小口徑光學(xué)零件高效加工實驗設(shè)計與教學(xué)實踐

摘 要：面向迅速發(fā)展的車載鏡頭行業(yè)對光學(xué)零件高效加工技術(shù)人才的需求，針對古典加工技術(shù)及傳統(tǒng)實驗教學(xué)的不足，以車載鏡頭中的小口徑新月形透鏡的高效加工任務(wù)為驅(qū)動牽引，運(yùn)用虛實結(jié)合、實驗教學(xué)與產(chǎn)業(yè)融合的方法，重構(gòu)光學(xué)零件高效加工實驗教學(xué)內(nèi)容，引導(dǎo)學(xué)生參與設(shè)備操作、工藝設(shè)計、作業(yè)指導(dǎo)書編制等光學(xué)零件加工的全過程.通過閉環(huán)式的學(xué)習(xí)與探究，發(fā)現(xiàn)各環(huán)節(jié)中存在的問題，并提出解決方案，實現(xiàn)對小口徑光學(xué)零件高效加工工藝的持續(xù)改進(jìn)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，不斷提升學(xué)生的實踐及工藝設(shè)計能力.

關(guān)鍵詞：光學(xué)零件；高效加工技術(shù)；虛實結(jié)合；工藝設(shè)計

中圖分類號：TN219" 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A" 文章編號：1673-9329（2024）03-0023-08

隨著車載攝像頭行業(yè)的迅速發(fā)展，對小口徑光學(xué)零件的需求量日益增加，傳統(tǒng)的古典加工工藝雖然具有較高的加工精度，但生產(chǎn)效率低，無法滿足需求.光學(xué)零件高效加工技術(shù)具有加工周期短、機(jī)械化程度高、加工質(zhì)量穩(wěn)定等優(yōu)點，在中等精度光學(xué)零件批量生產(chǎn)中得到了廣泛應(yīng)用[1-2].但光學(xué)零件高效加工設(shè)備操作流程復(fù)雜，工藝調(diào)試難度大，教學(xué)中若不能熟練操作設(shè)備，一旦操作有誤，會出現(xiàn)設(shè)備損壞及對操作人員人身安全危害的風(fēng)險.虛擬仿真實驗具有安全性高、重復(fù)性好、成本低，不受時間、空間、設(shè)備等因素的限制，具有更強(qiáng)的靈活性和可定制性等優(yōu)點[3-6]，同時，可在光學(xué)零件加工虛擬仿真實驗中融入加工原理、操作提示、注意事項、實操視頻、生產(chǎn)中的技術(shù)或科研問題、測試題和樣品檢測等，可實現(xiàn)對實驗過程跟蹤、實驗評測和實驗步驟分析.學(xué)生在自主學(xué)習(xí)過程中，可即時整改，有助于提高學(xué)生對理論課中枯燥的原理及設(shè)備結(jié)構(gòu)的理解.經(jīng)過仿真實驗的反復(fù)訓(xùn)練，可提高學(xué)生對設(shè)備操作的熟練程度，減少操作失誤，提高實體實驗室的利用率，節(jié)約實驗教學(xué)成本.傳統(tǒng)的單工序?qū)嶒?，更注重設(shè)備的操作及工藝參數(shù)的調(diào)整，無法提升學(xué)生的工藝設(shè)計能力.為此，我們對光學(xué)零件高效加工實驗內(nèi)容進(jìn)行了重構(gòu)，運(yùn)用虛實結(jié)合、實驗教學(xué)與產(chǎn)業(yè)相融合的方法，采用任務(wù)驅(qū)動式實驗教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生參與光學(xué)零件高效加工的全過程.通過閉環(huán)式的學(xué)習(xí)與探究，提升學(xué)生對小口徑光學(xué)零件高效加工工藝持續(xù)改進(jìn)的能力.

1光學(xué)零件古典加工工藝與高效加工工藝對比

光學(xué)零件加工工藝主要包括光學(xué)零件的切割、滾圓、粗磨、精磨、拋光、定心磨邊和鍍膜等工序，兩種工藝的切割、滾圓和鍍膜工序的加工原理及加工方式相同，其他工序差別較大，現(xiàn)對比如下.

