1、第第1111章章 透镜的定心磨边透镜的定心磨边第一节第一节 透镜的中心差透镜的中心差n透镜的定心磨边透镜的定心磨边n是使透镜的光轴与圆柱面几何轴是使透镜的光轴与圆柱面几何轴线重合（或基准轴），同时把外线重合（或基准轴），同时把外圆磨到给定的尺寸。圆磨到给定的尺寸。n定心定心n磨边磨边一、透镜中心误差的定义一、透镜中心误差的定义n（一）定义及术语（一）定义及术语n中心误差的定义：光学表面定心顶点处的法中心误差的定义：光学表面定心顶点处的法线对基准轴的偏离量。线对基准轴的偏离量。光学表面曲率中心定心顶点光学表面基准轴1 1、面倾角、面倾角n光学表面定心顶点处的法线与基准轴的光学表面定心顶点处的法线
2、与基准轴的夹角即面倾角夹角即面倾角（单位：分）（单位：分）x2、中心偏或偏心差中心偏或偏心差c cn透镜几何轴与光轴在透镜中心处的偏离量，对于薄透镜几何轴与光轴在透镜中心处的偏离量，对于薄透镜即透镜几何中心对光心的偏离量（单位：透镜即透镜几何中心对光心的偏离量（单位：mm）。）。3、球心偏球心偏 a an透镜光学表面的曲率中心对基准轴的偏离量。4、边厚差、边厚差n透镜边缘厚度的差值（单位：透镜边缘厚度的差值（单位：mm）。）。t二、透镜中心差各种表述之间的关系二、透镜中心差各种表述之间的关系n1、偏心差与边厚差的关系、偏心差与边厚差的关系FlncDt)1(2、面倾角与球心偏的关系、面倾角与球心
3、偏的关系 设被定心的光学表面曲率半径为设被定心的光学表面曲率半径为R R，则该面，则该面的面倾角的面倾角 与球心偏与球心偏a a的关系的关系310291.0Ra3、偏心差与面倾角的关系、偏心差与面倾角的关系310)1(291.0Flncn4、偏心差与球心偏的关系、偏心差与球心偏的关系121221RRRaRac111qRa222qRa 11Rc22Rc11q22q三、定心磨边步骤三、定心磨边步骤n一、定心：通过一定的方法寻找并确定一、定心：通过一定的方法寻找并确定透镜光轴与基准轴重合的位置，即使透透镜光轴与基准轴重合的位置，即使透镜诸光学表面定心顶点处的法线与基准镜诸光学表面定心顶点处的法线与基
4、准轴重合的位置。轴重合的位置。n二、磨边：相对于确定了的透镜光轴，二、磨边：相对于确定了的透镜光轴，磨削透镜的外圆，以获得光轴与基准轴磨削透镜的外圆，以获得光轴与基准轴重合的外圆直径，达到所要求数值的透重合的外圆直径，达到所要求数值的透镜。镜。第二节第二节 光学定心的原理及方法光学定心的原理及方法 n定心的实质是将透镜的两球心置于机床定心的实质是将透镜的两球心置于机床的回转轴线上，从而把以光轴为中心的的回转轴线上，从而把以光轴为中心的磨边过程，变为以机床轴线为回转中心磨边过程，变为以机床轴线为回转中心修磨透镜外圆的过程。修磨透镜外圆的过程。一、表面反射像定心法一、表面反射像定心法n1 1、肉眼
5、观察法、肉眼观察法特点：使用设备、方法简单，但定心精度不高，一般为特点：使用设备、方法简单，但定心精度不高，一般为0.05mm左右，它适用于单件、小批量生产。左右，它适用于单件、小批量生产。2 2、自准显微镜观察法（球心反射像法）、自准显微镜观察法（球心反射像法）特点：定心精度高，可达特点：定心精度高，可达0.005mm，但视场小，找像困难。，但视场小，找像困难。球面反射像定心仪球面反射像定心仪成像矫正点与定心仪位置的确定成像矫正点与定心仪位置的确定 当物镜的物方当物镜的物方焦距置于校正点上焦距置于校正点上时，使其与透镜非时，使其与透镜非粘结面间的距离粘结面间的距离x x不不得小于得小于101
