本書系統(tǒng)地介紹了光學(xué)材料、光學(xué)零件(包括精密及特殊光學(xué)零件)加工的基礎(chǔ)理論和基本工藝及檢測方法,全面反映了當(dāng)前國內(nèi)外光學(xué)加工技術(shù)的水平和*研究成果。內(nèi)容上側(cè)重于光學(xué)儀器類專業(yè)所必須的基本工藝知識(shí)及基本工藝?yán)碚摗?/p>
本書可作為光電系光學(xué)制造專業(yè)的本科專業(yè)基礎(chǔ)教材,也可作為光學(xué)工藝技術(shù)人員與工人的培訓(xùn)教材,亦可供相關(guān)專業(yè)師生、科技人員和工程技術(shù)人員參考。
光學(xué)工業(yè)在現(xiàn)代工業(yè)、農(nóng)業(yè)、航天、航空、國防以及人民生活中起著非常重要的作用。光學(xué)零件制造工藝學(xué)可作為研究光學(xué)零件制造過程與工藝原理的應(yīng)用課程,具有很強(qiáng)的實(shí)踐性和應(yīng)用性,是光電信息類、儀器儀表類專業(yè)的必備讀物。
光學(xué)工業(yè)在現(xiàn)代工業(yè)、農(nóng)業(yè)、航天、航空、國防以及人民生活中起著非常重要的作用。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和人民生活水平的不斷提高,在各領(lǐng)域中都要用到各種各樣的光學(xué)儀器。光學(xué)零件是組成光學(xué)儀器的基本元件,它的加工質(zhì)量和生產(chǎn)效率對光學(xué)儀器的性能、使用壽命有直接的影響,有時(shí)甚至起著關(guān)鍵的作用。因此,研究如何運(yùn)用工藝方法又快又好地制造光學(xué)零件是光學(xué)零件制造工藝學(xué)這門課程的主要任務(wù)。
光學(xué)零件制造工藝學(xué)是一門研究光學(xué)零件制造過程與工藝原理的應(yīng)用課程,具有很強(qiáng)的實(shí)踐性和應(yīng)用性。光學(xué)零件工藝學(xué)主要包括利用傳統(tǒng)方法制造折射、反射光學(xué)零件的研磨工藝,制造消色差透鏡,能改變光程和有保護(hù)作用的膠合工藝,通過光輻射能產(chǎn)生各種物理光電效應(yīng)的鍍膜工藝,制造各種分劃元件的刻劃、照相復(fù)制工藝以及在光學(xué)加工過程中所采用的各種輔助工藝和光學(xué)輔料的制備工藝等。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,還包括相繼出現(xiàn)的與傳統(tǒng)工藝概念完全不同的新工藝,例如毛坯加工的一步成型、光學(xué)零件的切削加工、塑料光學(xué)零件的注射壓鑄、光學(xué)零件的復(fù)制、變折射率光學(xué)零件的制造、聚合物光學(xué)零件的制造、衍射光學(xué)元件、纖維光學(xué)元件以及集成光路等。因此,光學(xué)零件工藝學(xué)既是一門古老的學(xué)科,又是一門涉及現(xiàn)代材料學(xué)、控制學(xué)和測量學(xué)等方面,引人注目的較新穎的學(xué)科。光學(xué)零件工藝學(xué)是從生產(chǎn)實(shí)踐中總結(jié)出來的,并經(jīng)過生產(chǎn)實(shí)踐反復(fù)驗(yàn)證和不斷充實(shí)的學(xué)科。
學(xué)習(xí)本課程有以下幾個(gè)方面的要求:
(1) 掌握光學(xué)零件加工工藝的基礎(chǔ)知識(shí)和基本理論,在光學(xué)儀器設(shè)計(jì)的過程中能夠合理地選擇光學(xué)材料、零件的外形尺寸和公差,制訂恰當(dāng)?shù)募夹g(shù)指標(biāo),使得所設(shè)計(jì)的光學(xué)零件既滿足設(shè)計(jì)要求,又符合經(jīng)濟(jì)合理的工藝原則。
