摘 要：面向迅速發(fā)展的車(chē)載鏡頭行業(yè)對(duì)光學(xué)零件高效加工技術(shù)人才的需求，針對(duì)古典加工技術(shù)及傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的不足，以車(chē)載鏡頭中的小口徑新月形透鏡的高效加工任務(wù)為驅(qū)動(dòng)牽引，運(yùn)用虛實(shí)結(jié)合、實(shí)驗(yàn)教學(xué)與產(chǎn)業(yè)融合的方法，重構(gòu)光學(xué)零件高效加工實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，引導(dǎo)學(xué)生參與設(shè)備操作、工藝設(shè)計(jì)、作業(yè)指導(dǎo)書(shū)編制等光學(xué)零件加工的全過(guò)程.通過(guò)閉環(huán)式的學(xué)習(xí)與探究，發(fā)現(xiàn)各環(huán)節(jié)中存在的問(wèn)題，并提出解決方案，實(shí)現(xiàn)對(duì)小口徑光學(xué)零件高效加工工藝的持續(xù)改進(jìn)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，不斷提升學(xué)生的實(shí)踐及工藝設(shè)計(jì)能力.

關(guān)鍵詞：光學(xué)零件；高效加工技術(shù)；虛實(shí)結(jié)合；工藝設(shè)計(jì)

中圖分類(lèi)號(hào)：TN219" 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A" 文章編號(hào)：1673-9329（2024）03-0023-08

隨著車(chē)載攝像頭行業(yè)的迅速發(fā)展，對(duì)小口徑光學(xué)零件的需求量日益增加，傳統(tǒng)的古典加工工藝雖然具有較高的加工精度，但生產(chǎn)效率低，無(wú)法滿(mǎn)足需求.光學(xué)零件高效加工技術(shù)具有加工周期短、機(jī)械化程度高、加工質(zhì)量穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，在中等精度光學(xué)零件批量生產(chǎn)中得到了廣泛應(yīng)用[1-2].但光學(xué)零件高效加工設(shè)備操作流程復(fù)雜，工藝調(diào)試難度大，教學(xué)中若不能熟練操作設(shè)備，一旦操作有誤，會(huì)出現(xiàn)設(shè)備損壞及對(duì)操作人員人身安全危害的風(fēng)險(xiǎn).虛擬仿真實(shí)驗(yàn)具有安全性高、重復(fù)性好、成本低，不受時(shí)間、空間、設(shè)備等因素的限制，具有更強(qiáng)的靈活性和可定制性等優(yōu)點(diǎn)[3-6]，同時(shí)，可在光學(xué)零件加工虛擬仿真實(shí)驗(yàn)中融入加工原理、操作提示、注意事項(xiàng)、實(shí)操視頻、生產(chǎn)中的技術(shù)或科研問(wèn)題、測(cè)試題和樣品檢測(cè)等，可實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程跟蹤、實(shí)驗(yàn)評(píng)測(cè)和實(shí)驗(yàn)步驟分析.學(xué)生在自主學(xué)習(xí)過(guò)程中，可即時(shí)整改，有助于提高學(xué)生對(duì)理論課中枯燥的原理及設(shè)備結(jié)構(gòu)的理解.經(jīng)過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)的反復(fù)訓(xùn)練，可提高學(xué)生對(duì)設(shè)備操作的熟練程度，減少操作失誤，提高實(shí)體實(shí)驗(yàn)室的利用率，節(jié)約實(shí)驗(yàn)教學(xué)成本.傳統(tǒng)的單工序?qū)嶒?yàn)，更注重設(shè)備的操作及工藝參數(shù)的調(diào)整，無(wú)法提升學(xué)生的工藝設(shè)計(jì)能力.為此，我們對(duì)光學(xué)零件高效加工實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行了重構(gòu)，運(yùn)用虛實(shí)結(jié)合、實(shí)驗(yàn)教學(xué)與產(chǎn)業(yè)相融合的方法，采用任務(wù)驅(qū)動(dòng)式實(shí)驗(yàn)教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生參與光學(xué)零件高效加工的全過(guò)程.通過(guò)閉環(huán)式的學(xué)習(xí)與探究，提升學(xué)生對(duì)小口徑光學(xué)零件高效加工工藝持續(xù)改進(jìn)的能力.

1光學(xué)零件古典加工工藝與高效加工工藝對(duì)比

光學(xué)零件加工工藝主要包括光學(xué)零件的切割、滾圓、粗磨、精磨、拋光、定心磨邊和鍍膜等工序，兩種工藝的切割、滾圓和鍍膜工序的加工原理及加工方式相同，其他工序差別較大，現(xiàn)對(duì)比如下.

