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光學冷加工工藝和設備現狀及其發展

更新日期:2006-08-20  作者:  來源:

一、歷史的回顧

我國光學儀器的加工技術,雖然有較長歷史但形成批量生產并具有完整的工藝是在新中國成立后。光學冷加工工藝在解放前雖然已有所采用,但缺乏完整性。解放后經過光學行業各方面人士及職工的努力,方逐步形成了較完善的加工方法。

五十年代初期,光學行業的設備陳舊,工藝落后。進入第一個五年計劃后,加工工藝主要是采用“蘇聯”的工藝,設備也是由蘇聯引的和按“蘇聯”圖紙制造的專用設備,二十世紀六十年代初期,國內個別廠家由德國引進了先進設備(如銑磨機和光學對中心磨邊機),受到這些設備的啟示,國內在六十年代中期開始工藝科研和研制新設備。首先進行的是研究粗磨機機械化和設計粗磨機,由于設備和工藝的改進,加工效率有很大的提高,但是后來受政治形勢的影響,光學工藝的革新受到沖擊,剛見成效的工藝革新,就此停止。二十世紀七十年代中期,對光學冷加工技術改造和技術革新提出了“四化”目標,即毛坯型料化、粗磨機械化、精磨高速化、定心磨邊自動化。經過努力,這些目標全部在二十世紀八十年代初基本實現了。光學工業實現了光學冷加工“四化”,為軍轉民生產光學儀器奠定了有力基礎。二十世紀八十年代針對當時民用光學儀器生產,又提出了光學零件制造的新四化,即拋光高速化,清洗超聲化,輔助工序機械化和輔料商品化。“新四化”,雖然受到了管理體制改變的影響,在研制設備和進行工藝科研的時間和深度不夠理想,但全部實現了。

二十世紀八十年代重點是對光學加工機理和工藝因素的研究和探討,通過科研人員和課題組的努力,均取得了理想的科研成果。在光學零件的定擺磨削和光學零件加工中不同牌號玻璃與不同結合劑的丸片之間的合理匹配都在光學加工方面有了突破,引起光學界的重視。這些科研的成果對光學加工工業起了重要作用,為了我們進一步提高光學加工的科研水平,奠定了雄厚的基礎,為新的創新開辟了道路。

二十世紀八十年代是我們光學技術和工藝科研碩果累累的時期。不但在光學加工的基礎理論方面,而在加工設備,加工工藝,加工模具,以及輔料等方面都取得了可喜成果。如光學加工機理,光學零件加工工藝因素,光敏膠,PH值穩定劑,光學導電膜,易腐蝕玻璃保護膜;PJM-320平面精磨機,QJM220球面精磨機,QJP-100與QJP-40光學中球面與小球面精磨拋光機;光學零件復制法;光學零件超聲清洗代替清擦,光學零件真空吹塑包裝以及自聚焦透鏡制造等等,真是不勝枚舉。這些科研成果,不但通過了部級鑒定,而且均獲得子部級獎勵或國家發明將。

進入九十年代后,在中國光學行業有了更大的進展,這是由于光學產品出口,光學工藝也隨著有了更大的改變和進展。我們采用了幾十年的成盤加工工藝受到了沖擊,而單件光學加工在光學批量生產中占據了統治地位。
本世紀初,我國光學制造業已取得了輝煌的成果,進入了發展的高峰,已形成了很強的生產能力。

據有數字統計的資料,我國光學制造能力已超過了五億件/年,當然這不包括,一些小型民辦企業的生產能力。在亞洲也好,在世界上也好,中國光學冷加工的能力應當是名列前茅的,但我們的技術水平卻是比較落后。主要是表現在不能大批量生產高精度元器件,大部分企業不能長期穩定生產,不能制造高精度的特種光學零件。造成此種現象的原因:a.執行工藝規程不夠b.沒有專門工藝研究和工藝設備的研究開發單位c.沒有行業法規d.沒有軟件貿易企業,沒有“光學工程”的承包單位。

光學加工設備和光學工藝的發展是分不開的。孔夫子說過“工欲善其事,必先利其器”。這說明設備在工藝技術發展中的重要性。

我國光學加工設備和國際上光學設備的發展過程是一致的,即腳踏、機動、電動。基本是兩大系列,一是德國系列、二是日本系列。解放前主要是德國設備為主,即從1936年云光廠成立,從國外引進的德國設備如:單軸粗磨機、二軸精磨拋光機、四軸精磨拋光機、五軸精磨拋光機等。二是偽滿的大陸科學院為維修使用的光學儀器從日本購進的設備。解放后156項中的西光廠又從蘇聯購進了光學加工設備、它的原型機亦是德國設備、如ЩМ-500和ЩnМ-350型單軸粗磨機、ЩnМ-350三軸精磨拋光機、ЩnМ-200中型六軸精磨拋光機、和ЩnМ-60小型六軸拋光機以及Ц-2型定心磨邊機等。

