光学冷加工

 

光学元件冷加工工艺介绍

 

 

 

 

 

一、光学冷加工的含义

光学仪器制造已是一门古老的工程技术， 照相机、望远镜及其显微镜等各种光学

仪器中的光学零件(透镜， 棱镜等)在加工过程中， 不产生高温及高温反映或高温

现象而又可以达到通过高温热加工的加工效果就称为“光学冷加工”。

下面是几种光学冷加工的产品：

 

 

二、光学冷加工的特点

1、光学冷加工与一般的机械加工有根本的区别，这些差别是由被加工材料的性

能特殊及零件要求特别高的精度和光洁度所决定的 . 由于零件是以玻璃为原材

料，它具有很高的硬度和脆性， 因此，必须用比玻璃还硬的金刚砂或金刚钻来加

工玻璃。

2、光学冷加工的另一特点就是夹持方式。

在金属加工中，工件主要是用卡盘等机械夹具来夹固的，而在光学冷加工的

细磨抛光等主要工序中， 却不能采用这种夹具。 一方面：由于玻璃的脆性而不允

许采用这种方法， 另一方面： 由于光学零件要求相当高的精度， 如果采用机械夹

紧方法，常会使零件在夹紧时产生变形， 即使在加工过程中加工得非常完美， 但

在松开夹具后， 又由于零件恢复变形而破坏了所要求的精度。 所以，光学零件在

细磨、抛光前须用粘结物粘贴在金属模盘上而组成“镜盘”。

由于光学零件要求极高的表面精度和光洁度， 因此，在设计一个光学车间时，

除了考虑一般的条件外，还应特别注意环境的防尘及恒温。

光学加工的特点很多， 在此不多赘述，有些特点将在下述加工过程中加以介绍．

 

三、光学冷加工的加工过程

光学元件如窗口片、透镜、平面镜，尤其是棱镜的形状多样，它们的加工工艺不能完全介绍，在此，在此介绍一下一般的加工过程 其加工过程，基本由以下三部分组成，即: 毛坯加工、成形加工、最终加工。

 

 

 

 

 

光学冷加工主要工艺流程如下图：

 

 

1. 毛坯加工：

目前由玻璃厂供应给光学车间的玻璃基本有两类， 一类是块状玻璃， 一类是压型

毛坯。在应用块状玻璃时，为了获得所要求的毛坯形状，必须经过开料、滚圆等。

 

2.成形加工

将毛坯加工到符合图纸要求的外形尺寸及表面光洁度， 是光学冷加工中的主要部

分，又包括: 粗磨、细磨、抛光、定心磨边（透镜）等工序。

 

·粗磨 :

光学零件的粗磨是从毛坯上磨去余量， 使其接近图纸所要求的形状、 尺寸，为下

道工序—细磨做准备。粗磨过程一般是散粒磨料研磨，一般选用较粗的砂进行粗磨

如W40或W28磨料。

主要是尖硬的磨料颗粒对玻璃表面的机械破碎去除过程，水解作用是次要的。

 

·细磨:

粗磨后的零件是比较粗糙的， 它的几何形状与图纸要求还有一定距离，必须经过细磨、

抛光后才能达到外形尺寸和表面光洁度的要求。 粗略地讲， 细磨与粗磨的区别在于细

磨时所用磨料的粒度要比粗磨时细，使用为了使加工能经济合理， 在细磨时常把一定数量的零件用粘结胶粘铁模上进行成盘加工。把细磨后的零件经过清洗就直接进行下道工序的加工—抛光， 然后把抛光了的表面镀保护层， 镜盘，清洗后再进行另一面的细磨、抛光。

 

 

·抛光:

经过细磨的零件已基本达到规定的外形尺寸， 虽然其表面已经很细， 也相当平滑，

但还是比较粗糙的， 光线还是不能理想地通过各折射面。 抛光的作用就是对这些

极微小的不平滑表面进行加工，使零件成为透明。

 

从运动的角度来看，抛光与细磨是相互的，因此，它们是采用同一类型的机器，

但所用的磨料及模子有很大的变化。

抛光时是用比玻璃还软的氧化钵或红粉等抛光剂来代替金刚砂磨料。 模子的铸铁

表面不直接与玻璃接触， 而是浇有一层沥青、 松香等就混合物， 通常称为“抛光

模”或“腊板”。 在其表面开有沟槽， 使在抛光时能贮存一定数量的抛光剂。 抛

光时将抛光模表面与镜盘的被加工表面互相吻合， 并在两表面间不断地加抛光剂

溶液，从而把玻璃表面抛亮。

 

·定心磨边 :

抛光后，如果是透镜还需要定心磨边。

透镜的光轴(两个球面中心的连线)与透镜的几何轴(对透镜边缘等距的中

心线)是偏离的， 它的边缘厚度是不相等的。 如果透镜的几何轴与其光轴偏离(简

称为偏心)，则装配到镜筒后就会影响成像质量，因此，抛光后的零件须进行定

心磨边。

目前常用的定心方法有光学定心及机械定心两种， 采用光学定心时， 先把透镜粘

在可旋转的中心接头上， 借助光学装置来调整透镜在中心接头上的位置， 使透镜

的光轴与中心接头的回转轴一致， 然后用金刚石砂轮把透镜的边缘磨到规定的外

径，以获得光轴与机械轴一致的透镜，用这种对心方法，精度可达 5 微米左右。

机械定心法是先把透镜夹在两个按相同方向旋转的中心接头中旋转， 由透镜的离

心力而使透镜自动定心， 然后由中心接头将透镜压紧， 用金刚石砂轮磨边。 定心

精度是由机床及中心接头轴线的重合精度而定，目前精度为 10 微米左右，适合

于大批量、中等精度零件的生产 。

 

3.最终加工

光学元件达到图纸所要求的全部外形尺寸， 光圈要求，光洁度等指标后

但还不能说已达到了全部技术要求，往往对透镜、反光镜等还须进行镀膜、

胶合等其它最终加工。

 

·镀膜 :

光学仪器往往由许多透镜组成， 由于玻璃表面对光线的散射及玻璃本身对光线的

吸收，会使光线的亮度在通过光学系统后遭到损失， 从而影响成象质量。 因此在

仪器的设计、 制作中，除尽量减少光学零件数和用与玻璃的折射率相近的透明树

脂把玻璃表面互相胶合起来以减少散射光外， 还采用镀透光膜的方法来减少散射

光。此外，尚有提高反光镜表面反射率的反光膜、半透明半反射的析光膜、抗蚀

保护膜等。目前镀膜的方法很多，主要有化学镀膜和真空镀膜两类。

 

·胶合 :

除镀膜外， 有些零件还要求把两块或三块透镜互相胶合。 胶合时，先在专用装置

上固定中心使得各透镜的光轴互相重合， 然后用透明树脂胶合在一起。

 

 

 

 

 

 

四、光学冷加工的意义

光学冷加工工艺在机械加工中是一门特殊的工艺， 它在光学仪器制造中是个重要的环节， 它的加工精度直接影响着仪器的质量， 它的加工效率直接影响到仪器的产量和成本。 目前已有许多工厂探索、 掌握和应用了光学加工的新工艺、新技术，这些新工艺新技术对于光学零件等的制造产生了重大的影响。