光學(xué)冷加工工藝簡介
摘要：光學(xué)冷加工行業(yè)主要生產(chǎn)光學(xué)元器件，為光學(xué)儀器、光電子圖像信息處理產(chǎn)品等的下游行業(yè)提供鏡片、鏡頭等光學(xué)元件，在整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈構(gòu)成中處于生產(chǎn)半成品的中間環(huán)節(jié)。光學(xué)冷加工工藝的合理性，對產(chǎn)品的質(zhì)量，生產(chǎn)效率有顯著影響。
1.光學(xué)冷加工發(fā)展現(xiàn)狀
我國光學(xué)冷加工加工技術(shù)，雖然有較長歷史但具有完整的生產(chǎn)工藝是在1950年以后。光學(xué)冷加工工藝在1950年之前雖然已有所采用，但完整性不足。新中國成立以后，經(jīng)過光學(xué)行業(yè)各方面人士的努力，逐步形成了較為完善的加工工藝。經(jīng)過半個(gè)多世紀(jì)的發(fā)展，本世紀(jì)初，我國光學(xué)制造業(yè)進(jìn)入了發(fā)展的高峰，已形成了很強(qiáng)的生產(chǎn)能力，并取得了較為輝煌的成果。
據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我國光學(xué)制造能力已達(dá)到每年可達(dá)五億件以上。我國光學(xué)冷加工的能力在國際上應(yīng)當(dāng)是名列前茅的，但我們的生產(chǎn)工藝卻是比較落后的。主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：
（1）不能大批量生產(chǎn)高精度元件。
（2）不能制造高精度的特種光學(xué)零件。
究其原因有很多，主要原因如下：
（1）生產(chǎn)設(shè)備比較落后，精度及速度無法適應(yīng)現(xiàn)代化生產(chǎn)的需要。
（2）執(zhí)行工藝規(guī)程不夠。
（3）沒有專門工藝研究和工藝設(shè)備的研究開發(fā)單位。
（4）暫未形成相關(guān)的行業(yè)法規(guī)。
在國際光電產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移的趨勢下，世界范圍內(nèi)的光學(xué)冷加工產(chǎn)能均大規(guī)模向中國轉(zhuǎn)移。目前中國的元件制造商主要給亞洲的光電產(chǎn)品制造商配套生產(chǎn)為主。
國內(nèi)的傳統(tǒng)光學(xué)加工企業(yè)抓住機(jī)遇，向現(xiàn)代光學(xué)加工企業(yè)轉(zhuǎn)型。通過與國際先進(jìn)企業(yè)的積極合作，國內(nèi)企業(yè)憑借制造成本優(yōu)勢使企業(yè)的生產(chǎn)規(guī)模迅速擴(kuò)大，拉動(dòng)光學(xué)冷加工行業(yè)進(jìn)入一輪高速成長的景氣循環(huán)，中國大陸成為繼中國臺灣之后全世界最大規(guī)模的光學(xué)冷加工產(chǎn)能承接地和聚集地。
國內(nèi)光學(xué)元件產(chǎn)業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀如下：
（1）國內(nèi)企業(yè)憑借制造成本優(yōu)勢使企業(yè)的生產(chǎn)規(guī)模迅速擴(kuò)大。
（2）國家大幅增加了對光學(xué)元器件及光電應(yīng)用的技術(shù)研發(fā)與投入。
（3）通過與國際先進(jìn)企業(yè)的積極合作，國內(nèi)的傳統(tǒng)光學(xué)加工企業(yè)抓住機(jī)遇，向現(xiàn)代光學(xué)加工企業(yè)轉(zhuǎn)型。
（4）不少產(chǎn)品的國內(nèi)市場主要份額已被中國廠家所占據(jù)并保持較大數(shù)量的出口。
以上這些都為中國光學(xué)元件產(chǎn)業(yè)進(jìn)一步參與國際競爭奠定了可靠的基礎(chǔ)。
國內(nèi)光學(xué)元件產(chǎn)業(yè)發(fā)展勢頭強(qiáng)硬，但同時(shí)有著阻礙產(chǎn)業(yè)發(fā)展的因素：