(2) 具有分析問題和解決問題的能力,經(jīng)過一定時(shí)間的實(shí)踐后,能夠從事光學(xué)工藝相關(guān)的技術(shù)工作。
(3) 了解光學(xué)加工的操作方法,初步具備工藝實(shí)驗(yàn)的能力。
與金屬零件的加工相比,光學(xué)零件的加工方法和裝夾方法有很大不同,這是因?yàn)椋骸?/p>
(1) 光學(xué)零件加工的對象大多是一些脆性材料(如玻璃、晶體等),而金屬則是塑性材料。
(2) 相對于金屬加工,光學(xué)零件的面型精度和表面質(zhì)量的加工要求要高得多。
光學(xué)零件中大量的透鏡、棱鏡及平面零件,它們的加工工藝流程一般為:
毛坯(塊料或型料)粗加工精磨拋光定心磨邊(對透鏡)表面鍍膜、刻劃或膠合。
因此,本課程的主要內(nèi)容為:
(1) 光學(xué)材料與輔料的性能。光學(xué)玻璃的光學(xué)性能、化學(xué)性能、機(jī)械性能及熱性能,光學(xué)玻璃的分類及質(zhì)量指標(biāo),光學(xué)晶體和光學(xué)塑料的性能及其在光學(xué)儀器中的應(yīng)用。
(2) 光學(xué)零件的基本工藝。光學(xué)零件的一般加工過程,主要包括光學(xué)零件的技術(shù)條件、毛坯的成型、精磨和拋光及定心磨邊的原理、設(shè)備、工夾具、輔料及工藝因素的影響等。
(3) 精密及特殊光學(xué)零件的加工工藝。光學(xué)樣板、薄形零件、非球面及晶體的加工原理和方法。
(4) 光學(xué)零件的特種工藝。光學(xué)零件的表面鍍膜、刻劃及膠合的原理、作用、設(shè)備及工藝。
光學(xué)零件制造工藝學(xué)是光電信息類專業(yè)、儀器儀表類專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課,學(xué)習(xí)它要求具有工程光學(xué)、光學(xué)設(shè)計(jì)及其他相關(guān)的基礎(chǔ)知識(shí)。由于其固有的實(shí)踐性強(qiáng)的特點(diǎn),在學(xué)習(xí)本課程之前,應(yīng)對光學(xué)零件的加工過程有比較完整的感性認(rèn)識(shí)和了解,在學(xué)習(xí)中緊密聯(lián)系生產(chǎn)實(shí)際,才能把學(xué)到的書本知識(shí)更好地運(yùn)用到生產(chǎn)實(shí)踐中去。
該書稿是在任志君教授和湯一新副教授為浙江師范大學(xué)光電信息科學(xué)與工程專業(yè)本科生講授光學(xué)冷加工技術(shù)所編寫的講義基礎(chǔ)上形成的,錢義先博士和山東理工大學(xué)秦華博士補(bǔ)充了他們最新的研究成果和教學(xué)心得。在書稿試用過程中,雖經(jīng)多次修改完善,但限于水平,錯(cuò)誤仍在所難免,懇請讀者不吝賜教,并多提寶貴意見。
作者于浙江師范大學(xué)2019年3月
任志君 浙江師范大學(xué)光電工程系主任、教授,從事光學(xué)零件制造工藝課的教學(xué)多年,主持國家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目2項(xiàng),多次參與973科學(xué)項(xiàng)目,發(fā)表學(xué)術(shù)論文70余篇,第一發(fā)明人授權(quán)發(fā)明專利6項(xiàng)。
前言1
第1篇光學(xué)零件的材料與輔料
第1章光學(xué)材料3
1.1光學(xué)玻璃3
1.2光學(xué)晶體23
1.3光學(xué)塑料32第2章光學(xué)加工的輔助材料42
2.1磨料與磨具42
2.2拋光材料52
2.3黏結(jié)材料58