1.1粗磨

粗磨成形球面的方法主要有仿形法和范成法，仿形法又稱為散粒磨料粗磨，用金剛砂和水混合而成的懸浮液對玻璃進(jìn)行加工，需要手工操作，效率低.范成法又稱作粗磨的銑削加工，在銑磨機(jī)上，采用金剛石磨具成形球面，具有加工效率高、機(jī)械化程度高、加工質(zhì)量穩(wěn)定等優(yōu)點.因此，范成法已基本代替仿形法.球面銑削加工原理如圖1所示[7-8].

被加工零件的曲率半徑R滿足如下關(guān)系式：

sinα=Dm2（R±r）

.其中，為磨輪軸線和工件軸線夾角，Dm為磨輪中徑，r為端面圓弧半徑.運(yùn)動軌跡的包絡(luò)面成型完整球面需滿足如下條件：①磨輪軸線和工件軸線相交于O點，且滿足上述關(guān)系式；②金剛石磨輪刃口通過工件頂點，且磨輪中徑不小于球面頂點與球面邊緣連線的長度；③磨輪繞自身軸高速旋轉(zhuǎn)，工件繞自身軸低速轉(zhuǎn)動.

1.2精磨及拋光

精磨的方法分為散粒磨料精磨和固著磨料精磨.前者稱為古典法精磨，又稱自由研磨，后者稱為高速精磨[9]，兩種精磨方法的特點如表1所示.

拋光方法主要有古典法和準(zhǔn)球心高速拋光法，前者使用設(shè)備、加工精度及效率、模具與鏡盤的相對位置、加壓方式、擺動方式等與表1中散粒磨料精磨的內(nèi)容相同，后者與固著磨料精磨的內(nèi)容相同，但在模具使用方面有所不同，古典法中使用柏油、毛氈模具，使用壽命短，且高度及同軸度不可調(diào)[10].準(zhǔn)球心高速拋光法使用金屬底模表面粘貼聚氨酯拋光皮，使用壽命較長，高度和同軸度可通過球心儀進(jìn)行調(diào)整.為了提高生產(chǎn)效率還要準(zhǔn)備拋光底模修模、壓模、拋光皮修模.

1.3定心磨邊

定心磨邊的方法主要有光學(xué)定心法和機(jī)械定心法.光學(xué)定心法需要用黏結(jié)膠將光學(xué)零件粘在定心接頭上，并且需要加熱定心接頭使黏結(jié)膠軟化，手動將透鏡的黏結(jié)面沿夾頭端面移動實現(xiàn)定心[11]，對工作人員的技術(shù)和技能要求較高，該方法不受零件形狀的限制，幾乎所有球面零件均可采用此法，且定心精度較高[12].但磨邊結(jié)束后需對光學(xué)零件表面的黏結(jié)膠進(jìn)行清洗，工藝流程較煩瑣，加工效率相對較低，不適用于大批量生產(chǎn).機(jī)械定心法利用一對同軸且端面垂直軸線的磨邊接頭夾緊光學(xué)零件，通過垂直于軸線的定心力實現(xiàn)光學(xué)零件的定心，這種方法操作簡單，對技術(shù)人員的要求相對較低，但該方法受到透鏡定心角的限制，定心角要大于17°.通過磨邊砂輪的設(shè)計還可以實現(xiàn)倒角和靠臺，生產(chǎn)效率高，適用于中等精度透鏡的大批量生產(chǎn).

2實驗教學(xué)內(nèi)容設(shè)計

為了激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提升學(xué)生的實踐及工藝設(shè)計能力，實驗教學(xué)中我們設(shè)計了線上虛擬仿真實驗和線下實體實驗，按企業(yè)對技術(shù)人員的要求，進(jìn)行工藝規(guī)程設(shè)計，并完成各工序作業(yè)指導(dǎo)書.學(xué)生通過參與光學(xué)零件加工的全過程，不斷學(xué)習(xí)、總結(jié)和提升，實現(xiàn)對光學(xué)零件加工工藝設(shè)計的持續(xù)改進(jìn)，實驗內(nèi)容框架如圖2所示.

