔点，加热时软化，拉伸又重新结晶，有着明显的纤维圈。温度高于 710.2时热膨胀系数大，重复加热出现滞后现象，其变形率如图所示。在抛光模中增加韧性，提高切削性能；提高稳定性，低于 60时，不会变形。抛光的工作温度低于 3040，高于 71时易变形。5.3.2.45.3.2.4 制胶与制模工艺制胶与制模工艺180配胶，140保温，100加 K17（有的单位 7080时加 K17） ，4050倒胶制模（底模预热到 4050） ，自然

35、冷却、固化，车平开槽，一般为25X25，宽 5，深 4， （美国宽 4，深 6） ，50温水修模，用校正板与工件夹持器修平，有时用工具（刮刀、砂轮）作局部修正。这种方法如图 5.8 所示，它是从块规的行星式抛光移植而来的，工作时将工件4 置于带校正盘 1 的环式抛光模 2 上，由夹持器 5 驱动进行抛光。它具有以下的优点：(1)用面形精确的校正盘和夹持器代替分离器，校正盘的运动可随时修正抛光模的面形，从而使抛光模具有精确的面形。另外，当工件尺寸或形状变化时，只要更换次持器即可。(2)采用环式抛光模，可使工件运动无死点，连续地被抛光，而且其上各点的相对速度比较接近，从而工件上各点的磨耗比较均匀。

36、(3)允许不停机床，取出工件进行检验和调换工件， 维持连续加工，有利于保持 抛光模面形的稳定和温度的均衡。 图 5.8 环式连续抛光法1校正曲 2 一环式抛光模 gi 3可调支架；4 一平面零件；5 一夹持器；6 一滚轮。河南工业职业技术学院毕业设计18(4)抛光校表面的各部分依次外露，有利于散热，容易实现自动添加抛光剂和水。因此，是一种新式的高精度平面抛光方法。例如，对于的平面，其平面度mm300可达以上，若能进一步改善温度控制条件还可达到更高的精度。20环式抛光模的直径应远大于零件的尺寸，抛光模直径越大，加工精度越高，但抛光模直径受机床的限制。抛光模的环带宽度约为抛光模直径的 1/3当抛光

37、模用抛光柏油制作时，抛光柏油要有足够的硬度和恰当的弹性，以支持大的工具和工件，既便于校正，又能保持正确的面形；同时要有良好的塑性以及与工具、工件磨耗速度相匹配的蠕变速率。柏油层不宜太厚或太薄，一般在 l o20mm 之间，抛光模的工作面上应有一定大小的方格网槽抛光模基体的刚性要好，平面度要高。夹持器的制作与分离器相同，校正盘的直径约为抛光模直径的 5/95/8。机床主铀的转速为 o.515r/min，室温为 200.2或 200.1。采用精制的氧化饰或红粉作抛光剂。环式连续抛光法也可加工很薄的平面零件；能加工出不平行度的平1 . 01 面零件；还可用于加工棱镜、多面体等，角度精度可达 0.2以

38、上。5.45.4 碳氟塑科抛光模碳氟塑科抛光模 10光学抛光采用的碳氟塑料是聚全氟乙丙烯，即四氟乙烯与六氟丙烯的共聚物。碳氟塑料。抛光模具有如下的优点：(一)在整个使用过程中不变形，长期保持面形的正确性。(二)抛光粉不嵌入碳氟塑料抛光模层内，模层的硬度保持不变，不会因硬度改变而使抛光模报废。(三)零件抛光表面的微观结构与柏油抛光一样好，零件边缘部位的抛光质量比柏油抛光好。(四)可采用机器抛光，加工效率高。因此，碳氟塑料可作为加工高精度平面的抛光模，在大量生产中使用。碳氟塑料抛光模基体一般用微晶玻璃，在经研磨得到两表面平行的基体上开出互相垂直的两组平行直线的沟槽，再用粒度为图 5.9碳氟塑料抛光

