【光学知识】光学加工工艺现状及品质控制

随着国际上光电技术发达国家日本、美国、德国等纷纷进行产业结构调整，中国大陆逐渐成为光学冷加工中心，光学零件的需求量非常大，光学零件的加工进入高速加工时代。

光学冷加工采用的是散粒磨料粗磨、精磨、古典式抛光，加工效率低下，同时对操作者的技术要求较高，每个操作者都要经过多年的技术岗位培训才能正式上岗工作。技术较好的工人可以从加工毛坯到抛光，独自完成全线的工作，这时主要依靠技术工人的技能和经验加工零件，工艺设计没有严格的工艺标准，通常只在加工要求中给出工艺尺寸、表面精度和外观等要求即可，而加工调整参数基本不作明确规定，由操作者根据每个人的个人经验自行调整加工，只要生产出符合图纸要求的零件就可以。

随着球面铣磨机、平面粗磨机的引进，铣磨作业员的劳动强度得到缓解，大大提高了粗磨的加工效率，工艺要求也有所提升，但由于设备精度较低，后道工序的需求没有变化，工艺标准的作用没有明显变化。随着准球心高速精磨抛光的普及，光学冷加工的生产效率飞速提升，工人的作业分工更加明确，工艺标准的作用明显提高。工艺人员在生产过程起到决定性作用，作业标准化成为企业日常工作的主要内容，老工人的“手艺”从过去的支配作用，变成了辅助作用。“按标准作业”“按标准操作”“按标准生产”成为现代企业生产的根本。工艺员制定的工艺方法、工艺路线、工艺标准，对企业生产起着举足轻重的作用。

1.加工工艺的作用

工艺文件是指导光学零件加工的主要技术文件，合理的工艺规程是建立在正确的工艺原理和实践基础上的，是科学技术和实践经验的结晶，它是获得合格产品的技术保证，一切生产和管理人员必须严格遵守。对于大批量生产的作业，由于生产组织严密，分工细致，要求工艺规程比较详细，才能便于组织和指挥生产。对于单件小批生产的作业，工艺规程可以简单些。但无论生产规模大小，都必须有工艺规程，否则生产调度、技术准备、关键技术研究、器材配置等都无法科学安排，生产组织将陷入混乱。同时，工艺规程也是处理生产问题如产品质量问题的依据，可按工艺规程来明确各生产作业单位的责任。按照工艺规程进行生产，便于保证产品质量、获得较高的生产效率和经济效益。

根据工艺规程的步骤逐步进行加工，按其规定的尺寸精度的要求进行加工、检验。从工艺规程编制的情况，可以反映出一个企业的生产水平和工艺水平的高低，是衡量企业技术水平的标尺。合理的工艺规程能保证加工质量，提高生产效率，而且也能反映出产品的工艺制造水平、生产设备状态和操作人员的作业技能。但是，工艺规程并不是固定不变的，它是作业人员和技术人员在生产过程中的实践总结，它可以根据生产实际情况进行修改，使其不断改进和完善。

当前，光学零件加工进入高速加工时代，需要大批的操作者，如果进行长期规范性培训显得不太实际，通常只进行短暂的基础培训就上岗了。为了对应这种情况，通常是将加工过程分解成一系列简单的加工步骤，让每个操作者只专做其中一个动作，只要严格按照规范的要求做就可以了。操作者只要使这个动作准确、熟炼就可以了，从而解决了员工技术培训周期的问题。加工过程每道工序的机器设备的调整工作，都由专人统一调整。从而解决了技术工人匮乏的局面，使得生产顺利进行。

加工工艺的制定变得非常重要，工艺标准制定的情况直接影响产品的品质。工艺员是加工工艺的制定者，设备调整人员和操作者是加工标准的执行者。工艺员制定加工工艺标准后，由设备调整人员调整设备状态，再由操作者进行操作。

在加工的全过程中，各道工序之间工艺标准是相互影响的，绝不能孤立地考虑问题。有的设计人员将工艺设计按工序分开来进行，在一定程度上可以弥补工艺员只掌握本工序技术而对全过程技术认识不全面的缺陷，但这样做必然导致各工序之间工艺设计衔接不上，前道工艺微小的改变对后道工序工艺的改变可能会很大。因此，在工艺设计时必须要前后协调，建立一个完整的工艺设计体系。