2.1線上虛擬仿真實驗教學(xué)內(nèi)容設(shè)計

根據(jù)實驗室現(xiàn)有設(shè)備，開發(fā)虛擬仿真實驗，再現(xiàn)實驗的真實場景，并將加工原理、操作提示、注意事項、實操視頻等融入仿真實驗，配套虛仿實驗智能管理系統(tǒng)，可實現(xiàn)對實驗過程跟蹤、實驗評測和實驗步驟分析.學(xué)生在自主學(xué)習(xí)過程中，可即時整改.虛擬仿真實驗不受時間和空間限制，在加強(qiáng)學(xué)生對理論知識的理解的同時，提高實驗、實訓(xùn)室的利用率，還可通過數(shù)據(jù)的積累與分析進(jìn)—步改進(jìn)教學(xué)，提高教學(xué)質(zhì)量與學(xué)生的實踐能力.虛擬仿真實驗內(nèi)容涵蓋了光學(xué)零件加工的切割、滾圓、銑磨、精磨、拋光、定心磨邊及鍍膜的全部工序，每道工序均有獨立的實驗界面.針對實驗過程中的重難點問題，在相應(yīng)的工序步驟間設(shè)置思考題，并對學(xué)生提出的問題及時進(jìn)行線上研討.學(xué)生或訪客可在電腦端或手機(jī)端登錄教學(xué)平臺完成虛擬仿真實驗.

2.1.1切割和滾圓

切割和滾圓線上虛擬仿真實驗，實驗原理及設(shè)備操作相對簡單，容易上手，不作為實體實驗教學(xué)的必學(xué)內(nèi)容，只作為理論教學(xué)的輔助，在完成理論知識學(xué)習(xí)的同時完成線上虛擬仿真實驗，加深對理論知識的理解，實驗成績作為平時成績的一部分進(jìn)行考核.

2.1.2銑磨

實驗中，依照操作提示，設(shè)定磨輪中徑、磨輪頭曲率半徑及夾具槽深度，軟件會根據(jù)被加工的零件是凸面還是凹面，來判斷數(shù)值的合理性，并針對不合理的數(shù)據(jù)給出相應(yīng)提示.虛擬仿真實驗展現(xiàn)了實驗的真實場景，學(xué)生可根據(jù)操作提示熟悉設(shè)備的操作流程，完成工件安裝、角度調(diào)節(jié)、橫向及縱向偏移量的調(diào)節(jié)和加工時間的設(shè)置.改變磨輪軸與工件軸夾角，測量被加工零件的曲率半徑，繪制角度與曲率半徑的關(guān)系圖，分析角度與曲率半徑的關(guān)系，觀察在調(diào)整角度的時候，是否會在零件表面產(chǎn)生內(nèi)包或外包，并確定角度調(diào)整與縱向移動量的關(guān)系.分析內(nèi)外包產(chǎn)生的原因，提出判斷方法，并分析內(nèi)外包大小與前后移動量的關(guān)系；熟悉簡易球徑儀的結(jié)構(gòu)，并確定球徑儀中測量環(huán)口徑與被加工零件口徑的大小關(guān)系；根據(jù)“提圈”加工的原則，利用球徑儀對標(biāo)準(zhǔn)件和被加工件進(jìn)行比較測量，驗證被加工球面曲率半徑的大小與光圈高低的關(guān)系.

2.1.3精磨與拋光

使用上弧擺精磨拋光機(jī)對凹面零件進(jìn)行加工，下弧擺精磨拋光機(jī)對凸面零件進(jìn)行加工，零件的精磨與拋光在同一設(shè)備上進(jìn)行，根據(jù)提示，依次完成精磨模和拋光模的制作、準(zhǔn)球心高度及同軸度的調(diào)整、模具的安裝、工藝參數(shù)的設(shè)定及零件與夾具的安裝.熟悉合模、壓模、拋光皮修模和中介治具的結(jié)構(gòu)及作用.驗證擺角、擺幅、轉(zhuǎn)速、準(zhǔn)球心高度與曲率半徑的關(guān)系，驗證精磨過程中曲率半徑及光圈高低的變化規(guī)律.