39、模1 一整平后的碳氟塑料表面；2 一玻璃基体。河南工业职业技术学院毕业设计19飘的散粒磨料研磨出平面度好、均匀粗糙的表面。um1214抛光模的直径约为零件直径的 1.25 倍，碳氟塑料层厚度约为 0.5 0.3mm。涂刷碳氟塑料时，为提高它与玻璃基体的结合力，应先涂一层粘结刑，然后刷上若干层尽可能薄的、均匀的碳氟塑料，每次涂刷后要烘烤固化，涂好的碳氟塑料的抛光模如图 5.9 所示。由于碳氟塑料抛光模，在抛光过程中不能整平，因此，要预先在机器上用粗糙度由粗到细的整平板，并用水作润滑剂进行整平。由于抛光模的平面度取决于整平板的平面度，所以，整平板的平面度应足够高。碳氟塑料抛光模的平面度可用光学样板

40、或菲索干涉仪(用激光光源)检验。采用碳氟塑料抛光模时，可在专门设计的机床上作低速抛光，此机床应减振良好，主轴转速能作精确控制，上环节由二个偏心盘带动。机床的技术参数：主轴转速为 o.52r/min。主偏心轴为 36r/min，另一偏心轴为 13r/min。抛光剂为精制氧化饰，抛光最后阶段用低浓度的氧化饰抛光剂。被抛光的零件应预抛光到 l 道干涉圈。使用碳氟塑料抛光模已成功地抛出平面度为的平面。若采用专mm75200由用夹具，可以进行非圆形零件的平面抛光。目前，碳氟塑料抛光模还只限于平面抛光，被抛光材料也受到限制，如何应用于球面零件和火石玻璃、微晶玻璃等材料的抛光是碳氟塑料抛光模进一步研究的课题

41、。河南工业职业技术学院毕业设计206 高精度平面光学零件的检验高精度平面光学零件的检验包括平面面形和角度的检验检验的方法很多，这里仅介绍几种常见的方法。6.16.1 平面面形偏差的无参考面干涉法测量平面面形偏差的无参考面干涉法测量6.1.16.1.1 三平面互检法三平面互检法三个被检平面，每两个组成一组作平面干涉测量。如果三个被检平面的面形偏差以光圈数计为人 A、B、C，每两个互检时面形偏差为 a、b、c，则可从三元一次联立方程组，求出各个平面的面型偏差，即有方程组aBAbCAcCB得2cbaA2bcaB2acbC6.1.26.1.2 四平面互检法四平面互检法四个被检平面，每两个组成一组，则可

42、有六个组合形式进行互检，若四个被检平面的面形偏差为 A、B、C、D，互检时所得的面形偏差为 a、b、c、d、e、f，从四元一次联立方程组，可求出各个平面的面形偏差，即由方程组aBAbDCcCAdDBeDA河南工业职业技术学院毕业设计21fCB得63fdbecaA63ecbfdaB63edafcbC63feacbdD如果用、等表示被检平面 A、B等助测量均方误差，用、ABA等表示干涉条纹的判读均方误差，根据间接测量误差的传递公式，可得B对于三平面互检法222212121BCACABA若认为干涉条纹的判读均方误差是常数，即，则有ACBCAB866. 0432A对于四平面互检法22222261616

43、1313131BCBDCDADACABA同样认为BCBDCDADACAB则 645. 0121312A由此可见，四平面互检法比三平面互检法具有更高的测量精度6.26.2 激光平面干涉仪测量激光平面干涉仪测量菲索型激光平面干涉仪是光学车间常用的精密仪器，其光学原理如图 6.1 所示，H eN e 激光器 1 发出的光束经发散透镜组 2 和聚光镜 3 正好会聚在位于消球差物镜焦面上的光阑 4 中，再经物镜成为平行光束，射入楔形标准平面 7 及被检平面河南工业职业技术学院毕业设计228，并在两者间产生等厚干涉。被检平面放在调节圆台 9 上，干涉条纹的宽度和方向可以通过调节圆台上的三只调节螺钉 10

44、调节。检验平面度时，若表面为有规则的大曲率半径的球面，则视场中的干涉条纹是弯曲的；若有局部偏差，则干涉条纹是不规则的。干涉条纹的判读与样板法一样。检验不平行度时，若单色光的波长为，被检零件的折射率为 n，在被测范围b 内干涉条纹的数目为 N，则平面平行零件的不平行度为5206262 nbN另外，用局部受热法判断平面平行零件厚薄端时，可用手指或热铜棒放在垂直于干涉条纹的某局部位置上，如图 6.2 所示,为被测零件，l 为热铜棒则受热部位的干涉条纹凸出的方向就是零件的薄端。激光平面干涉仪还可测量屋脊角偏差。图 6.1 激光平面干涉仪1激光光源；2发散透镜；3聚光镜；4一光阑 ；5 一分光镜；6非球