1.1粗磨

粗磨成形球面的方法主要有仿形法和范成法，仿形法又稱(chēng)為散粒磨料粗磨，用金剛砂和水混合而成的懸浮液對(duì)玻璃進(jìn)行加工，需要手工操作，效率低.范成法又稱(chēng)作粗磨的銑削加工，在銑磨機(jī)上，采用金剛石磨具成形球面，具有加工效率高、機(jī)械化程度高、加工質(zhì)量穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn).因此，范成法已基本代替仿形法.球面銑削加工原理如圖1所示[7-8].

被加工零件的曲率半徑R滿(mǎn)足如下關(guān)系式：

sinα=Dm2（R±r）

.其中，為磨輪軸線和工件軸線夾角，Dm為磨輪中徑，r為端面圓弧半徑.運(yùn)動(dòng)軌跡的包絡(luò)面成型完整球面需滿(mǎn)足如下條件：①磨輪軸線和工件軸線相交于O點(diǎn)，且滿(mǎn)足上述關(guān)系式；②金剛石磨輪刃口通過(guò)工件頂點(diǎn)，且磨輪中徑不小于球面頂點(diǎn)與球面邊緣連線的長(zhǎng)度；③磨輪繞自身軸高速旋轉(zhuǎn)，工件繞自身軸低速轉(zhuǎn)動(dòng).

1.2精磨及拋光

精磨的方法分為散粒磨料精磨和固著磨料精磨.前者稱(chēng)為古典法精磨，又稱(chēng)自由研磨，后者稱(chēng)為高速精磨[9]，兩種精磨方法的特點(diǎn)如表1所示.

拋光方法主要有古典法和準(zhǔn)球心高速拋光法，前者使用設(shè)備、加工精度及效率、模具與鏡盤(pán)的相對(duì)位置、加壓方式、擺動(dòng)方式等與表1中散粒磨料精磨的內(nèi)容相同，后者與固著磨料精磨的內(nèi)容相同，但在模具使用方面有所不同，古典法中使用柏油、毛氈模具，使用壽命短，且高度及同軸度不可調(diào)[10].準(zhǔn)球心高速拋光法使用金屬底模表面粘貼聚氨酯拋光皮，使用壽命較長(zhǎng)，高度和同軸度可通過(guò)球心儀進(jìn)行調(diào)整.為了提高生產(chǎn)效率還要準(zhǔn)備拋光底模修模、壓模、拋光皮修模.

1.3定心磨邊

定心磨邊的方法主要有光學(xué)定心法和機(jī)械定心法.光學(xué)定心法需要用黏結(jié)膠將光學(xué)零件粘在定心接頭上，并且需要加熱定心接頭使黏結(jié)膠軟化，手動(dòng)將透鏡的黏結(jié)面沿夾頭端面移動(dòng)實(shí)現(xiàn)定心[11]，對(duì)工作人員的技術(shù)和技能要求較高，該方法不受零件形狀的限制，幾乎所有球面零件均可采用此法，且定心精度較高[12].但磨邊結(jié)束后需對(duì)光學(xué)零件表面的黏結(jié)膠進(jìn)行清洗，工藝流程較煩瑣，加工效率相對(duì)較低，不適用于大批量生產(chǎn).機(jī)械定心法利用一對(duì)同軸且端面垂直軸線的磨邊接頭夾緊光學(xué)零件，通過(guò)垂直于軸線的定心力實(shí)現(xiàn)光學(xué)零件的定心，這種方法操作簡(jiǎn)單，對(duì)技術(shù)人員的要求相對(duì)較低，但該方法受到透鏡定心角的限制，定心角要大于17°.通過(guò)磨邊砂輪的設(shè)計(jì)還可以實(shí)現(xiàn)倒角和靠臺(tái)，生產(chǎn)效率高，適用于中等精度透鏡的大批量生產(chǎn).

2實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)

為了激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提升學(xué)生的實(shí)踐及工藝設(shè)計(jì)能力，實(shí)驗(yàn)教學(xué)中我們?cè)O(shè)計(jì)了線上虛擬仿真實(shí)驗(yàn)和線下實(shí)體實(shí)驗(yàn)，按企業(yè)對(duì)技術(shù)人員的要求，進(jìn)行工藝規(guī)程設(shè)計(jì)，并完成各工序作業(yè)指導(dǎo)書(shū).學(xué)生通過(guò)參與光學(xué)零件加工的全過(guò)程，不斷學(xué)習(xí)、總結(jié)和提升，實(shí)現(xiàn)對(duì)光學(xué)零件加工工藝設(shè)計(jì)的持續(xù)改進(jìn)，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容框架如圖2所示.