6、0mmmm，以便以便于操作；于操作；当必须观当必须观察两个表面的球心察两个表面的球心象时，如果两校正象时，如果两校正点相距甚远，则可点相距甚远，则可分别选用两个焦距分别选用两个焦距不同的可调物镜。不同的可调物镜。n3、影响定心精度的因素影响定心精度的因素 n机床主轴的径向跳动机床主轴的径向跳动 应使机床主轴的径向应使机床主轴的径向跳动量小于定心精度。跳动量小于定心精度。n定心夹头定心夹头 n夹头的几何轴与机床主轴的重合精度应高于定心夹头的几何轴与机床主轴的重合精度应高于定心精度精度 n夹头端面应与几何轴线严格垂直夹头端面应与几何轴线严格垂直n观察方法观察方法 二、透射二、透射像像定心法定心法n
7、透射定心就是将透镜粘在接头上转动时，通过工透射定心就是将透镜粘在接头上转动时，通过工件透射过来的十字分划象的跳动来定心。实际上件透射过来的十字分划象的跳动来定心。实际上是测定透镜象方焦点对基准轴的偏离量，反映出是测定透镜象方焦点对基准轴的偏离量，反映出透镜几何轴与光轴在透镜光心处的偏离。透镜几何轴与光轴在透镜光心处的偏离。c=bn/2 c=bn/2物镜放大率；物镜放大率；bb分划板实际格值；分划板实际格值；nn跳动跳动格数。格数。n定位精度低，一般为定位精度低，一般为0.01-0.10.01-0.1；相对比较复杂，；相对比较复杂，且当透镜象方焦点对基准轴的偏离量为零时，此且当透镜象方焦点对基准
8、轴的偏离量为零时，此法无法发现，一般不用。法无法发现，一般不用。透射透射像像定心仪定心仪三、光学电视定心法三、光学电视定心法n定心原理定心原理n精度分析精度分析NC41四、激光定心法四、激光定心法n组成：激光器，二维的位置传感器，电子处理组成：激光器，二维的位置传感器，电子处理和显示部分。和显示部分。n测量原理：从激光发出的光经可调焦的光学系测量原理：从激光发出的光经可调焦的光学系统，通过定心透镜，在透镜后用带可调千分尺统，通过定心透镜，在透镜后用带可调千分尺的光电晶体转换器接收光点像，然后将光点像的光电晶体转换器接收光点像，然后将光点像显示在显示器上。透镜是夹在两个空心夹具显示在显示器上。透
9、镜是夹在两个空心夹具（接头）之间的，激光可以通过，而且是通过（接头）之间的，激光可以通过，而且是通过透镜的中心。通过转动透镜可以从光点在感光透镜的中心。通过转动透镜可以从光点在感光片上的移动确定偏心差是多少。片上的移动确定偏心差是多少。第三节第三节 机械法定心磨边工艺机械法定心磨边工艺 n一、定心原理一、定心原理 将被定心透镜放在一对同轴精度高、端将被定心透镜放在一对同轴精度高、端面精确垂直于轴线的夹头之间，利用弹面精确垂直于轴线的夹头之间，利用弹簧压力来实现定心的。使透镜整个表面簧压力来实现定心的。使透镜整个表面与接头端面接触，这时透镜的两个表面与接头端面接触，这时透镜的两个表面的球心位于接
10、头的轴线上，使透镜被夹的球心位于接头的轴线上，使透镜被夹紧的同时达到定心的目的。紧的同时达到定心的目的。定心角定心角n定心角是指在接头轴线平面内，透镜定心角是指在接头轴线平面内，透镜-接头接接头接触点的切线与过该点且垂直于回转轴的直线间触点的切线与过该点且垂直于回转轴的直线间的夹角的夹角。分为总定心角、单侧定心角。分为总定心角、单侧定心角。4DR2Dtan2i2iiiiii2RDtan21双凸、双凹取双凸、双凹取“+”号，其余取号，其余取“-”号号 111sinNP 222sinNP 111 NQ222 NQ111111coscosNQF222222coscosNQF11111cossinNN
11、22222cossinNN11tan22tan定心力：定心力：摩擦力：摩擦力：定心条件：定心条件：摩擦力的摩擦力的竖直分力：竖直分力：二、机械定心的条件二、机械定心的条件42211RDRDD1、D2为夹具的直径；为夹具的直径；R1、R2为透镜两表面的曲率半径。为透镜两表面的曲率半径。若双凸、双凹透镜，取若双凸、双凹透镜，取“+”号；号；一凸一凹透镜，取一凸一凹透镜，取“”号；号；若有一面为平面，则其中一项为零。若有一面为平面，则其中一项为零。KRDRD42211一般玻璃与钢夹头之间的摩擦系数为一般玻璃与钢夹头之间的摩擦系数为0.150.15则则K0.15 K0.15 定心角定心角=17=173
