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光学冷加工工艺和设备现状及其发展

更新日期:2006-08-20  作者:  来源:

一、历史的回顾

我国光学仪器的加工技术,虽然有较长历史但形成批量生产并具有完整的工艺是在新中国成立后。光学冷加工工艺在解放前虽然已有所采用,但缺乏完整性。解放后经过光学行业各方面人士及职工的努力,方逐步形成了较完善的加工方法。

五十年代初期,光学行业的设备陈旧,工艺落后。进入第一个五年计划后,加工工艺主要是采用“苏联”的工艺,设备也是由苏联引的和按“苏联”图纸制造的专用设备,二十世纪六十年代初期,国内个别厂家由德国引进了先进设备(如铣磨机和光学对中心磨边机),受到这些设备的启示,国内在六十年代中期开始工艺科研和研制新设备。首先进行的是研究粗磨机机械化和设计粗磨机,由于设备和工艺的改进,加工效率有很大的提高,但是后来受政治形势的影响,光学工艺的革新受到冲击,刚见成效的工艺革新,就此停止。二十世纪七十年代中期,对光学冷加工技术改造和技术革新提出了“四化”目标,即毛坯型料化、粗磨机械化、精磨高速化、定心磨边自动化。经过努力,这些目标全部在二十世纪八十年代初基本实现了。光学工业实现了光学冷加工“四化”,为军转民生产光学仪器奠定了有力基础。二十世纪八十年代针对当时民用光学仪器生产,又提出了光学零件制造的新四化,即抛光高速化,清洗超声化,辅助工序机械化和辅料商品化。“新四化”,虽然受到了管理体制改变的影响,在研制设备和进行工艺科研的时间和深度不够理想,但全部实现了。

二十世纪八十年代重点是对光学加工机理和工艺因素的研究和探讨,通过科研人员和课题组的努力,均取得了理想的科研成果。在光学零件的定摆磨削和光学零件加工中不同牌号玻璃与不同结合剂的丸片之间的合理匹配都在光学加工方面有了突破,引起光学界的重视。这些科研的成果对光学加工工业起了重要作用,为了我们进一步提高光学加工的科研水平,奠定了雄厚的基础,为新的创新开辟了道路。

二十世纪八十年代是我们光学技术和工艺科研硕果累累的时期。不但在光学加工的基础理论方面,而在加工设备,加工工艺,加工模具,以及辅料等方面都取得了可喜成果。如光学加工机理,光学零件加工工艺因素,光敏胶,PH值稳定剂,光学导电膜,易腐蚀玻璃保护膜;PJM-320平面精磨机,QJM220球面精磨机,QJP-100与QJP-40光学中球面与小球面精磨抛光机;光学零件复制法;光学零件超声清洗代替清擦,光学零件真空吹塑包装以及自聚焦透镜制造等等,真是不胜枚举。这些科研成果,不但通过了部级鉴定,而且均获得子部级奖励或国家发明将。

进入九十年代后,在中国光学行业有了更大的进展,这是由于光学产品出口,光学工艺也随着有了更大的改变和进展。我们采用了几十年的成盘加工工艺受到了冲击,而单件光学加工在光学批量生产中占据了统治地位。
本世纪初,我国光学制造业已取得了辉煌的成果,进入了发展的高峰,已形成了很强的生产能力。

据有数字统计的资料,我国光学制造能力已超过了五亿件/年,当然这不包括,一些小型民办企业的生产能力。在亚洲也好,在世界上也好,中国光学冷加工的能力应当是名列前茅的,但我们的技术水平却是比较落后。主要是表现在不能大批量生产高精度元器件,大部分企业不能长期稳定生产,不能制造高精度的特种光学零件。造成此种现象的原因:a.执行工艺规程不够b.没有专门工艺研究和工艺设备的研究开发单位c.没有行业法规d.没有软件贸易企业,没有“光学工程”的承包单位。

光学加工设备和光学工艺的发展是分不开的。孔夫子说过“工欲善其事,必先利其器”。这说明设备在工艺技术发展中的重要性。

我国光学加工设备和国际上光学设备的发展过程是一致的,即脚踏、机动、电动。基本是两大系列,一是德国系列、二是日本系列。解放前主要是德国设备为主,即从1936年云光厂成立,从国外引进的德国设备如:单轴粗磨机、二轴精磨抛光机、四轴精磨抛光机、五轴精磨抛光机等。二是伪满的大陆科学院为维修使用的光学仪器从日本购进的设备。解放后156项中的西光厂又从苏联购进了光学加工设备、它的原型机亦是德国设备、如ЩМ-500和ЩnМ-350型单轴粗磨机、ЩnМ-350三轴精磨抛光机、ЩnМ-200中型六轴精磨抛光机、和ЩnМ-60小型六轴抛光机以及Ц-2型定心磨边机等。