2.1線上虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)

根據(jù)實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有設(shè)備，開(kāi)發(fā)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，再現(xiàn)實(shí)驗(yàn)的真實(shí)場(chǎng)景，并將加工原理、操作提示、注意事項(xiàng)、實(shí)操視頻等融入仿真實(shí)驗(yàn)，配套虛仿實(shí)驗(yàn)智能管理系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程跟蹤、實(shí)驗(yàn)評(píng)測(cè)和實(shí)驗(yàn)步驟分析.學(xué)生在自主學(xué)習(xí)過(guò)程中，可即時(shí)整改.虛擬仿真實(shí)驗(yàn)不受時(shí)間和空間限制，在加強(qiáng)學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解的同時(shí)，提高實(shí)驗(yàn)、實(shí)訓(xùn)室的利用率，還可通過(guò)數(shù)據(jù)的積累與分析進(jìn)—步改進(jìn)教學(xué)，提高教學(xué)質(zhì)量與學(xué)生的實(shí)踐能力.虛擬仿真實(shí)驗(yàn)內(nèi)容涵蓋了光學(xué)零件加工的切割、滾圓、銑磨、精磨、拋光、定心磨邊及鍍膜的全部工序，每道工序均有獨(dú)立的實(shí)驗(yàn)界面.針對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的重難點(diǎn)問(wèn)題，在相應(yīng)的工序步驟間設(shè)置思考題，并對(duì)學(xué)生提出的問(wèn)題及時(shí)進(jìn)行線上研討.學(xué)生或訪客可在電腦端或手機(jī)端登錄教學(xué)平臺(tái)完成虛擬仿真實(shí)驗(yàn).

2.1.1切割和滾圓

切割和滾圓線上虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)原理及設(shè)備操作相對(duì)簡(jiǎn)單，容易上手，不作為實(shí)體實(shí)驗(yàn)教學(xué)的必學(xué)內(nèi)容，只作為理論教學(xué)的輔助，在完成理論知識(shí)學(xué)習(xí)的同時(shí)完成線上虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，加深對(duì)理論知識(shí)的理解，實(shí)驗(yàn)成績(jī)作為平時(shí)成績(jī)的一部分進(jìn)行考核.

2.1.2銑磨

實(shí)驗(yàn)中，依照操作提示，設(shè)定磨輪中徑、磨輪頭曲率半徑及夾具槽深度，軟件會(huì)根據(jù)被加工的零件是凸面還是凹面，來(lái)判斷數(shù)值的合理性，并針對(duì)不合理的數(shù)據(jù)給出相應(yīng)提示.虛擬仿真實(shí)驗(yàn)展現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)的真實(shí)場(chǎng)景，學(xué)生可根據(jù)操作提示熟悉設(shè)備的操作流程，完成工件安裝、角度調(diào)節(jié)、橫向及縱向偏移量的調(diào)節(jié)和加工時(shí)間的設(shè)置.改變磨輪軸與工件軸夾角，測(cè)量被加工零件的曲率半徑，繪制角度與曲率半徑的關(guān)系圖，分析角度與曲率半徑的關(guān)系，觀察在調(diào)整角度的時(shí)候，是否會(huì)在零件表面產(chǎn)生內(nèi)包或外包，并確定角度調(diào)整與縱向移動(dòng)量的關(guān)系.分析內(nèi)外包產(chǎn)生的原因，提出判斷方法，并分析內(nèi)外包大小與前后移動(dòng)量的關(guān)系；熟悉簡(jiǎn)易球徑儀的結(jié)構(gòu)，并確定球徑儀中測(cè)量環(huán)口徑與被加工零件口徑的大小關(guān)系；根據(jù)“提圈”加工的原則，利用球徑儀對(duì)標(biāo)準(zhǔn)件和被加工件進(jìn)行比較測(cè)量，驗(yàn)證被加工球面曲率半徑的大小與光圈高低的關(guān)系.

2.1.3精磨與拋光

使用上弧擺精磨拋光機(jī)對(duì)凹面零件進(jìn)行加工，下弧擺精磨拋光機(jī)對(duì)凸面零件進(jìn)行加工，零件的精磨與拋光在同一設(shè)備上進(jìn)行，根據(jù)提示，依次完成精磨模和拋光模的制作、準(zhǔn)球心高度及同軸度的調(diào)整、模具的安裝、工藝參數(shù)的設(shè)定及零件與夾具的安裝.熟悉合模、壓模、拋光皮修模和中介治具的結(jié)構(gòu)及作用.驗(yàn)證擺角、擺幅、轉(zhuǎn)速、準(zhǔn)球心高度與曲率半徑的關(guān)系，驗(yàn)證精磨過(guò)程中曲率半徑及光圈高低的變化規(guī)律.