45、面物镜；7标准平面；8被检平面；9 一凋节圆台；10一调节螺钉；11底座；12减震器；图 6.2 平面平行零件厚端的判断1 一热铜棒；2 一平面平行零件河南工业职业技术学院毕业设计236.36.3 棱镜干涉仪测量棱镜干涉仪测量棱镜干涉仪也是利用等厚干涉原理，只是将参考光束和测试光束分开成两束光路，其光学原理如图 6.3 所示。反射镜 1 将单色光源发出的光反射到聚光镜 2 上，然后聚焦在位于准直物镜 4 焦面上的光阐 3 中，形成点光源，光束经准直物镜 4 后成为平行光束，射向分光镜 5，分光镜 5 将光束分成两路；一路射向测试反射镜；M另一路射向参考反射镜，反射后，测试光束和参考光束产生等厚

46、干涉。2M检验平面面形偏差时，被检平面放在测试反射镜的位置，则被检平面的面形偏差反映在反射回来的测试光束平面波面的变形上，在观察处，通过观察透镜，可看到干涉条纹。当参考反射镜向缩短光程方向移动时，如果干涉条纹向中心收缩，则被检平面是凸面；如果干涉条纹向外扩张，则被检平面是凹画，干涉条纹的判谈与样板法相同。检验平面平行零件的不平行度时，先调节测试反射镜，使它经分光镜 H 的1M虚象和参考反射镜严格平行，然后将被检件放到测试光路中，若其两表面不1M2M乎行，那么经过被检件，并由测试反射镜反射回来的测试光束的方向就要改变，与参考光束的方向之间有一夹角，这时相当于测试反射镜经过分光镜的虚象已1M1M不

47、再和参考反射镜平行如图 6.4 所示，因此在干涉场中由被检件直径 D 所占据2M的范围内，将看到具有一定间隔的平行的直条纹，若条纹数为 N，光源波长为，被检件的折射率为 n 时，不平行度的计算公式为52062612 DnN河南工业职业技术学院毕业设计24 检验屋脊角误差时，按照被检屋脊棱镜实际使用时的光路，将其放入干涉仪的测试光路中，入射面对向由分光镜 H 射出的平行光束，如图 6.5 所示，出射面处放置测试反射镜，并使和从被检屋脊棱镜射出的光束大致垂直，将光反射回去，1M1M再次通过屋脊棱镜后，在分光镜上反射，并且与参考反射镜反射回来的平行光相2M会合后，进入观察系统如果被检屋脊棱镜的屋脊角

48、有误差，则一束平行光射入屋脊棱镜后，分别经过两个屋脊面上反射的两部分光线不是以相同的方向射出，而是具有夹角为双象差 S 的两束平行光。它又由测试反射镜反射回来再次通过屋脊棱镜之后，这两部分光之间的夹角变为 2S。最后由波面为准确平面的参考光和波面由相交 2S 角的两个平面组成的测试光产生干涉，在干涉场中将见到测试光束的两部分分别与参考光束相干涉的两组干涉条纹若稍稍偏转测试反射镜，使整个测试光束方向相对于参考光束发生变化，则在干涉场中可得到反映同一被检屋脊角误差的一 图 6.3 棱镜干涉仪原理1 一反射镜；2 一聚光镜；3 一光阑；4准直物镜；5 一分光镜； 6 一观察物镜；7被检平面零件 8

49、一光阑一测试反射镜 一参考反射镜。1M2M图 6.4 在棱镜干涉仪上险验不平行度1 一平面平行零件 H 一分光镜测试反射镜；一参考反射镜。1M2M河南工业职业技术学院毕业设计25些不同形式的干涉条纹，由所见到的干涉条纹，可以计算出屋脊角的误差。如果光源的波长为，被检屋脊棱镜的所有工作面平面度良好，玻璃的折射率 n 是均匀的，屋脊棱镜的通光口径为 D，为方便起见，调节视场的一半为均匀的一片，另一半为与屋脊棱线相平行的直条纹，数出干涉条纹数目 N，则可计算出被检屋脊棱镜的屋脊角误差或双象差 S520626cos4 nDN520626S DN式中为在光轴截面内，光轴与屋脊棱垂直线之间的夹角，对不同类