2.4光學(xué)擦拭材料59
2.5保護(hù)材料62第3章光學(xué)零件技術(shù)條件與技術(shù)準(zhǔn)備65
3.1光學(xué)制圖65
3.2光學(xué)零件技術(shù)條件綜述75
3.3光學(xué)零件設(shè)計(jì)的工藝性89
第2篇光學(xué)零件制造基本工藝
第4章光學(xué)零件的毛坯成型95
4.1塊料毛坯的加工成型95
4.2二次加熱成型98
4.3槽沉成型103
4.4連續(xù)壓制成型104第5章光學(xué)零件的研磨成型105
5.1散粒磨料粗磨105
5.2金剛石磨具銑磨111
5.3銑磨面型與銑磨機(jī)調(diào)整120第6章光學(xué)零件的精磨128
6.1光學(xué)表面成型運(yùn)動(dòng)學(xué)128
6.2散粒磨料精磨134
6.3平面精磨139
6.4球面精磨139
6.5金剛石磨具高速精磨141第7章光學(xué)零件的拋光164
7.1拋光機(jī)理164
7.2工藝因素對拋光的影響167
7.3古典法拋光170
7.4高速拋光179
7.5拋光完工后光學(xué)零件的檢驗(yàn)192第8章光學(xué)零件的定心磨邊203
8.1定義與術(shù)語203
8.2光學(xué)定心法206
8.3機(jī)械定心原理及方法211
8.4定心磨邊工藝214
8.5定心磨邊常見的缺陷218第9章光學(xué)零件的膠合220
9.1概述220
9.2膠合材料221
9.3膠合工藝227
9.4光膠法膠合232
9.5透鏡膠合定中心235
9.6膠合件拆膠及檢驗(yàn)237
第3篇光學(xué)制造的輔助工序
第10章光學(xué)制造工夾具設(shè)計(jì)243
10.1平模243
10.2球模246
10.3夾具設(shè)計(jì)262第11章光學(xué)零件的上盤與下盤266
11.1光學(xué)零件上盤266
11.2光學(xué)零件下盤271
11.3其他輔助加工272
第4篇精密及特殊光學(xué)零件加工工藝
第12章高精光學(xué)零件的制造技術(shù)277
12.1精密光學(xué)零件加工277
12.2高精平面的制造工藝279
12.3高精度棱鏡制造工藝289
12.4光學(xué)樣板的制造293第13章非球面光學(xué)零件工藝306
13.1概述306
13.2二次非球面理論309
13.3非球面光學(xué)零件制造工藝編制314
13.4非球面加工工藝320
13.5非球面光學(xué)零件的檢驗(yàn)335第14章光學(xué)塑料零件制造工藝352
14.1概述352
14.2光學(xué)塑料與光學(xué)塑料零件成型方法概述352
14.3光學(xué)塑料零件設(shè)計(jì)355
14.4光學(xué)塑料零件的注射成型技術(shù)360
14.5光學(xué)塑料注射成型機(jī)床366
14.6塑料光學(xué)零件注射成型工藝參數(shù)選擇374
14.7塑料光學(xué)零件的工藝檢測381第15章光學(xué)晶體零件制造387
15.1光學(xué)晶體零件制造特點(diǎn)387
15.2晶體的定向389
15.3晶體零件加工的基本工藝392
15.4幾種典型晶體的加工395附錄400
附錄1V形棱鏡法測量材料折射率400
附錄2光學(xué)材料均勻性的測量402
附錄3材料應(yīng)力雙折射測量406
附錄4光學(xué)零件表面疵病的國家標(biāo)準(zhǔn)(GB/T11851989)408
附錄5光學(xué)零件的表面粗糙度412
附錄6球面樣板的檢測414
附錄7光學(xué)零件工藝規(guī)程的編制420
附錄8常用刻劃保護(hù)層428
附錄9刻蝕腐蝕液的配制430參考文獻(xiàn)434