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        小曲率透鏡高效加工工藝的研究

        2016-12-31 00:00:00王昆馬貝
        科技創(chuàng)新與應(yīng)用 2016年27期

        摘 要:在眾多種類(lèi)的光學(xué)元件中,球面光學(xué)元件的應(yīng)用頻率較高,小曲率半徑透鏡因其自身特點(diǎn)尤為突出,因此對(duì)小曲率半徑透鏡加工工藝的研究極有意義。文中采用SPM-60數(shù)控銑磨機(jī)對(duì)毛坯玻璃進(jìn)行銑磨和精磨工序,以滿(mǎn)足拋光工序?qū)α慵植诙群兔嫘蔚囊?;在此基礎(chǔ)上采用SPS-60數(shù)控拋光機(jī),對(duì)小曲率透鏡進(jìn)行拋光工序。通過(guò)正交試驗(yàn),研究了拋光模轉(zhuǎn)速、拋光模壓力、拋光時(shí)間對(duì)零件面形的影響,并利用單因素實(shí)驗(yàn)確定了拋光小曲率透鏡的最佳工藝參數(shù)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn),在使用SPS-60數(shù)控拋光機(jī)對(duì)小曲率透鏡拋光時(shí),最佳的工藝參數(shù)為拋光模轉(zhuǎn)速700r/min,拋光模壓力0.16bar,拋光時(shí)間500s。

        關(guān)鍵詞:小曲率透鏡;拋光;拋光模轉(zhuǎn)速;拋光模壓力;拋光時(shí)間;光圈

        隨著光學(xué)技術(shù)的發(fā)展,光學(xué)元件的應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)展,需求數(shù)量正迅猛增長(zhǎng)。在眾多種類(lèi)的光學(xué)元件中,球面光學(xué)元件應(yīng)用頻率較高,光學(xué)設(shè)計(jì)中,透鏡的曲率半徑是最重要的特性參數(shù)之一。因此,在球面透鏡的加工過(guò)程中,確保所加工的光學(xué)球面曲率半徑滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求,是應(yīng)用于實(shí)際的關(guān)鍵。

        文章以此高速生產(chǎn)工藝為基礎(chǔ),通過(guò)使用德國(guó)LOH公司生產(chǎn)的SPM-60數(shù)控銑磨機(jī)及SPS-60數(shù)控拋光機(jī),來(lái)完成對(duì)小曲率透鏡的高效加工。在加工中,利用正交工藝試驗(yàn),研究了拋光模壓力、轉(zhuǎn)速、拋光時(shí)間對(duì)透鏡光潔度及面形的影響,并通過(guò)單因素實(shí)驗(yàn)確定了最佳的工藝參數(shù)。

        1 實(shí)驗(yàn)

        1.1 加工及檢測(cè)設(shè)備

        實(shí)驗(yàn)加工的透鏡,其凹面曲率半徑為38.89mm,凸面曲率半徑為83.37mm,工件直徑為69.86mm,中心厚度為5.6mm。實(shí)驗(yàn)中使用的加工設(shè)備為德國(guó)LOH公司生產(chǎn)的SPM-60數(shù)控銑磨機(jī)以及SPS-60數(shù)控拋光機(jī)。檢測(cè)使用的工具有千分表、光學(xué)標(biāo)準(zhǔn)樣板及6倍放大鏡。

        1.2 實(shí)驗(yàn)方法

        首先使用SPM-60數(shù)控銑磨機(jī)對(duì)毛坯玻璃進(jìn)行銑磨和精磨工序,以滿(mǎn)足拋光工序?qū)α慵植诙群兔嫘蔚囊?。使用設(shè)備自帶的精磨金剛石磨輪完成加工,即可滿(mǎn)足拋光所需要的粗糙度要求。在此基礎(chǔ)上使用SPS-60數(shù)控拋光機(jī),對(duì)小曲率透鏡進(jìn)行拋光工序。在拋光工序中,通過(guò)正交試驗(yàn),研究了拋光模壓力、拋光模轉(zhuǎn)速、拋光時(shí)間對(duì)零件面形的影響,并通過(guò)單因素實(shí)驗(yàn),最終確定了拋光小曲率透鏡的最佳工藝參數(shù)。