在上世紀六十年代末期、由長春專用設備廠研制出了GM0.8銑磨機、南儀廠又在七十年代初期研制出GP-5型高拋機(后改成Q835型)。銑磨代替了粗磨、高拋代替了古典拋光。這是光學制造史上具有重要意義的年代。此后研制出了PJM-320。在平面加工方面實現高速化起了決定性的作用。

二、光學加工技術發展沿革

光學加工技術發展來看,我國光學加工技術主要分為兩大分支。一支就是原五十三工廠承襲德國人的加工技術,基本上就是散粒磨料加工,古典式拋光,而另一分支是新中國成立以后,為配合156項援建項目而引進的蘇聯的加工技術。它主要包含有散粒磨料粗磨,古典式和準球心拋光,彈性膠盤,柏油拋光模和自準定心磨邊。
由古典方法轉向機械化粗磨(銑磨)、準球心拋光,是光學制造業的一次重大的變革。

光學加工改革起著推動作用的是兵器工業“739”會議。上世紀七十年中期是我國光學制造技術大變革的時期。八十年代光學制造技術最大變革由成盤加工轉向單件加工。

單件加工很早就在日本采用,1983年“北總”是從日本引進PenTaxK1000相機開始引進這種技術和設備的。而部分技術人員和工人早在這以前從事勞務出口時,在日本已經接確此項工藝,但由于我們在八十年代初期,雖然引進了設備,而在工藝結構上還不完善,沒有相應配套的工裝和輔料,所以采用上述設備后,生產效率并不高。加之當時,生產批量不大,沒能引起人們的注意和足夠的認識。但是一些專家看到了此種工藝的特點,它很適合中國國情。因此北總在1983年于江西召開的工藝研討會上把它列入了三條高效生產線之內。這三條生產線即:平面高效生產線(228廠承擔)、球面單件生產線(308和598廠承擔),剛性上盤球面零件高效生產線(248和原5208廠承擔)。

北總在江西開會的同時,機械部決定由沈工所(沈陽儀器儀表工藝研究所)牽頭,江西光學儀器總廠,南京電影機廠等單位參加研究建立一條剛性上盤最佳參數高效生產線。由于技改投資強度大,研制單位多力量雄厚,所以很快研制成功,經專家門鑒定認為是國內第一條光學零件高效生產線,在國內具有領先地位。這樣,一時在全國光學行業興起一股光學零件剛性上盤進行加工的熱流。國內不少廠訂購了這種設備(每條生產線含三臺Q826銑磨機和四臺Q875精磨拋光機)。此生產線可以完成粗磨、精磨、超精磨和拋光等光學加工任務。事情總有它的兩面性,最佳參數生產線具有高效,精度較高,流水作業等優點,但同時又有一定的缺點,如個別零件(中心特別薄的負透鏡等)不能加工,模具制造難度大以及相應配套的輔料需要進口或配套供應等。這樣使這股剛性上盤熱很快冷下來,取而代之的是單件加工的高效生產技術。這是由于大批量生產引起的,首先“云華”合資廠為進行大批量生產望遠鏡而引進成套加工設備和加工工藝。由于它的高效和操作方式很適合中國國情,加之是按工藝結構全面引進(即按產品加工要求成套引進設備、技術及輔料),所以很快就得到了國人的認可,為了使這一工藝和設備早日實現國產化,二九八廠、南儀廠、光輝廠都投入了一定的力量進行研制。于1990年研制出了國產四軸單件精磨機。繼之,二九八廠亦研制出了精磨機、拋光機、磨邊機等設備。北總科技局很重視單件加工技術的國產化,在研制經費上給予了支持,使得單件加工在我國很快的推廣起來。現在單件加工設備已經有了一個較完善的系列。相應的輔料也有部分能夠生產。

單件加工在大批量生產中,目前在中國的光學行業起著重要作用。但在上個世紀末和本世紀初世界光學儀器行業發展很迅速,同時光電儀器在更多的領域得到應用。在光學加工方面除了對批量有較大的要求外,更重要的是要提高加工精度,擴大加工范疇。因而國內光學工藝方面的專家對非球面加工,自聚焦透鏡制造,導波器件制造進行了研究和探討,而且取得了初步成果。

經過幾十年的努力,我國光學行業建立了自己的光學加工工藝,研制出一系列的光學加工設備。有些設備已成為國內名牌產品,有的已出口援外或外貿出口。這些設備有Q826、Q875、Q835A、QM-80、YG367、YG368、QA8510等名牌設備,最近我們又研制出了環拋機床和下擺機床。

光學加工技術的發展是隨著光學儀器的發展而發展,同時各相關專業的發展也對其起著重要的影響。新的加工技術,新的加工設備都需各專業配合特別是數控技術的配合方能研制成功,我們相信在本世紀初會有更多新的光學加工技術和加工設備出現。