2.1.4機(jī)械定心磨邊

根據(jù)操作提示，熟悉設(shè)備的開(kāi)關(guān)、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)及進(jìn)刀量調(diào)節(jié)旋鈕位置，觀察磨邊接頭的螺紋旋向與其旋轉(zhuǎn)方向的關(guān)系，完成接頭及磨輪安裝，接頭間距的調(diào)整、工藝參數(shù)的設(shè)定.通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證進(jìn)刀量與零件口徑的關(guān)系；根據(jù)被加工零件的形狀，輸入接頭口徑及對(duì)應(yīng)的零件的曲率半徑，計(jì)算定心系數(shù)，判斷是否可以采用機(jī)械定心磨邊的方式進(jìn)行加工；熟悉夾具修整器的結(jié)構(gòu)及使用方法.

2.1.5鍍膜

借助視頻教程，學(xué)習(xí)TFCalc英文軟件和MC中文膜系設(shè)計(jì)軟件的使用方法，并能夠運(yùn)用上述軟件優(yōu)化膜系、導(dǎo)入鍍膜材料及基底材料色散數(shù)據(jù)，能夠在基底材料上實(shí)現(xiàn)單面及雙面鍍膜的設(shè)計(jì).通過(guò)軟件模擬背面反射、入射波長(zhǎng)、入射角度對(duì)反射率及透射率的影響.針對(duì)單層增透膜，驗(yàn)證實(shí)現(xiàn)零反射時(shí)，入射介質(zhì)、薄膜材料、基底材料折射率之間的關(guān)系.根據(jù)操作提示，通過(guò)移動(dòng)鼠標(biāo)位置，認(rèn)識(shí)鍍膜機(jī)的蒸發(fā)系統(tǒng)、膜厚控制系統(tǒng)、真空系統(tǒng)的組成，熟悉各系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、工作原理及各部分的功能.根據(jù)虛擬仿真軟件提示，了解水、氣、電及設(shè)備的開(kāi)關(guān)順序；熟悉晶控片、光控片的位置及更換方法；熟悉基底溫度、工件轉(zhuǎn)速、真空度等工藝參數(shù)的數(shù)值范圍；熟悉鍍膜材料預(yù)熔參數(shù).

2.2實(shí)體實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)雖然可以模擬真實(shí)的實(shí)驗(yàn)環(huán)境和操作過(guò)程，但虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的結(jié)果和數(shù)據(jù)往往局限于模擬程序中的數(shù)據(jù)和結(jié)果，與真實(shí)實(shí)驗(yàn)存在一定的差異，仍然不能完全代替實(shí)體實(shí)驗(yàn)[13-14]，只能作為實(shí)體實(shí)驗(yàn)的補(bǔ)充，緩解實(shí)驗(yàn)設(shè)備數(shù)量少、耗材消耗量大、同一實(shí)驗(yàn)講解次數(shù)多等問(wèn)題，減少誤操作，降低安全隱患.實(shí)體實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)了如下幾部分內(nèi)容：

2.2.1銑磨

檢查銑磨機(jī)能否正常啟動(dòng)，轉(zhuǎn)向是否正確，完成磨輪、夾具、車(chē)刀的拆卸與安裝.結(jié)合虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，根據(jù)圖紙要求，準(zhǔn)備玻璃毛坯、磨具、夾具、量具及輔料，確定加工順序，并完成夾槽的制作，安裝被加工零件，調(diào)整工藝參數(shù)使得加工零件滿(mǎn)足圖紙要求，總結(jié)內(nèi)外包的判斷及消除方法；選擇合適的量具，對(duì)零件的中心厚度、邊厚差、曲率半徑和表面疵病進(jìn)行檢測(cè)，在確保加工表面為完整球面的前提下，分析磨輪軸與工件軸夾角變化對(duì)零件曲率半徑大小的影響，總結(jié)角度變化與縱向、橫向移動(dòng)量及移動(dòng)方向的關(guān)系.通過(guò)調(diào)整切削液的濃度，分析切削液濃度對(duì)加工時(shí)間的影響.利用球徑儀對(duì)標(biāo)準(zhǔn)件和被加工件進(jìn)行比較測(cè)量，確定被加工球面曲率半徑的大小與光圈高低的關(guān)系.