2.1.4機(jī)械定心磨邊

根據(jù)操作提示，熟悉設(shè)備的開關(guān)、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)及進(jìn)刀量調(diào)節(jié)旋鈕位置，觀察磨邊接頭的螺紋旋向與其旋轉(zhuǎn)方向的關(guān)系，完成接頭及磨輪安裝，接頭間距的調(diào)整、工藝參數(shù)的設(shè)定.通過仿真實驗驗證進(jìn)刀量與零件口徑的關(guān)系；根據(jù)被加工零件的形狀，輸入接頭口徑及對應(yīng)的零件的曲率半徑，計算定心系數(shù)，判斷是否可以采用機(jī)械定心磨邊的方式進(jìn)行加工；熟悉夾具修整器的結(jié)構(gòu)及使用方法.

2.1.5鍍膜

借助視頻教程，學(xué)習(xí)TFCalc英文軟件和MC中文膜系設(shè)計軟件的使用方法，并能夠運(yùn)用上述軟件優(yōu)化膜系、導(dǎo)入鍍膜材料及基底材料色散數(shù)據(jù)，能夠在基底材料上實現(xiàn)單面及雙面鍍膜的設(shè)計.通過軟件模擬背面反射、入射波長、入射角度對反射率及透射率的影響.針對單層增透膜，驗證實現(xiàn)零反射時，入射介質(zhì)、薄膜材料、基底材料折射率之間的關(guān)系.根據(jù)操作提示，通過移動鼠標(biāo)位置，認(rèn)識鍍膜機(jī)的蒸發(fā)系統(tǒng)、膜厚控制系統(tǒng)、真空系統(tǒng)的組成，熟悉各系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、工作原理及各部分的功能.根據(jù)虛擬仿真軟件提示，了解水、氣、電及設(shè)備的開關(guān)順序；熟悉晶控片、光控片的位置及更換方法；熟悉基底溫度、工件轉(zhuǎn)速、真空度等工藝參數(shù)的數(shù)值范圍；熟悉鍍膜材料預(yù)熔參數(shù).

2.2實體實驗教學(xué)內(nèi)容設(shè)計

虛擬仿真實驗雖然可以模擬真實的實驗環(huán)境和操作過程，但虛擬仿真實驗的結(jié)果和數(shù)據(jù)往往局限于模擬程序中的數(shù)據(jù)和結(jié)果，與真實實驗存在一定的差異，仍然不能完全代替實體實驗[13-14]，只能作為實體實驗的補(bǔ)充，緩解實驗設(shè)備數(shù)量少、耗材消耗量大、同一實驗講解次數(shù)多等問題，減少誤操作，降低安全隱患.實體實驗設(shè)計了如下幾部分內(nèi)容：

2.2.1銑磨

檢查銑磨機(jī)能否正常啟動，轉(zhuǎn)向是否正確，完成磨輪、夾具、車刀的拆卸與安裝.結(jié)合虛擬仿真實驗，根據(jù)圖紙要求，準(zhǔn)備玻璃毛坯、磨具、夾具、量具及輔料，確定加工順序，并完成夾槽的制作，安裝被加工零件，調(diào)整工藝參數(shù)使得加工零件滿足圖紙要求，總結(jié)內(nèi)外包的判斷及消除方法；選擇合適的量具，對零件的中心厚度、邊厚差、曲率半徑和表面疵病進(jìn)行檢測，在確保加工表面為完整球面的前提下，分析磨輪軸與工件軸夾角變化對零件曲率半徑大小的影響，總結(jié)角度變化與縱向、橫向移動量及移動方向的關(guān)系.通過調(diào)整切削液的濃度，分析切削液濃度對加工時間的影響.利用球徑儀對標(biāo)準(zhǔn)件和被加工件進(jìn)行比較測量，確定被加工球面曲率半徑的大小與光圈高低的關(guān)系.