加工工艺设计时，先要确定需要采用的加工方法。成盘刚性加工可以提高加工效率，减少机器设备和人员的占用，但工装夹具的制造费用较高，主要是在大批量且上盘数量较多时采用；单件加工的工装夹具制造费用相对较低，装卸零件方便，但占用设备人员较多，在选择前需要进行仔细的成本测算。

在工艺设计时要充分考虑以下因素：被加工零件的玻璃特性、零件的加工技术要求、公司现有设备加工特点、工装夹具的设计制造水平、可选用辅助材料的特性、现有的加工技术水平、操作人员的技能情况。这些因素要综合考虑，它们是相互补充和相互制约的。

2.对工艺师的要求

光学加工工艺师是应用光学加工工艺技术，解决光学加工过程中各种具体问题并改进工艺，研究和应用新加工方法、新材料、新辅助材料、新工艺等，必须要掌控加工工艺的全过程，要求必须具备多方面的知识积累。

2.1光学加工工艺师应掌握的技能：

①基本的运算、实验、光学制图、机械设计等技能：能够运用现代数学方法和运算工具（如计算机操作、设计程序），解决光学加工中的实际问题；能够独立完成光学加工工艺设计、操作机械设备和对加工结果的分析整理；能够准确、熟练地绘制光学零件图；在各类工程技术设计中，能运用现代工程设计方法，取得创造性的成果。

②实际操作技能：仪器操作技能。

③工艺创新技能：通过实际的加工实验，形成对光学加工工艺的新认识，开发新工艺。

④电脑使用技能：熟练掌握电脑的使用方法、操作技能、常用应用程序，能够独立运用计算机解决工艺问题。

⑤表达能力：能够用书面和口头形式清晰准确地表达技术见解、进行技术指导，能将不同工艺的内容按照规定的格式撰写规范化的技术文件。

⑥对工艺的经济分析和评价能力：对光学加工过程中出现的问题，做出正确的成本分析和评价。

⑦情报获取能力：掌握技术情报的查找和利用方法，能够充分利用本企业和外部的情报系统，及时获取有用的技术资料。

2.2光学加工工艺师要掌握的知识面：

在光学加工方面，工艺师必须掌握光学零件的加工原理，熟悉各种加工方法，对光学零件的标准和要求有全面的认识，对各种玻璃性能和辅助材料的性能通过实践进行认识，熟悉光学零件的测量方法、测量精度分析，精通各种检测工具的使用方法和特点。

①掌握一定的机械知识，了解各种机器设备的加工原理、机械结构、加工精度，熟练准确地设计工装夹具；

②有一些化学知识，对提高加工效率和防止光学零件表面腐蚀有帮助；

③了解基本的经济核算知识，能够计算工艺成本，并进行经济性比较；

④掌握本企业加工技术水平的变化情况，对作业人员显著变更对加工过程的影响能够预测并能做出相应的对策。

3.产品品质波动对工艺设计的影响

在加工光学零件的过程中，产品的品质常常会产生波动。由于影响品质的因素非常多，一时难以准确的分析出品质波动的真正原因时，绝大多数工艺员选择不断地改变加工方法或其它工艺条件，通过多种试验找到一个可以稳定品质的方法，这种解决方法常常会收到明显的效果，因此在很多工厂中经常推行这种方法。作为零件加工部门，首先要保证产品的交货，每次需要投入的精力较少，使用比较方便。如果在生产过程中频繁出现这种现象，企业就必须投入大量的人力、物力来对应，企业技术能力就受到挑战。管理人员和技术人员像救火队员一样四处奔波，打乱了企业的正常工作秩序，不断变更作业条件后的品质跟踪就成为了日常工作，很难制定长期的工作计划，工作效率降低。产品的品质经常波动，同时也给直接操作者也带来巨大的压力，进一步影响企业的工艺执行情况，品质波动现象加剧。