12、030，定心可行；，定心可行；若若0.1K0.150.1K0.15，则相当于则相当于=12-=12-17173030，则定心则定心情况差；情况差；K0.1K0.1，相当于相当于12 12，则定心不可能。，则定心不可能。三、对定心夹头的要求三、对定心夹头的要求n1.夹头轴与机床主轴的同轴度，一般要求夹头轴与机床主轴的同轴度，一般要求0.003-0.005mm；n2.定心接头端面精确垂直几何轴，端面粗糙度达定心接头端面精确垂直几何轴，端面粗糙度达到到0.05微米以上。微米以上。n3.夹具外径比透镜完工直径小夹具外径比透镜完工直径小0.2-0.03mm。n4.夹头壁厚一般为夹头壁厚一般为1mm，并且
13、壁端为锥面。，并且壁端为锥面。n5.一般夹头位黄铜一般夹头位黄铜H50、H62或钢材料。或钢材料。四、影响机械定心精度的因素四、影响机械定心精度的因素n1.夹持透镜的两个主轴的同轴度；夹持透镜的两个主轴的同轴度；n2.透镜的类型；透镜的类型；n3.定心接头与机床主轴的同轴度、定心接头与机床主轴的同轴度、端面粗糙度；端面粗糙度；n4.透镜与夹具的摩擦系数；透镜与夹具的摩擦系数；n5.透镜的曲率半径和夹头的直径。透镜的曲率半径和夹头的直径。42211RDRDn机械法定心的特点机械法定心的特点n操作简便，加工效率高，适用于中等尺操作简便，加工效率高，适用于中等尺寸、中等精度透镜的大批量生产。寸、中等
14、精度透镜的大批量生产。n夹头最小直径的选择夹头最小直径的选择n查表查表第四节第四节 定心磨边工艺定心磨边工艺n一、磨边和倒角一、磨边和倒角n1、磨边、磨边图图11-12常见的透镜磨边方式常见的透镜磨边方式(a)平行磨削平行磨削(b)倾斜磨削倾斜磨削(c)端面磨削端面磨削(d)垂直磨削垂直磨削2、倒角、倒角成型金刚石磨轮的磨边与倒角成型金刚石磨轮的磨边与倒角 砂轮倒角砂轮倒角倒角模倒角倒角模倒角3、倒角宽度、倒角宽度零件直径零件直径倒角宽度倒角宽度/mm倒角位置倒角位置非胶合面非胶合面胶合面胶合面用滚边固定用滚边固定360.1+0.10.1+0.10.1+0.1 6100.1+0.10.1+0.
15、10.3+0.2 1018 18300.3+0.20.3+0.20.4+0.20.5+0.3 3050 50800.4+0.30.2+0.20.7+0.80.8+0.4 801200.5+0.40.3+0.3 1201500.6+0.5零件直径零件直径与表面半与表面半径的比值径的比值倒角的斜角倒角的斜角凸面凸面凹面凹面平面平面 0.7450450450 0.71.5300600 1.52不倒角不倒角900二、影响定心精度的因素二、影响定心精度的因素n1、机床主轴的径向跳动、机床主轴的径向跳动n2、定心磨边接头、定心磨边接头n材料及结构：光学法定心接头用黄铜材料及结构：光学法定心接头用黄铜HPb
16、59-1或或H62；机械定心接头可用黄铜或；机械定心接头可用黄铜或45钢。一般接头外径比透镜完工直径小钢。一般接头外径比透镜完工直径小0.1-0.4mm。光学定心接头应带有通气小孔。光学定心接头应带有通气小孔。n技术要求：同轴度与垂直度；接触面尽可能技术要求：同轴度与垂直度；接触面尽可能小；端面用小；端面用W7金刚砂或尼布加氧化铬抛亮。金刚砂或尼布加氧化铬抛亮。n3、定心角、定心角三、影响定心的工艺因素三、影响定心的工艺因素n1、磨轮、磨轮磨边方法磨边方法光学法定心磨边光学法定心磨边机械法定心磨边机械法定心磨边工件转速工件转速/（r/min）200500310进刀量进刀量/mm0.020.10