2.2.2精磨與拋光

檢查精磨拋光機(jī)是否正常啟動，主軸轉(zhuǎn)向是否正確.根據(jù)圖紙要求，準(zhǔn)備實驗設(shè)備、模具、夾具、耗材、量具、輔料；利用修模機(jī)自動或手動對合模、精磨模、拋光底模、壓模、拋光皮修模進(jìn)行修整，通過球徑儀對修整后模具的曲率半徑進(jìn)行測試，確定擺角、壓力、金剛砂粒度、轉(zhuǎn)速對模具曲率半徑的影響規(guī)律；將修整好的精磨模裝入中介治具，運(yùn)用球心儀調(diào)整準(zhǔn)球心高度及同軸度，調(diào)整工藝參數(shù)對零件進(jìn)行精磨，分析金剛石丸片曲率半徑對零件曲率半徑的影響，總結(jié)擺角、擺幅、準(zhǔn)球心高度變化、主軸轉(zhuǎn)速、擺速等工藝參數(shù)變化對零件曲率半徑R的影響規(guī)律，確定每道精磨所需時間.制作拋光模，確定被加工零件曲率半徑與膠層厚度、聚氨酯拋光皮厚度及拋光底模曲率半徑的關(guān)系，確定拋光皮形狀對R的影響規(guī)律；分析不能采用修合模的方式對拋光皮進(jìn)行修整原因.利用球心儀，通過中介治具調(diào)整拋光模的準(zhǔn)球心高度及同軸度；配備合適濃度的拋光粉，設(shè)置工藝參數(shù)對零件進(jìn)行拋光，分析拋光粉濃度對R及拋光效率的影響，確定拋光時間，并能夠正確使用光學(xué)樣板進(jìn)行高低光圈的識別、光圈的度量以及面型偏差的判斷.能夠運(yùn)用思維導(dǎo)圖對精磨、拋光工序中所需模具種類、結(jié)構(gòu)、作用及使用中的注意事項進(jìn)行總結(jié).

2.2.3磨邊實體實驗

準(zhǔn)備磨輪、磨邊接頭、修整器、車刀、量具及輔料.在仿真實驗基礎(chǔ)上，熟悉設(shè)備的基本操作，進(jìn)一步掌握機(jī)械定心磨邊機(jī)的結(jié)構(gòu)及工作原理；正確安裝砂輪及磨邊接頭，調(diào)整磨邊接頭間距、磨邊砂輪進(jìn)刀量、砂輪與被加工零件的左右相對移動量、工件轉(zhuǎn)速及磨輪轉(zhuǎn)速等工藝參數(shù)；對比磨邊接頭修整前后，零件的中心偏差及表面形貌，分析采用夾具修整器對磨邊接頭進(jìn)行修整及拋光處理對零件的中心偏差及表面形貌的影響；分析不同切削液濃度對加工效率的影響；確定磨邊接頭口徑大小與零件中心偏差的關(guān)系；總結(jié)磨輪轉(zhuǎn)速、工件轉(zhuǎn)速與中心偏差大小的關(guān)系.對磨邊后零件的口徑及表面進(jìn)行檢測，優(yōu)化工藝參數(shù)，獲取最佳的磨邊余量與加工時間.

2.2.4鍍膜

準(zhǔn)備測試設(shè)備、鍍膜材料、鍍膜樣品、夾具及輔料.正確使用鍍膜機(jī)、離子源、光控儀和精控儀，實現(xiàn)薄膜的制備及膜層厚度監(jiān)控；確定基底溫度、沉積速率與鍍膜材料色散數(shù)據(jù)關(guān)系；分析離子源工藝參數(shù)對鍍膜材料色散數(shù)據(jù)的影響；根據(jù)實測的工具因子（tooling值），在膜系設(shè)計軟件或膜厚儀中對膜層厚度進(jìn)行修改，確保監(jiān)測厚度與鍍膜樣品表面膜層厚度的一致性；將軟件中設(shè)計的膜系在鍍膜機(jī)中實現(xiàn)，對比設(shè)計曲線與實測曲線的區(qū)別；將實測色散數(shù)據(jù)導(dǎo)入設(shè)計軟件，對比理論曲線與實測曲線的區(qū)別，充分認(rèn)識正確獲取膜料色散數(shù)據(jù)對膜系設(shè)計的重要性；正確使用橢偏儀測試材料的色散數(shù)據(jù)；采用光譜儀及膜系設(shè)計軟件對材料的色散數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合.