2.2.2精磨與拋光

檢查精磨拋光機(jī)是否正常啟動(dòng)，主軸轉(zhuǎn)向是否正確.根據(jù)圖紙要求，準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)設(shè)備、模具、夾具、耗材、量具、輔料；利用修模機(jī)自動(dòng)或手動(dòng)對(duì)合模、精磨模、拋光底模、壓模、拋光皮修模進(jìn)行修整，通過(guò)球徑儀對(duì)修整后模具的曲率半徑進(jìn)行測(cè)試，確定擺角、壓力、金剛砂粒度、轉(zhuǎn)速對(duì)模具曲率半徑的影響規(guī)律；將修整好的精磨模裝入中介治具，運(yùn)用球心儀調(diào)整準(zhǔn)球心高度及同軸度，調(diào)整工藝參數(shù)對(duì)零件進(jìn)行精磨，分析金剛石丸片曲率半徑對(duì)零件曲率半徑的影響，總結(jié)擺角、擺幅、準(zhǔn)球心高度變化、主軸轉(zhuǎn)速、擺速等工藝參數(shù)變化對(duì)零件曲率半徑R的影響規(guī)律，確定每道精磨所需時(shí)間.制作拋光模，確定被加工零件曲率半徑與膠層厚度、聚氨酯拋光皮厚度及拋光底模曲率半徑的關(guān)系，確定拋光皮形狀對(duì)R的影響規(guī)律；分析不能采用修合模的方式對(duì)拋光皮進(jìn)行修整原因.利用球心儀，通過(guò)中介治具調(diào)整拋光模的準(zhǔn)球心高度及同軸度；配備合適濃度的拋光粉，設(shè)置工藝參數(shù)對(duì)零件進(jìn)行拋光，分析拋光粉濃度對(duì)R及拋光效率的影響，確定拋光時(shí)間，并能夠正確使用光學(xué)樣板進(jìn)行高低光圈的識(shí)別、光圈的度量以及面型偏差的判斷.能夠運(yùn)用思維導(dǎo)圖對(duì)精磨、拋光工序中所需模具種類(lèi)、結(jié)構(gòu)、作用及使用中的注意事項(xiàng)進(jìn)行總結(jié).

2.2.3磨邊實(shí)體實(shí)驗(yàn)

準(zhǔn)備磨輪、磨邊接頭、修整器、車(chē)刀、量具及輔料.在仿真實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，熟悉設(shè)備的基本操作，進(jìn)一步掌握機(jī)械定心磨邊機(jī)的結(jié)構(gòu)及工作原理；正確安裝砂輪及磨邊接頭，調(diào)整磨邊接頭間距、磨邊砂輪進(jìn)刀量、砂輪與被加工零件的左右相對(duì)移動(dòng)量、工件轉(zhuǎn)速及磨輪轉(zhuǎn)速等工藝參數(shù)；對(duì)比磨邊接頭修整前后，零件的中心偏差及表面形貌，分析采用夾具修整器對(duì)磨邊接頭進(jìn)行修整及拋光處理對(duì)零件的中心偏差及表面形貌的影響；分析不同切削液濃度對(duì)加工效率的影響；確定磨邊接頭口徑大小與零件中心偏差的關(guān)系；總結(jié)磨輪轉(zhuǎn)速、工件轉(zhuǎn)速與中心偏差大小的關(guān)系.對(duì)磨邊后零件的口徑及表面進(jìn)行檢測(cè)，優(yōu)化工藝參數(shù)，獲取最佳的磨邊余量與加工時(shí)間.

2.2.4鍍膜

準(zhǔn)備測(cè)試設(shè)備、鍍膜材料、鍍膜樣品、夾具及輔料.正確使用鍍膜機(jī)、離子源、光控儀和精控儀，實(shí)現(xiàn)薄膜的制備及膜層厚度監(jiān)控；確定基底溫度、沉積速率與鍍膜材料色散數(shù)據(jù)關(guān)系；分析離子源工藝參數(shù)對(duì)鍍膜材料色散數(shù)據(jù)的影響；根據(jù)實(shí)測(cè)的工具因子（tooling值），在膜系設(shè)計(jì)軟件或膜厚儀中對(duì)膜層厚度進(jìn)行修改，確保監(jiān)測(cè)厚度與鍍膜樣品表面膜層厚度的一致性；將軟件中設(shè)計(jì)的膜系在鍍膜機(jī)中實(shí)現(xiàn)，對(duì)比設(shè)計(jì)曲線與實(shí)測(cè)曲線的區(qū)別；將實(shí)測(cè)色散數(shù)據(jù)導(dǎo)入設(shè)計(jì)軟件，對(duì)比理論曲線與實(shí)測(cè)曲線的區(qū)別，充分認(rèn)識(shí)正確獲取膜料色散數(shù)據(jù)對(duì)膜系設(shè)計(jì)的重要性；正確使用橢偏儀測(cè)試材料的色散數(shù)據(jù)；采用光譜儀及膜系設(shè)計(jì)軟件對(duì)材料的色散數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合.