50、型的屋脊棱镜，其值不同。6.46.4 数字波面干涉仪检验数字波面干涉仪检验菲索型平面干涉仪和泰曼干涉仪检验平面面形的精度可达/20，当要求更高的测量精度，可采用多光束干涉仪、数字波面干涉仪、多通道干涉仪、物理位相法的光电检验等，它们的测量精度可达到/100 以上这里简单介绍数字波面干涉仪的工作原理。数字波面干涉仪是属于泰曼型的，其光学原理如图 6.6 所示，由 HeN e 激光器 7 发出的光经起闹器 6、可变衰减器 5 和准直镜将偏振激光射入偏振分光棱镜河南工业职业技术学院毕业设计264，从而分成两束光路；一路经带压电陶瓷的参考反射镜 8 反射，井二次通过 1/4 波片 9 到达检偏器 2；

51、两束偏振光经过检偏器后发生干涉，干涉光强被二极管列阵相机接收。整个仪器用小型电子计算机控制和数据处理。数字波面干涉仪是利用双光束交流干涉原理。当计算机控制一个高压振荡器、使压电陶瓷发生机械成振动，压电陶瓷带动参考镜在双光束光路中发生轴向振动，由于振动而产生的位移量 L 是随时间而变化，即 LL(t)。若参考镜到分光棱镜距离为 S，K2n/，则参考波前方程为 (1-1)LSiKaW2exp1若被检面的二维面形轮廓为，其到分光棱镜距离为 S，则被检面的波前yx,方程为 (1-2)yxSiKbW,2exp1若两相干光束的振幅为 a、b，则干涉条纹光强为图 6.5 在棱镜干涉仪上检验屋脊角误差 L 一

52、屋脊棱镜；H分光镜；1M测试反射镜；：一参考反射镜。2M 图 6.6 数字波面干涉仪1被检面；2 一检偏器 3 一二极管列阵相机；4 一偏振分光镜；5 一可变衰减器；6 一起偏器；7 一激光光源；8 一带压电陶瓷的参考面 9 一 14 波片河南工业职业技术学院毕业设计27LyxKabbaLyxI,2cos2,22干涉场上任一点的光强 I(x，y，L)是 L 的余弦函数，因此，可以写出它的yx,付氏级数形式KLbKLaaLyxI2sin2cos,110式中 付氏级数的直流分量；1a ， 付氏级数的一次谐波分量系数1a1b将公式(1-1)展开并与公式(1-2)比较得220baayxKaba,2co

53、s21yxKabb,sin21则 1121,abarctgKyx因此，只要求出付氏系数和，便可计算出被检面的二维轮廓。1a1byx,由于参考舀移动/2 距离，I(x，y，L)就发生一个周期(2)的光强变化。在实际测量时必须对 I(z，y，L)在一个周期内进行采样测量，以测出付氏系数。为提高测量的可靠性，消出测量过程中大气湍流、热流及其他漂移的影响，可在 P(P4)个周期中采样，每个周期采样 m(m25)个点，按四个周期共测量个点的数100mP据进行累加并取平均值，以测出付氏系数即impiiLLyxImPadLLyxILa,2,21000KLLyxImPaKLdLLyxILaimpiiL2cos

54、,22cos,21101KLLyxImPbKLdLLyxILbimpiiL2sin,22sin,21101式中 ， =1,2,3miLi2imP河南工业职业技术学院毕业设计28用数字波面干涉仪检验的优点：（1） 参考面在整个测量过程中移动 P(/2)的距离，采集了 P 个周期的光强，由于参考面的振动频率(一个周期所需的采样时间的倒数称为参考面的振动时间频率)可以在一定范围内调整，当使其与外界漂移的频率接近，则可消除外界漂移的影响，从而使仪器获得高精度、高稳定性。（2） 采用偏振波片系统进行光度调制，提高了干涉条纹的光强，降低了光的损失，消除了杂光条纹；对于测量不同反射率的工件，不必更换参考镜，只要调整偏振器就可达到两相干光强相等，提高干涉条纹的对比度（3） 利用电子计算机控制、储存和计算等功能，使仪器可以消除