2.3編制工藝規(guī)程

通過虛擬仿真實驗及實體實驗的學(xué)習(xí)，熟悉了光學(xué)零件加工的工藝流程，提升了實踐能力，但對單工序及總體工藝的設(shè)計能力不足，為此，在完成虛擬仿真實驗及實體實驗學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，增加了工藝規(guī)程編制方面的教學(xué)內(nèi)容.

2.3.1編制銑磨工藝規(guī)程

在仿真實驗和實體實驗的基礎(chǔ)上，根據(jù)被加工零件的形狀，確定加工余量及銑磨加工順序，給出平面毛坯圖、工序圖及技術(shù)要求；確定金剛石磨輪的尺寸、磨料的種類、粒度、硬度、濃度及結(jié)合劑；確定夾具的材料及尺寸，給出開槽深度及寬度，計算出工件軸與磨輪軸的夾角；根據(jù)被加工零件的材料及形狀，選擇合適的量具及輔料.根據(jù)準(zhǔn)球心加工工藝中“提圈”加工的原則，給出銑磨后球面曲率半徑的要求，并具有可操作性；完成透鏡銑磨工藝規(guī)程的編制，制作工藝卡片.

2.3.2編制精磨與拋光工藝規(guī)程

確定精磨、拋光余量及加工順序，給出各工序圖及技術(shù)要求；確定精磨金剛石丸片的尺寸、粒度、硬度、濃度及結(jié)合劑，給出丸片表面開槽的個數(shù)、深度及寬度，完成精磨模的設(shè)計；根據(jù)精磨金剛石丸片的結(jié)構(gòu)，完成合模的設(shè)計；選擇合適型號及厚度的聚氨酯拋光皮，并根據(jù)零件的曲率半徑及拋光皮厚度，計算拋光底模及拋光底模修模的曲率半徑及口徑，完成拋光底模及拋光底模修模的設(shè)計；根據(jù)拋光模的尺寸完成壓模及拋光模修模的設(shè)計；確定精磨及拋光夾具的材料及尺寸，完成夾具的設(shè)計；根據(jù)加工時間及設(shè)備主軸數(shù)量，計算生產(chǎn)中各模具的數(shù)量；根據(jù)被加工零件的材料及形狀，選擇合適的量具及輔料；完成光學(xué)樣板的設(shè)計；給出切削液及拋光粉濃度；確定精磨、拋光工藝參數(shù)及注意事項；完成透鏡精磨、拋光工藝規(guī)程的編制，制作工藝卡片.

2.3.3編制磨邊工藝規(guī)程

根據(jù)被加工零件的材料及尺寸要求，確定磨邊接頭材料，完成磨邊接頭的設(shè)計；根據(jù)接頭口徑及零件曲率半徑，計算定心系數(shù)，驗證機(jī)械定心磨邊的可行性；根據(jù)成品零件圖的技術(shù)要求，確定磨邊砂輪的尺寸、種類、粒度、硬度，完成磨邊砂輪的設(shè)計；根據(jù)被加工零件的材料及形狀，選擇合適的量具及輔料；給出切削液濃度；確定機(jī)械定心磨邊工藝參數(shù)及注意事項；制作工藝卡片，編制機(jī)械定心磨邊工藝規(guī)程.

2.3.4編制鍍膜工藝規(guī)程

根據(jù)光學(xué)零件圖中對薄膜的技術(shù)要求，確定膜系結(jié)構(gòu)，給出各層膜的材料及厚度、工具因子、薄膜沉積工藝參數(shù)；根據(jù)零件圖的尺寸，完成工裝夾具的設(shè)計；完成鏡片清洗工藝的設(shè)計；確定離子源工藝參數(shù)及預(yù)熔工藝參數(shù)；確定測試儀器及輔料；確定薄膜沉積工藝參數(shù)及注意事項；完成鍍膜工藝規(guī)程的編制，制作工藝卡片.為了確保工藝的穩(wěn)定性和生產(chǎn)的高效性，在編制工藝規(guī)程過程中，還需綜合考慮上下工序的加工余量、光圈、表面粗糙度的匹配，對整體的加工路線進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計.