（1）企業(yè)群體龐大，但規(guī)模小而分散。
（2）高端技術(shù)難以達(dá)到，而傳統(tǒng)光學(xué)元件產(chǎn)業(yè)競爭激烈，利潤低而微薄。
（3）工藝技術(shù)、核心材料、關(guān)鍵器件與生產(chǎn)設(shè)備4個(gè)關(guān)鍵因素落后。
（4）在產(chǎn)業(yè)布局上，目前國內(nèi)光學(xué)產(chǎn)業(yè)大部分仍集中在產(chǎn)業(yè)鏈的中低端，缺乏規(guī)模化的系統(tǒng)配套與產(chǎn)業(yè)，部分重要的器件與材料依舊需要進(jìn)口。
（5）光電企業(yè)與研究院所相互獨(dú)立，難以取得相互支持的有利效應(yīng)。
2.光學(xué)零件加工的工藝流程
光學(xué)零件加工的工藝流程隨加工方式不同而異。光學(xué)零件的加工方式主要有兩類：傳統(tǒng)（古典）加工工藝和機(jī)械化加工工藝，中小批量主要以傳統(tǒng)加工工藝為主。傳統(tǒng)工藝的特點(diǎn)主要有：
（1）使用散粒磨料及通用機(jī)床，以輪廓成形法對光學(xué)玻璃進(jìn)行研磨加工。操作中以松香柏油粘結(jié)膠為主進(jìn)行粘結(jié)上盤。先用金剛砂對零件進(jìn)行粗磨與精磨，然后使用松香柏油拋光模與拋光粉（主要是氧化鈰）對零件進(jìn)行拋光加工。影響工藝的因素多而易變，加工精度可變性也大，通常是幾個(gè)波長數(shù)量級。高精度者可達(dá)幾百分之一波長數(shù)量級。
（2）手工操作量大，工序多，操作人員技術(shù)要求高。對機(jī)床精度，工夾磨具要求不那么苛刻，適于多品種，小批量、精度變化大的加工工藝采用。
傳統(tǒng)加工工藝過程，以一個(gè)透鏡為例，先后依次經(jīng)過以下一些工序：
（1）毛坯加工。包括按光學(xué)零件圖選擇合適的塊料，切割整平、劃分、膠條、滾圓開球面。
（2）粗磨加工。使表面粗糙度及球面半徑符合細(xì)磨要求。傳統(tǒng)工藝中粗磨是單件進(jìn)行的。一般采用傳統(tǒng)工藝加工的工廠中，粗磨車間往往包括毛坯加工。
（3）上盤：粗磨之后，經(jīng)清洗，將一個(gè)個(gè)透鏡毛坯按同半徑組合成盤。即依靠粘結(jié)膠把分散的透鏡固定在球形粘結(jié)膜上，應(yīng)注意的是成盤時(shí)要使每一個(gè)透鏡毛坯的被加工面都處于同一半徑的球面上。
（4）細(xì)磨拋光工序。在加工第一表面時(shí)，細(xì)磨到拋光過程中一般是不需拆盤的，即一次一盤完成。操作中，先使用粒度依次變細(xì)的三至四道金鋼砂將被加工面研磨到拋光要求的表面粗糙度，然后清洗，進(jìn)行拋光。拋光是用一定半徑的拋光模加拋光粉進(jìn)行。一面加工完畢后，涂上保護(hù)膜，翻面再進(jìn)行上盤。細(xì)磨拋光加工第二表面。
（5）定心磨邊工序。透鏡加工過程中會出現(xiàn)光軸和定位軸偏離（稱為偏心）。定心磨邊的任務(wù)是消除偏心，并使側(cè)圓柱面徑向尺寸達(dá)到裝配要求。傳統(tǒng)工藝的磨邊常在光學(xué)定心磨邊機(jī)上進(jìn)行。
（6）鍍膜工序，對表面有透光要求的透鏡，要加鍍增透膜。球面反射鏡要鍍反射膜。有的還要鍍其它性質(zhì)的薄膜，依使用要求由設(shè)計(jì)決定。
（7）膠合工序。對成象質(zhì)量要求較高的鏡頭，往往采用幾塊透鏡膠合而成。膠合應(yīng)在鍍膜以后進(jìn)行。
以上這些工藝過程可簡略表示如下：
選料——切割——整平——膠條——滾圓——開球面——粗磨球面——上盤——細(xì)磨——拋光——下盤；
第二面上盤——細(xì)磨——拋光——下盤——定心磨邊——鍍膜——鏡片膠合。
3.結(jié)束語
本文對我國光學(xué)零件的加工工藝過程進(jìn)行簡要的總結(jié)，并提出一套適合中小批量光學(xué)產(chǎn)品生產(chǎn)的工藝要求。對中小批量光學(xué)鏡片的生產(chǎn)具有一定的指導(dǎo)意義。
發(fā)布時(shí)間 : 2021-10-21
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