在上世纪六十年代末期、由长春专用设备厂研制出了GM0.8铣磨机、南仪厂又在七十年代初期研制出GP-5型高抛机(后改成Q835型)。铣磨代替了粗磨、高抛代替了古典抛光。这是光学制造史上具有重要意义的年代。此后研制出了PJM-320。在平面加工方面实现高速化起了决定性的作用。

二、光学加工技术发展沿革

光学加工技术发展来看,我国光学加工技术主要分为两大分支。一支就是原五十三工厂承袭德国人的加工技术,基本上就是散粒磨料加工,古典式抛光,而另一分支是新中国成立以后,为配合156项援建项目而引进的苏联的加工技术。它主要包含有散粒磨料粗磨,古典式和准球心抛光,弹性胶盘,柏油抛光模和自准定心磨边。
由古典方法转向机械化粗磨(铣磨)、准球心抛光,是光学制造业的一次重大的变革。

光学加工改革起着推动作用的是兵器工业“739”会议。上世纪七十年中期是我国光学制造技术大变革的时期。八十年代光学制造技术最大变革由成盘加工转向单件加工。

单件加工很早就在日本采用,1983年“北总”是从日本引进PenTaxK1000相机开始引进这种技术和设备的。而部分技术人员和工人早在这以前从事劳务出口时,在日本已经接确此项工艺,但由于我们在八十年代初期,虽然引进了设备,而在工艺结构上还不完善,没有相应配套的工装和辅料,所以采用上述设备后,生产效率并不高。加之当时,生产批量不大,没能引起人们的注意和足够的认识。但是一些专家看到了此种工艺的特点,它很适合中国国情。因此北总在1983年于江西召开的工艺研讨会上把它列入了三条高效生产线之内。这三条生产线即:平面高效生产线(228厂承担)、球面单件生产线(308和598厂承担),刚性上盘球面零件高效生产线(248和原5208厂承担)。

北总在江西开会的同时,机械部决定由沈工所(沈阳仪器仪表工艺研究所)牵头,江西光学仪器总厂,南京电影机厂等单位参加研究建立一条刚性上盘最佳参数高效生产线。由于技改投资强度大,研制单位多力量雄厚,所以很快研制成功,经专家门鉴定认为是国内第一条光学零件高效生产线,在国内具有领先地位。这样,一时在全国光学行业兴起一股光学零件刚性上盘进行加工的热流。国内不少厂订购了这种设备(每条生产线含三台Q826铣磨机和四台Q875精磨抛光机)。此生产线可以完成粗磨、精磨、超精磨和抛光等光学加工任务。事情总有它的两面性,最佳参数生产线具有高效,精度较高,流水作业等优点,但同时又有一定的缺点,如个别零件(中心特别薄的负透镜等)不能加工,模具制造难度大以及相应配套的辅料需要进口或配套供应等。这样使这股刚性上盘热很快冷下来,取而代之的是单件加工的高效生产技术。这是由于大批量生产引起的,首先“云华”合资厂为进行大批量生产望远镜而引进成套加工设备和加工工艺。由于它的高效和操作方式很适合中国国情,加之是按工艺结构全面引进(即按产品加工要求成套引进设备、技术及辅料),所以很快就得到了国人的认可,为了使这一工艺和设备早日实现国产化,二九八厂、南仪厂、光辉厂都投入了一定的力量进行研制。于1990年研制出了国产四轴单件精磨机。继之,二九八厂亦研制出了精磨机、抛光机、磨边机等设备。北总科技局很重视单件加工技术的国产化,在研制经费上给予了支持,使得单件加工在我国很快的推广起来。现在单件加工设备已经有了一个较完善的系列。相应的辅料也有部分能够生产。

单件加工在大批量生产中,目前在中国的光学行业起着重要作用。但在上个世纪末和本世纪初世界光学仪器行业发展很迅速,同时光电仪器在更多的领域得到应用。在光学加工方面除了对批量有较大的要求外,更重要的是要提高加工精度,扩大加工范畴。因而国内光学工艺方面的专家对非球面加工,自聚焦透镜制造,导波器件制造进行了研究和探讨,而且取得了初步成果。

经过几十年的努力,我国光学行业建立了自己的光学加工工艺,研制出一系列的光学加工设备。有些设备已成为国内名牌产品,有的已出口援外或外贸出口。这些设备有Q826、Q875、Q835A、QM-80、YG367、YG368、QA8510等名牌设备,最近我们又研制出了环抛机床和下摆机床。

光学加工技术的发展是随着光学仪器的发展而发展,同时各相关专业的发展也对其起着重要的影响。新的加工技术,新的加工设备都需各专业配合特别是数控技术的配合方能研制成功,我们相信在本世纪初会有更多新的光学加工技术和加工设备出现。