2.3編制工藝規(guī)程

通過(guò)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)及實(shí)體實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)，熟悉了光學(xué)零件加工的工藝流程，提升了實(shí)踐能力，但對(duì)單工序及總體工藝的設(shè)計(jì)能力不足，為此，在完成虛擬仿真實(shí)驗(yàn)及實(shí)體實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，增加了工藝規(guī)程編制方面的教學(xué)內(nèi)容.

2.3.1編制銑磨工藝規(guī)程

在仿真實(shí)驗(yàn)和實(shí)體實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，根據(jù)被加工零件的形狀，確定加工余量及銑磨加工順序，給出平面毛坯圖、工序圖及技術(shù)要求；確定金剛石磨輪的尺寸、磨料的種類(lèi)、粒度、硬度、濃度及結(jié)合劑；確定夾具的材料及尺寸，給出開(kāi)槽深度及寬度，計(jì)算出工件軸與磨輪軸的夾角；根據(jù)被加工零件的材料及形狀，選擇合適的量具及輔料.根據(jù)準(zhǔn)球心加工工藝中“提圈”加工的原則，給出銑磨后球面曲率半徑的要求，并具有可操作性；完成透鏡銑磨工藝規(guī)程的編制，制作工藝卡片.

2.3.2編制精磨與拋光工藝規(guī)程

確定精磨、拋光余量及加工順序，給出各工序圖及技術(shù)要求；確定精磨金剛石丸片的尺寸、粒度、硬度、濃度及結(jié)合劑，給出丸片表面開(kāi)槽的個(gè)數(shù)、深度及寬度，完成精磨模的設(shè)計(jì)；根據(jù)精磨金剛石丸片的結(jié)構(gòu)，完成合模的設(shè)計(jì)；選擇合適型號(hào)及厚度的聚氨酯拋光皮，并根據(jù)零件的曲率半徑及拋光皮厚度，計(jì)算拋光底模及拋光底模修模的曲率半徑及口徑，完成拋光底模及拋光底模修模的設(shè)計(jì)；根據(jù)拋光模的尺寸完成壓模及拋光模修模的設(shè)計(jì)；確定精磨及拋光夾具的材料及尺寸，完成夾具的設(shè)計(jì)；根據(jù)加工時(shí)間及設(shè)備主軸數(shù)量，計(jì)算生產(chǎn)中各模具的數(shù)量；根據(jù)被加工零件的材料及形狀，選擇合適的量具及輔料；完成光學(xué)樣板的設(shè)計(jì)；給出切削液及拋光粉濃度；確定精磨、拋光工藝參數(shù)及注意事項(xiàng)；完成透鏡精磨、拋光工藝規(guī)程的編制，制作工藝卡片.

2.3.3編制磨邊工藝規(guī)程

根據(jù)被加工零件的材料及尺寸要求，確定磨邊接頭材料，完成磨邊接頭的設(shè)計(jì)；根據(jù)接頭口徑及零件曲率半徑，計(jì)算定心系數(shù)，驗(yàn)證機(jī)械定心磨邊的可行性；根據(jù)成品零件圖的技術(shù)要求，確定磨邊砂輪的尺寸、種類(lèi)、粒度、硬度，完成磨邊砂輪的設(shè)計(jì)；根據(jù)被加工零件的材料及形狀，選擇合適的量具及輔料；給出切削液濃度；確定機(jī)械定心磨邊工藝參數(shù)及注意事項(xiàng)；制作工藝卡片，編制機(jī)械定心磨邊工藝規(guī)程.

2.3.4編制鍍膜工藝規(guī)程

根據(jù)光學(xué)零件圖中對(duì)薄膜的技術(shù)要求，確定膜系結(jié)構(gòu)，給出各層膜的材料及厚度、工具因子、薄膜沉積工藝參數(shù)；根據(jù)零件圖的尺寸，完成工裝夾具的設(shè)計(jì)；完成鏡片清洗工藝的設(shè)計(jì)；確定離子源工藝參數(shù)及預(yù)熔工藝參數(shù)；確定測(cè)試儀器及輔料；確定薄膜沉積工藝參數(shù)及注意事項(xiàng)；完成鍍膜工藝規(guī)程的編制，制作工藝卡片.為了確保工藝的穩(wěn)定性和生產(chǎn)的高效性，在編制工藝規(guī)程過(guò)程中，還需綜合考慮上下工序的加工余量、光圈、表面粗糙度的匹配，對(duì)整體的加工路線進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì).