2.4編制作業(yè)指導(dǎo)書

結(jié)合虛擬仿真實驗、實體實驗及工藝規(guī)程編制，完成作業(yè)指導(dǎo)書模板的制作.以文圖相結(jié)合的形式，列出各工序中加工及檢測設(shè)備的操作規(guī)程，給出各工序中的零件圖及技術(shù)要求，列出詳細(xì)的工作步驟及每一步所需設(shè)備、工裝、輔料、同時加工件數(shù)及用時；確定每道工序的工藝參數(shù)，標(biāo)明注意事項及具體要求；完成各工序作業(yè)指導(dǎo)書的編制，并運(yùn)用作業(yè)指導(dǎo)書指導(dǎo)實驗，在實驗中持續(xù)改進(jìn)、細(xì)化作業(yè)指導(dǎo)書的內(nèi)容，完善工藝規(guī)程，提高加工效率，確保工藝的穩(wěn)定性.

3實驗教學(xué)設(shè)計與教學(xué)實踐

3.1案例驅(qū)動，學(xué)以致用，提高學(xué)習(xí)積極性和主動性

以一款車載攝像頭中新月形透鏡的成品零件圖為案例，成品零件圖如圖3所示，對光學(xué)零件的技術(shù)要求如表2所示，零件的材料為H-ZLAF50B.

任務(wù)要求：完成線上虛擬仿真實驗；結(jié)合虛擬仿真實驗，根據(jù)各工序的圖紙要求，完成實體實驗，針對實驗中遇到的問題，通過小組討論、師生研討、文獻(xiàn)檢索等方式，提出解決方案，做出合格的零件；完成全工序的虛擬仿真實驗及實體實驗后，結(jié)合理論及實驗的學(xué)習(xí)，完成磨輪的設(shè)計、夾具設(shè)計、量具的設(shè)計、輔料準(zhǔn)備，編制各工序的工藝規(guī)程；編制各工序的作業(yè)指導(dǎo)書，并將電子版材料上傳教學(xué)平臺.

3.2不斷學(xué)習(xí)，持續(xù)改進(jìn)

在學(xué)習(xí)任務(wù)的驅(qū)動下，結(jié)合理論知識的學(xué)習(xí)，完成虛擬仿真實驗任務(wù).實體實驗中，通過自主學(xué)習(xí)、小組討論、師生研討等學(xué)習(xí)方式，運(yùn)用基本工具、計算分析工具及專業(yè)化工具等，解決實驗中遇到的問題.完成全工序的虛擬仿真實驗及實體實驗后，全面考慮各工序間零件表面粗糙度、曲率半徑、加工余量的配合，確定加工路線，繪制各工序中的零件圖，根據(jù)零件圖及實驗室現(xiàn)有設(shè)備條件，嘗試編制各工序的工藝規(guī)程，編制各工序作業(yè)指導(dǎo)書.再利用編制的作業(yè)指導(dǎo)書對實驗進(jìn)行指導(dǎo)，形成閉環(huán)，發(fā)現(xiàn)各環(huán)節(jié)中存在的問題，并提出解決方案，實現(xiàn)對光學(xué)零件加工工藝設(shè)計的持續(xù)改進(jìn).通過參與光學(xué)零件加工的全過程，激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生實踐能力及工藝設(shè)計能力.

3.3課程思政的融入

將課程思政貫穿于教學(xué)的全過程，比如講到模具、量具設(shè)計對提高生產(chǎn)效率的重要性時，引用“工欲善其事必先利其器”，加深學(xué)生對模具、量具設(shè)計重要性的理解；在實體實驗中遇到用理論知識無法解決的實踐問題時，引用“紙上得來終覺淺絕知此事要躬行”，強(qiáng)調(diào)實踐的重要性，重申技術(shù)人員不能眼高手低；由于高效加工設(shè)備的主軸轉(zhuǎn)速或磨輪轉(zhuǎn)速很高，一旦誤操作或模具及磨輪設(shè)計不合理，都可能產(chǎn)生不良后果，威脅人身安全，強(qiáng)調(diào)在實驗和生產(chǎn)中要樹立安全意識.