三、技術引進對我國光學加工的促進

我國引進光學加工設備和技術,主要是從日本、德國、韓國等國家引進,也有部份是從英國和美國引進的。

四、光學加工實力及存在問題

我們將在下面分析一下我國光學加工行業的實力和存在問題。

光學加工手段,隨著光電行業的發展,進入二十一世紀后,有較大發展和充實。光學加工工業存在的主要問題如下:

a.光電事業有了很大發展,研制出不少具有世界先進水平的產品。產品雖然研制出來,但是投入批量生產卻很難。其主要原因是產品設計工藝設計脫鉤,配合不當。我們在工藝上的研究還很淺,在光學加工方面還沒有形成一個完整的工藝體系。

b.生產手段是對生產力影響的重要因素。

制造水平低是和設備有關的。光學加工設備的數量不均衡是一個原因,而更重要的是很多設備加工效率低,精度差,有30%以上的設備上仿蘇設備和國產設備,國產設備原型機多為日本和韓國設備,其中一部分設備根本沒有投入生產。而從現有的設備和檢測儀器看:不能滿足發展的需求。

c.多年來,我國光學行業沿襲著一種不正常的觀念。即重視產品設計和研究的技術人員,而從事工藝設計和制造技術人員卻得不到足夠的重視。這樣,從事工藝科研的人員減少,從而影響了加工水平的提高。

d.近年來,很多光學廠進行了改造,但在光學加工技術引進和技術改造方面的項目還不多,同時,國有企業在這方面的投入很不夠,沒有一定的投資強度,就不可能形成強有力的生產基礎,達到預期的產出目的。

五、發展對策

回顧歷史,認識現實,其目的是為了未來的發展。如何發展我們光學加工工業,以適應光學電子儀器行業的發展和市場的需求,提出如下對策:

1、建立完整的光學加工工藝體系:

a.制定工藝方法及確定發展道路

根據產品的發展和市場需求,確定出我們自己的工藝方法和發展道路。開發產品要考慮其有否技術繼承性,確定工藝也要考慮其繼承性。目前透鏡制造日本是以單件加工為主,而德國基本上以成盤為主。那么中國應以什么加工方式為主,確定我們光學加工工藝發展道路?這是建立工藝體系的關鍵。是光學加工發展和提高的當務之急,否則今天采用單件加工,最佳參數生產線就會閑置一旁;而明天采用成盤加工,日本設備又無用武之地,只有制定出標準的加工方法確定出工藝發展路線,我們方能將有限的資金用于發展重點和縮短發展時間。

b.完善光學加工的工藝結構

確定光學加工的發展道路之后,要根據制定的加工方法和發展道路以及市場需求完善工藝結構。工藝結構應由下面七個部分組成:

(a)加工材料;(b)加工要求;(c)加工設備;(d)加工工藝裝置;(e)加工用輔料;(f)加工技術;(g)加工人員水平。

上述工藝結構的七個基元必須匹配得當。對工藝各基元之間的制約關系一定要進行分析和合理設計

單件生產線所以能受到認可,是由于開始引進時是全面配套引進的。設備、模具、輔料以及人員培訓等全按日本的模式引進的,這樣才有高效率。國產化不只是仿制設備,而工裝,輔料以及人員培訓都應配套進行。

c.加強工藝科研

加強光學工藝基礎理論研究是提高光學加工技術水平的必要條件。基礎理論的研究將會為提高現有加工技術水平奠定有力的基礎。過去沒有很好的開發光學工藝基礎理論的研究,主要是沒有獨立科研單位。建立光學工藝科研單位,方能保證光學工藝科研順利進行。

d.相關專業的配合

光學加工技術涉及的學科很多,諸如力學、化學、電子等學科。因此光學加工技術水平的提高與未來的發展都必須有相關專業的配合。如是科研課題攻關,則應由主管部門組織相關專業共同進行,共同享受科研成果;如是學術研究,則應由學會邀請相關學科研究人員參加,共同探討和論證。

2、培養人才,調整人才結構

對任何一個生產或科研領域,人才都是重要的,而在光學加工領域更為重要,目前,怎樣培養出一批即能上機操作,又能編制工藝的工人是很重要的;同時要對現有的光學加工技術人才結構進行調整,一是使原來單一光學技術人員調整為光學機械、化工、電子等多專業技術方隊。這樣才能適應發展的需要。二是對現有的技術人員進行知識更新和進行經營和管理方面的知識補課。這樣,技術人員才能在制定工藝規程時從經營,價值工程等多方面考慮問題。

3、加強投入

自從改革開放以來,光學行業進行的技術改造和技術引進項目較少,技術提高不大。為改變目前這種落后面貌和適應光學行業的發展以及市場的需求,必需加大對光學加工技術改造和技術引進的投資。沒有大的投入,不會有大的產出。

4、企業聯合,攜手共進

競爭是提高和進步的積極因素,如果我們在競爭的同時,又能聯合,攜手共進,將使我們的光學制造業能有更大的發展和進步。

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