三、技术引进对我国光学加工的促进

我国引进光学加工设备和技术,主要是从日本、德国、韩国等国家引进,也有部份是从英国和美国引进的。

四、光学加工实力及存在问题

我们将在下面分析一下我国光学加工行业的实力和存在问题。

光学加工手段,随着光电行业的发展,进入二十一世纪后,有较大发展和充实。光学加工工业存在的主要问题如下:

a.光电事业有了很大发展,研制出不少具有世界先进水平的产品。产品虽然研制出来,但是投入批量生产却很难。其主要原因是产品设计工艺设计脱钩,配合不当。我们在工艺上的研究还很浅,在光学加工方面还没有形成一个完整的工艺体系。

b.生产手段是对生产力影响的重要因素。

制造水平低是和设备有关的。光学加工设备的数量不均衡是一个原因,而更重要的是很多设备加工效率低,精度差,有30%以上的设备上仿苏设备和国产设备,国产设备原型机多为日本和韩国设备,其中一部分设备根本没有投入生产。而从现有的设备和检测仪器看:不能满足发展的需求。

c.多年来,我国光学行业沿袭着一种不正常的观念。即重视产品设计和研究的技术人员,而从事工艺设计和制造技术人员却得不到足够的重视。这样,从事工艺科研的人员减少,从而影响了加工水平的提高。

d.近年来,很多光学厂进行了改造,但在光学加工技术引进和技术改造方面的项目还不多,同时,国有企业在这方面的投入很不够,没有一定的投资强度,就不可能形成强有力的生产基础,达到预期的产出目的。

五、发展对策

回顾历史,认识现实,其目的是为了未来的发展。如何发展我们光学加工工业,以适应光学电子仪器行业的发展和市场的需求,提出如下对策:

1、建立完整的光学加工工艺体系:

a.制定工艺方法及确定发展道路

根据产品的发展和市场需求,确定出我们自己的工艺方法和发展道路。开发产品要考虑其有否技术继承性,确定工艺也要考虑其继承性。目前透镜制造日本是以单件加工为主,而德国基本上以成盘为主。那么中国应以什么加工方式为主,确定我们光学加工工艺发展道路?这是建立工艺体系的关键。是光学加工发展和提高的当务之急,否则今天采用单件加工,最佳参数生产线就会闲置一旁;而明天采用成盘加工,日本设备又无用武之地,只有制定出标准的加工方法确定出工艺发展路线,我们方能将有限的资金用于发展重点和缩短发展时间。

b.完善光学加工的工艺结构

确定光学加工的发展道路之后,要根据制定的加工方法和发展道路以及市场需求完善工艺结构。工艺结构应由下面七个部分组成:

(a)加工材料;(b)加工要求;(c)加工设备;(d)加工工艺装置;(e)加工用辅料;(f)加工技术;(g)加工人员水平。

上述工艺结构的七个基元必须匹配得当。对工艺各基元之间的制约关系一定要进行分析和合理设计

单件生产线所以能受到认可,是由于开始引进时是全面配套引进的。设备、模具、辅料以及人员培训等全按日本的模式引进的,这样才有高效率。国产化不只是仿制设备,而工装,辅料以及人员培训都应配套进行。

c.加强工艺科研

加强光学工艺基础理论研究是提高光学加工技术水平的必要条件。基础理论的研究将会为提高现有加工技术水平奠定有力的基础。过去没有很好的开发光学工艺基础理论的研究,主要是没有独立科研单位。建立光学工艺科研单位,方能保证光学工艺科研顺利进行。

d.相关专业的配合

光学加工技术涉及的学科很多,诸如力学、化学、电子等学科。因此光学加工技术水平的提高与未来的发展都必须有相关专业的配合。如是科研课题攻关,则应由主管部门组织相关专业共同进行,共同享受科研成果;如是学术研究,则应由学会邀请相关学科研究人员参加,共同探讨和论证。

2、培养人才,调整人才结构

对任何一个生产或科研领域,人才都是重要的,而在光学加工领域更为重要,目前,怎样培养出一批即能上机操作,又能编制工艺的工人是很重要的;同时要对现有的光学加工技术人才结构进行调整,一是使原来单一光学技术人员调整为光学机械、化工、电子等多专业技术方队。这样才能适应发展的需要。二是对现有的技术人员进行知识更新和进行经营和管理方面的知识补课。这样,技术人员才能在制定工艺规程时从经营,价值工程等多方面考虑问题。

3、加强投入

自从改革开放以来,光学行业进行的技术改造和技术引进项目较少,技术提高不大。为改变目前这种落后面貌和适应光学行业的发展以及市场的需求,必需加大对光学加工技术改造和技术引进的投资。没有大的投入,不会有大的产出。

4、企业联合,携手共进

竞争是提高和进步的积极因素,如果我们在竞争的同时,又能联合,携手共进,将使我们的光学制造业能有更大的发展和进步。

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