17、0.512、粘结胶、粘结胶n对粘接胶的要求对粘接胶的要求n足够的强度足够的强度n软化点较低软化点较低n清洗容易清洗容易n化学中性化学中性n常用粘结胶主要成分常用粘结胶主要成分n松香蜂蜡胶松香蜂蜡胶n胶层薄、熔点低、脆性大，适用于胶层薄、熔点低、脆性大，适用于中等直径透镜。中等直径透镜。n松香漆片胶松香漆片胶n粘接力大，脆性小，适用于各种直粘接力大，脆性小，适用于各种直径的透镜。径的透镜。磨边粘结胶配方磨边粘结胶配方n松香（松香（50%）、虫胶（）、虫胶（50%），适用），适用于大透镜及特殊零件。于大透镜及特殊零件。n松香（松香（86-95%）、矿物油（）、矿物油（14-5%），），适用于中小透
18、镜。适用于中小透镜。n松香（松香（90-95%）、蜂蜡（）、蜂蜡（10-5%），），适用于中等直径透镜。适用于中等直径透镜。3、冷却液、冷却液n磨边冷却液可分为油性和水性两种，具有粘磨边冷却液可分为油性和水性两种，具有粘度低度低,冷却性强，润滑性好等特点，同时不损冷却性强，润滑性好等特点，同时不损害皮肤，对机床设备无锈蚀，对环境无污染。害皮肤，对机床设备无锈蚀，对环境无污染。一般采用一般采用401#冷却液、冷却液、GX水基冷却液等。另水基冷却液等。另外，透镜的磨边一般都是在抛光之后进行，外，透镜的磨边一般都是在抛光之后进行，因此，磨边时必须考虑抛光表面的防腐蚀处因此，磨边时必须考虑抛光表面的防
19、腐蚀处理，一般是在磨边冷却液中加入理，一般是在磨边冷却液中加入1%的抛光液的抛光液稳定剂。稳定剂。四、四、磨边余量的确定磨边余量的确定透镜直径透镜直径mm2441010202035 356060100100以上以上磨边余量磨边余量mm0.60.81.21.62.02.53.0透镜口径透镜口径310102020353555558080110 110边厚差边厚差0.30.40.50.60.70.81五、各种定心方法定心精度的比较五、各种定心方法定心精度的比较定心方法定心方法精度精度/mm备注备注表面反射像定心表面反射像定心0.030.10精度中等精度中等适合小批量生产，适合小批量生产，对工人要求高
20、，对工人要求高，效率较低。效率较低。自准直球心定心自准直球心定心0.0050.04精度高精度高透射定心透射定心0.010.10精度中等精度中等机械定心机械定心0.010.10精度中等，适合大批量生产，精度中等，适合大批量生产，对工人要求低，效率高。对工人要求低，效率高。六、常见疵病及产生原因六、常见疵病及产生原因n常见表面疵病常见表面疵病n崩边、外径不圆、表面划伤、水印、零件脱崩边、外径不圆、表面划伤、水印、零件脱落等落等n产生疵病的主要原因产生疵病的主要原因n机床精度、接头质量、磨轮形状、工艺参数机床精度、接头质量、磨轮形状、工艺参数选择不合理选择不合理七、透镜边厚差的检验七、透镜边厚差的检
21、验 被定心透镜由被定心透镜由三个钢球支承着，三个钢球支承着，两只定位销紧靠着两只定位销紧靠着透镜的外圆柱面，透镜的外圆柱面，形成五点支承。用形成五点支承。用千分表紧固在支架千分表紧固在支架上，其测量头顶住上，其测量头顶住透镜的边部圆周上，透镜的边部圆周上，旋转透镜一周，其旋转透镜一周，其千分表的跳动量就千分表的跳动量就是透镜在这个环带是透镜在这个环带上的边厚差。上的边厚差。作业作业n1、叙述球心自准像定心的原理。、叙述球心自准像定心的原理。n2、采用机械法对一双凹透镜进行、采用机械法对一双凹透镜进行定心，当定心角为定心，当定心角为18时刚好可以时刚好可以实现定心过程，请准确计算所用定实现定心过程，请准确计算所用定心夹头的最小直径（小数点后保留心夹头的最小直径（小数点后保留2位）。透镜两面的曲率位）。透镜两面的曲率R均为均为200mm。