        2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

        根據(jù)正交試驗(yàn)的結(jié)果,分析了不同水平下單因素的極差,如表2所示。結(jié)合加工完成元件所測(cè)量的矢高差,通過(guò)計(jì)算相應(yīng)因素的極差,確定了每種因素的影響程度。

        對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析,得到拋光模轉(zhuǎn)速極差最大,表明在拋光過(guò)程中,該因素對(duì)元件面形影響最大,研拋壓力次之,拋光時(shí)間最后。在此基礎(chǔ)上利用單因素實(shí)驗(yàn),確定每種因素的最佳工藝參數(shù)。

        2.1 拋光模轉(zhuǎn)速對(duì)光學(xué)元件面形的影響

        首先,通過(guò)單因素實(shí)驗(yàn)主要研究了拋光模轉(zhuǎn)速的變化對(duì)加工元件面形的影響。在單因素實(shí)驗(yàn)中,確定了拋光模壓力為0.15bar,拋光時(shí)間為500s。待加工元件為經(jīng)銑磨、精磨后,矢高為-3um的小曲率透鏡,檢測(cè)量為加工元件的光圈。

        分析認(rèn)為,拋光模具在研磨中,當(dāng)拋光模轉(zhuǎn)速增加時(shí),由于工件邊緣線(xiàn)速度較快,導(dǎo)致相對(duì)速度較大,元件邊緣研磨量大,光圈升高。

        2.2 拋光模壓力對(duì)光學(xué)元件面形的影響

        在研究拋光模壓力對(duì)光學(xué)元件面形影響的單因素實(shí)驗(yàn)中,確定了相對(duì)轉(zhuǎn)速為400r/min,拋光時(shí)間為500s。待加工元件為經(jīng)銑磨、精磨后,矢高為-3um的小曲率透鏡,檢測(cè)量為加工元件的光圈。分析認(rèn)為,拋光模具在研磨中,對(duì)元件邊緣的壓力小于中心的壓力,導(dǎo)致元件中心研磨量大,光圈降低。

        2.3 拋光時(shí)間對(duì)光學(xué)元件面形的影響

        在研究拋光時(shí)間對(duì)光學(xué)元件面形影響的單因素實(shí)驗(yàn)中,確定了拋光模轉(zhuǎn)速為400r/min,拋光模壓力為0.1bar。待加工元件為經(jīng)銑磨后,矢高為-3um的小曲率透鏡。

        實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,隨著研磨時(shí)間的延長(zhǎng),光圈有升高的趨勢(shì)。分析認(rèn)為,當(dāng)研磨時(shí)間增加時(shí),元件在壓力和轉(zhuǎn)速的影響下,邊緣部分研磨量較大,導(dǎo)致元件光圈升高。

        通過(guò)以上單因素實(shí)驗(yàn)研究了不同工藝因素對(duì)加工元件面形的影響情況。結(jié)合單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果選取拋光模轉(zhuǎn)速為700r/min,拋光模壓力為0.16bar,拋光時(shí)間為500s,對(duì)經(jīng)銑磨、精磨后矢高為-3um的小曲率透鏡進(jìn)行拋光,檢測(cè)結(jié)果發(fā)現(xiàn)元件光潔度滿(mǎn)足要求,光圈為-1道圈,確定為實(shí)際加工的最佳工藝參數(shù)。

        3 結(jié)束語(yǔ)

        通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn),在使用SPS-60數(shù)控拋光機(jī)對(duì)小曲率透鏡拋光時(shí),最佳的工藝參數(shù)為拋光模轉(zhuǎn)速700r/min,拋光模壓力0.16bar,拋光時(shí)間500s。通過(guò)利用該工藝參數(shù),可對(duì)小曲率透鏡進(jìn)行快速的加工。大批量生產(chǎn)中,結(jié)合銑磨、精磨后零件面形的特點(diǎn),統(tǒng)籌安排零件加工次序,最終能夠完成對(duì)零件的高效加工。

        參考文獻(xiàn)

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