2.4編制作業(yè)指導(dǎo)書(shū)

結(jié)合虛擬仿真實(shí)驗(yàn)、實(shí)體實(shí)驗(yàn)及工藝規(guī)程編制，完成作業(yè)指導(dǎo)書(shū)模板的制作.以文圖相結(jié)合的形式，列出各工序中加工及檢測(cè)設(shè)備的操作規(guī)程，給出各工序中的零件圖及技術(shù)要求，列出詳細(xì)的工作步驟及每一步所需設(shè)備、工裝、輔料、同時(shí)加工件數(shù)及用時(shí)；確定每道工序的工藝參數(shù)，標(biāo)明注意事項(xiàng)及具體要求；完成各工序作業(yè)指導(dǎo)書(shū)的編制，并運(yùn)用作業(yè)指導(dǎo)書(shū)指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)，在實(shí)驗(yàn)中持續(xù)改進(jìn)、細(xì)化作業(yè)指導(dǎo)書(shū)的內(nèi)容，完善工藝規(guī)程，提高加工效率，確保工藝的穩(wěn)定性.

3實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)與教學(xué)實(shí)踐

3.1案例驅(qū)動(dòng)，學(xué)以致用，提高學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性

以一款車(chē)載攝像頭中新月形透鏡的成品零件圖為案例，成品零件圖如圖3所示，對(duì)光學(xué)零件的技術(shù)要求如表2所示，零件的材料為H-ZLAF50B.

任務(wù)要求：完成線上虛擬仿真實(shí)驗(yàn)；結(jié)合虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，根據(jù)各工序的圖紙要求，完成實(shí)體實(shí)驗(yàn)，針對(duì)實(shí)驗(yàn)中遇到的問(wèn)題，通過(guò)小組討論、師生研討、文獻(xiàn)檢索等方式，提出解決方案，做出合格的零件；完成全工序的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)及實(shí)體實(shí)驗(yàn)后，結(jié)合理論及實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)，完成磨輪的設(shè)計(jì)、夾具設(shè)計(jì)、量具的設(shè)計(jì)、輔料準(zhǔn)備，編制各工序的工藝規(guī)程；編制各工序的作業(yè)指導(dǎo)書(shū)，并將電子版材料上傳教學(xué)平臺(tái).

3.2不斷學(xué)習(xí)，持續(xù)改進(jìn)

在學(xué)習(xí)任務(wù)的驅(qū)動(dòng)下，結(jié)合理論知識(shí)的學(xué)習(xí)，完成虛擬仿真實(shí)驗(yàn)任務(wù).實(shí)體實(shí)驗(yàn)中，通過(guò)自主學(xué)習(xí)、小組討論、師生研討等學(xué)習(xí)方式，運(yùn)用基本工具、計(jì)算分析工具及專(zhuān)業(yè)化工具等，解決實(shí)驗(yàn)中遇到的問(wèn)題.完成全工序的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)及實(shí)體實(shí)驗(yàn)后，全面考慮各工序間零件表面粗糙度、曲率半徑、加工余量的配合，確定加工路線，繪制各工序中的零件圖，根據(jù)零件圖及實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有設(shè)備條件，嘗試編制各工序的工藝規(guī)程，編制各工序作業(yè)指導(dǎo)書(shū).再利用編制的作業(yè)指導(dǎo)書(shū)對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行指導(dǎo)，形成閉環(huán)，發(fā)現(xiàn)各環(huán)節(jié)中存在的問(wèn)題，并提出解決方案，實(shí)現(xiàn)對(duì)光學(xué)零件加工工藝設(shè)計(jì)的持續(xù)改進(jìn).通過(guò)參與光學(xué)零件加工的全過(guò)程，激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力及工藝設(shè)計(jì)能力.

3.3課程思政的融入

將課程思政貫穿于教學(xué)的全過(guò)程，比如講到模具、量具設(shè)計(jì)對(duì)提高生產(chǎn)效率的重要性時(shí)，引用“工欲善其事必先利其器”，加深學(xué)生對(duì)模具、量具設(shè)計(jì)重要性的理解；在實(shí)體實(shí)驗(yàn)中遇到用理論知識(shí)無(wú)法解決的實(shí)踐問(wèn)題時(shí)，引用“紙上得來(lái)終覺(jué)淺絕知此事要躬行”，強(qiáng)調(diào)實(shí)踐的重要性，重申技術(shù)人員不能眼高手低；由于高效加工設(shè)備的主軸轉(zhuǎn)速或磨輪轉(zhuǎn)速很高，一旦誤操作或模具及磨輪設(shè)計(jì)不合理，都可能產(chǎn)生不良后果，威脅人身安全，強(qiáng)調(diào)在實(shí)驗(yàn)和生產(chǎn)中要樹(shù)立安全意識(shí).