如果要下决心解决品质频繁波动现象，工艺师应该积极作为，承担更大的责任。产生这种现象的多数原因在于：加工的环境变化、操作人员的变化、原材料辅助材料型号和生产批次变化、工装模具的变化、工艺纪律执行情况等方面。多数品质的波动是有规律的，如每年春夏季阴雨湿热时期，不稳定玻璃表面上容易出现腐蚀斑痕。因此，在工艺设计时要提前考虑品质波动可能，制定不同时期的工艺方案。在日常工作中对工艺因素进行监控，记录工艺因素变化对产品品质的影响和各种工艺方案的效果，及时进行归纳、总结，找出问题的处理方法。在工艺标准设计时，采用标准化设计，根据企业加工工艺特点，将各种加工工艺参数用经验公式计算出来，使工艺设计呈现明确的规律性。利用加工工艺的规律性和产品品质波动的规律性，选择适当的工艺方案，改善产品的不良率，提高生产效率。

4.加工工艺设计标准化

标准化的加工工艺设计，是将被加工零件的材料和技术规格、企业的加工设备、各种辅助材料、加工工艺水平、加工环境等作为自变量，计算出可选择的加工工艺路线、零件的工艺尺寸和精度（各工序的加工余量、形状精度和表面粗糙度的搭配）、零件毛坯的尺寸和精度、选定辅助材料、工装夹具的结构和尺寸、选定加工设备和设备调整参数、零件检测方法等，从中进行比较，最后制定出最佳的工艺方案，为后续工作建立基础。

标准化的加工工艺设计也不是一成不变的，随着企业加工工艺水平的提高、新材料新设备的引进、新加工方法的开发，加工工艺设计也必须随之变化，加工工艺设计标准就应当进行修订。通过对作业人员和技术人员在生产过程中的实践经验进行总结，根据生产实际情况进行修改，使其不断改进和完善。在整个工艺设计和修正过程中，对修正内容的变化对品质的影响进行量化对比，并详细记录下来。

通过对工艺设计的不断修正，工艺师要对设计标准进行修订。标准的修订需要工程师掌握广泛的技术知识，除光学加工技术以外，还要有机械、数学、统计学、计算机运算等方面的知识。

光学加工工艺技术也是科学的一部分，经过长期的工作实践，我们也都认识到工艺也是有规律可循的。通过各种工艺现象，我们可以看到其本质。对工艺条件的变化对生产结果的影响，进行归纳、分析和总结，从中出现变化的规律性。工艺师通过对规律性的总结，对设计标准进行修订，光学加工设计标准就不断地完善起来。用规律性的方法解决生产过程中出现的普遍性问题，就使多数的技术人员和管理人员节省了大量的时间和精力，进行正常有序的工作。在现有的工艺水平基础上，可以提高产品品质，找出提高生产效率、降低劳动强度的方法。

在生产过程中还会有一些影响因素是我们未知的，我们可以用这种方法发现它，从而确定解决问题的目标，提高工艺水平。

加工工艺设计标准化，是在企业的工艺技术水平达到一定水平后实施的，它需要企业内部全体工艺技术人员和生产管理人员的共同努力来实现的，可以说加工工艺设计标准化要有整个管理体系作为支撑。加工工艺标准化不是一朝一夕的工作，它需要企业内部工艺设计经验的积累，要从企业自身的加工工艺技术为基础发展起来，由于每个企业的加工工艺方法、工艺水平不同，因而不能从外部照搬标准。企业要一点一滴地积累经验，依靠坚持不懈的努力才能实现自己的标准化设计。企业整体的工艺技术决定着加工工艺设计标准化的成败，相互团结、相互合作、相互促进、相互提高是技术发展关键。

加工工艺设计标准化，是企业发展到较高水平后推动企业发展不可缺少的过程。它可以反映出一个企业的生产水平和工艺水平的高低，是衡量企业技术水平的标尺。在实际生产的过程中，不断完善加工工艺设计标准，使其更适合生产的需要，促进技术人员和作业人员技术水平的提高，提高生产效率、降低不良率，提升企业的经济效益。

 来源 / 光行天下