小曲率透鏡高效加工工藝的研究

摘 要：在眾多種類的光學元件中，球面光學元件的應用頻率較高，小曲率半徑透鏡因其自身特點尤為突出，因此對小曲率半徑透鏡加工工藝的研究極有意義。文中采用SPM-60數控銑磨機對毛坯玻璃進行銑磨和精磨工序，以滿足拋光工序對零件粗糙度和面形的要求；在此基礎上采用SPS-60數控拋光機，對小曲率透鏡進行拋光工序。通過正交試驗，研究了拋光模轉速、拋光模壓力、拋光時間對零件面形的影響，并利用單因素實驗確定了拋光小曲率透鏡的最佳工藝參數。通過實驗研究發現，在使用SPS-60數控拋光機對小曲率透鏡拋光時，最佳的工藝參數為拋光模轉速700r/min，拋光模壓力0.16bar，拋光時間500s。

關鍵詞：小曲率透鏡；拋光；拋光模轉速；拋光模壓力；拋光時間；光圈

隨著光學技術的發展，光學元件的應用領域不斷擴展，需求數量正迅猛增長。在眾多種類的光學元件中，球面光學元件應用頻率較高，光學設計中，透鏡的曲率半徑是最重要的特性參數之一。因此，在球面透鏡的加工過程中，確保所加工的光學球面曲率半徑滿足設計要求，是應用于實際的關鍵。

文章以此高速生產工藝為基礎，通過使用德國LOH公司生產的SPM-60數控銑磨機及SPS-60數控拋光機，來完成對小曲率透鏡的高效加工。在加工中，利用正交工藝試驗，研究了拋光模壓力、轉速、拋光時間對透鏡光潔度及面形的影響，并通過單因素實驗確定了最佳的工藝參數。

1 實驗

1.1 加工及檢測設備

實驗加工的透鏡，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。實驗中使用的加工設備為德國LOH公司生產的SPM-60數控銑磨機以及SPS-60數控拋光機。檢測使用的工具有千分表、光學標準樣板及6倍放大鏡。

1.2 實驗方法

首先使用SPM-60數控銑磨機對毛坯玻璃進行銑磨和精磨工序，以滿足拋光工序對零件粗糙度和面形的要求。使用設備自帶的精磨金剛石磨輪完成加工，即可滿足拋光所需要的粗糙度要求。在此基礎上使用SPS-60數控拋光機，對小曲率透鏡進行拋光工序。在拋光工序中，通過正交試驗，研究了拋光模壓力、拋光模轉速、拋光時間對零件面形的影響，并通過單因素實驗，最終確定了拋光小曲率透鏡的最佳工藝參數。

2 實驗結果及分析

根據正交試驗的結果，分析了不同水平下單因素的極差，如表2所示。結合加工完成元件所測量的矢高差，通過計算相應因素的極差，確定了每種因素的影響程度。

對實驗結果進行分析，得到拋光模轉速極差最大，表明在拋光過程中，該因素對元件面形影響最大，研拋壓力次之，拋光時間最后。在此基礎上利用單因素實驗，確定每種因素的最佳工藝參數。

2.1 拋光模轉速對光學元件面形的影響

首先，通過單因素實驗主要研究了拋光模轉速的變化對加工元件面形的影響。在單因素實驗中，確定了拋光模壓力為0.15bar，拋光時間為500s。待加工元件為經銑磨、精磨后，矢高為-3um的小曲率透鏡，檢測量為加工元件的光圈。

分析認為，拋光模具在研磨中，當拋光模轉速增加時，由于工件邊緣線速度較快，導致相對速度較大，元件邊緣研磨量大，光圈升高。

2.2 拋光模壓力對光學元件面形的影響

在研究拋光模壓力對光學元件面形影響的單因素實驗中，確定了相對轉速為400r/min，拋光時間為500s。待加工元件為經銑磨、精磨后，矢高為-3um的小曲率透鏡，檢測量為加工元件的光圈。分析認為，拋光模具在研磨中，對元件邊緣的壓力小于中心的壓力，導致元件中心研磨量大，光圈降低。

2.3 拋光時間對光學元件面形的影響

在研究拋光時間對光學元件面形影響的單因素實驗中，確定了拋光模轉速為400r/min，拋光模壓力為0.1bar。待加工元件為經銑磨后，矢高為-3um的小曲率透鏡。

實驗結果表明，隨著研磨時間的延長，光圈有升高的趨勢。分析認為，當研磨時間增加時，元件在壓力和轉速的影響下，邊緣部分研磨量較大，導致元件光圈升高。

通過以上單因素實驗研究了不同工藝因素對加工元件面形的影響情況。結合單因素實驗結果選取拋光模轉速為700r/min，拋光模壓力為0.16bar，拋光時間為500s，對經銑磨、精磨后矢高為-3um的小曲率透鏡進行拋光，檢測結果發現元件光潔度滿足要求，光圈為-1道圈，確定為實際加工的最佳工藝參數。

3 結束語

通過實驗研究發現，在使用SPS-60數控拋光機對小曲率透鏡拋光時，最佳的工藝參數為拋光模轉速700r/min，拋光模壓力0.16bar，拋光時間500s。通過利用該工藝參數，可對小曲率透鏡進行快速的加工。大批量生產中，結合銑磨、精磨后零件面形的特點，統籌安排零件加工次序，最終能夠完成對零件的高效加工。

參考文獻

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