3.4多元化考核評價機(jī)制

教學(xué)評價不應(yīng)只成為教學(xué)結(jié)束后評判學(xué)生是否達(dá)到教學(xué)目標(biāo)的工具，更應(yīng)該是協(xié)助學(xué)生培養(yǎng)自我修正能力的途徑.考核評價的形式、分?jǐn)?shù)比例、評價方式及反饋整改措施如表3所示.其中，線上虛仿實驗實現(xiàn)評價自動化，學(xué)生自主學(xué)習(xí)過程中，可根據(jù)系統(tǒng)評分，即時進(jìn)行整改；實體實驗的評價以結(jié)果為導(dǎo)向，以各工序的圖紙的技術(shù)要求為評價標(biāo)準(zhǔn)；對于工藝規(guī)程及作業(yè)指導(dǎo)書，則側(cè)重對內(nèi)容合理性和實用性評價，考核學(xué)生對小口徑光學(xué)零件加工工藝的持續(xù)改進(jìn)能力.

4總結(jié)

光學(xué)零件加工技術(shù)實驗課程是面向光電信息科學(xué)與工程專業(yè)開設(shè)的專業(yè)方向課，是一門實踐性和應(yīng)用性很強(qiáng)的專業(yè)課，對學(xué)生的實踐能力及工藝設(shè)計能力的提升起著重要的作用.本文面向產(chǎn)業(yè)需求，針對古典加工技術(shù)及傳統(tǒng)實驗教學(xué)的不足，以任務(wù)驅(qū)動為主線，運(yùn)用虛實結(jié)合、實驗教學(xué)與產(chǎn)業(yè)融合的方法，重構(gòu)光學(xué)零件高效加工實驗教學(xué)內(nèi)容，將課程思政貫穿于教學(xué)全過程，并建立了相應(yīng)的多元化考核評價機(jī)制.學(xué)生通過對實驗內(nèi)容的學(xué)習(xí)、總結(jié)，完成工藝規(guī)程及作業(yè)指導(dǎo)書編制，再通過編制的作業(yè)指導(dǎo)書對實驗進(jìn)行指導(dǎo)，形成閉環(huán)，在此過程中，發(fā)現(xiàn)各環(huán)節(jié)中存在的問題，并提出解決方案，實現(xiàn)對光學(xué)零件加工工藝設(shè)計的持續(xù)改進(jìn)，激發(fā)了學(xué)生的自主學(xué)習(xí)興趣，增強(qiáng)了學(xué)生的實踐能力，能夠更好地適應(yīng)工作崗位.希望該方案可為光學(xué)零件加工技術(shù)實驗教學(xué)提供參考，豐富光學(xué)零件加工技術(shù)實驗教學(xué)的內(nèi)容.

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[責(zé)任編輯：劉紅霞]

Design and Teaching Practice of High-efficient Fabrication Experiment for Small-aperture Optical Parts

YANG Yongliang1， ZHANG Hongyun2， MO Qiuyan2 ，LI Na1* ，WU Keyue1

（1.West Anhui University， Lu’an， Anhui， 237012， China；2.Kaili University， Kaili， Guizhou， 556011， China）

Abstract：

In order to meet the need for high-efficient fabrication engineering talents for optical parts with the rapid development of vehicle lens industry ， according to the deficiencies of the classical processing technology and the traditional experimental teaching，through the combination of virtuality and practice and the integration of experimental teaching and related industries， students can complete the entire process of equipment operation， process design and work instruction preparation according to the experimental tasks， students can find the problems in each link and propose solutions through the closed-loop learning and exploration， and the processing of small-aperture optical parts can be achieved continuous improvement，this teaching design will be benefit to stimulate the motivation of students and improve the ability of practice and process design step by step.

Key words：

Optical elements；high-efficient fabrication engineering；the combination of virtuality and practice；process design