3.4多元化考核評(píng)價(jià)機(jī)制

教學(xué)評(píng)價(jià)不應(yīng)只成為教學(xué)結(jié)束后評(píng)判學(xué)生是否達(dá)到教學(xué)目標(biāo)的工具，更應(yīng)該是協(xié)助學(xué)生培養(yǎng)自我修正能力的途徑.考核評(píng)價(jià)的形式、分?jǐn)?shù)比例、評(píng)價(jià)方式及反饋整改措施如表3所示.其中，線上虛仿實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)評(píng)價(jià)自動(dòng)化，學(xué)生自主學(xué)習(xí)過(guò)程中，可根據(jù)系統(tǒng)評(píng)分，即時(shí)進(jìn)行整改；實(shí)體實(shí)驗(yàn)的評(píng)價(jià)以結(jié)果為導(dǎo)向，以各工序的圖紙的技術(shù)要求為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)；對(duì)于工藝規(guī)程及作業(yè)指導(dǎo)書(shū)，則側(cè)重對(duì)內(nèi)容合理性和實(shí)用性評(píng)價(jià)，考核學(xué)生對(duì)小口徑光學(xué)零件加工工藝的持續(xù)改進(jìn)能力.

4總結(jié)

光學(xué)零件加工技術(shù)實(shí)驗(yàn)課程是面向光電信息科學(xué)與工程專(zhuān)業(yè)開(kāi)設(shè)的專(zhuān)業(yè)方向課，是一門(mén)實(shí)踐性和應(yīng)用性很強(qiáng)的專(zhuān)業(yè)課，對(duì)學(xué)生的實(shí)踐能力及工藝設(shè)計(jì)能力的提升起著重要的作用.本文面向產(chǎn)業(yè)需求，針對(duì)古典加工技術(shù)及傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的不足，以任務(wù)驅(qū)動(dòng)為主線，運(yùn)用虛實(shí)結(jié)合、實(shí)驗(yàn)教學(xué)與產(chǎn)業(yè)融合的方法，重構(gòu)光學(xué)零件高效加工實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，將課程思政貫穿于教學(xué)全過(guò)程，并建立了相應(yīng)的多元化考核評(píng)價(jià)機(jī)制.學(xué)生通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的學(xué)習(xí)、總結(jié)，完成工藝規(guī)程及作業(yè)指導(dǎo)書(shū)編制，再通過(guò)編制的作業(yè)指導(dǎo)書(shū)對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行指導(dǎo)，形成閉環(huán)，在此過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)各環(huán)節(jié)中存在的問(wèn)題，并提出解決方案，實(shí)現(xiàn)對(duì)光學(xué)零件加工工藝設(shè)計(jì)的持續(xù)改進(jìn)，激發(fā)了學(xué)生的自主學(xué)習(xí)興趣，增強(qiáng)了學(xué)生的實(shí)踐能力，能夠更好地適應(yīng)工作崗位.希望該方案可為光學(xué)零件加工技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)提供參考，豐富光學(xué)零件加工技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的內(nèi)容.

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[責(zé)任編輯：劉紅霞]

Design and Teaching Practice of High-efficient Fabrication Experiment for Small-aperture Optical Parts

YANG Yongliang1， ZHANG Hongyun2， MO Qiuyan2 ，LI Na1* ，WU Keyue1

（1.West Anhui University， Lu’an， Anhui， 237012， China；2.Kaili University， Kaili， Guizhou， 556011， China）

Abstract：

In order to meet the need for high-efficient fabrication engineering talents for optical parts with the rapid development of vehicle lens industry ， according to the deficiencies of the classical processing technology and the traditional experimental teaching，through the combination of virtuality and practice and the integration of experimental teaching and related industries， students can complete the entire process of equipment operation， process design and work instruction preparation according to the experimental tasks， students can find the problems in each link and propose solutions through the closed-loop learning and exploration， and the processing of small-aperture optical parts can be achieved continuous improvement，this teaching design will be benefit to stimulate the motivation of students and improve the ability of practice and process design step by step.

Key words：

Optical elements；high-efficient fabrication engineering；the combination of virtuality and practice；process design