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光學加工工藝發展情況及未來趨勢

一、光學冷加工發展情況

中國的光學零件冷加工在中華民國時期是非常稀少的,到二十世紀五十年代從蘇聯和東德社會主義國家引進光學加工技術,幾乎是復制過來的。光學冷加工采用的是散粒磨料粗磨、精磨,古典式拋光。加工效率低下,同時對操作者的技術要求較高,每個操作者都要經過多年的技術崗位培訓才能正式上崗工作。技術較好的工人可以從加工毛坯到拋光,獨自完成全線的工作。這時的光學冷加工主要依靠技術工人的技能和經驗加工零件,而工藝設計的作用在這個時期不是非常重要的。當時沒有嚴格的工藝標準,通常只在加工要求中給出工藝尺寸、表面精度和外觀等要求即可,而加工調整參數可以不作明確規定,由操作者根據每個人的個人經驗自行調整加工,只要生產出符合圖紙要求的零件就可以。通常每個企業的勞動力都是過剩的,對生產效率關注遠小于對政治思想的要求。
隨著球面銑磨機、平面粗磨機的引進,粗磨作業員的勞動強度得到緩解,大大提高了粗磨的加工效率。工藝要求也有所提升,但由于設備精度較低,后道工序的需求沒有變化,工藝標準的作用沒有明顯的變化。之后又出現了準球心高速拋光,光學冷加工的生產效率飛速提升,工人的分工更加明確,工藝標準的作用明顯提高。工藝員的作用在生產過程是起到決定性作用,作業標準化成為企業日常工作的主要內容,老工人的"手藝"從過去的支配作用,變成了輔助作用。"按標準作業"、"按標準操作"、"按標準生產"等口號,成為每個現代企業生產的根本。工藝員制定的工藝方法、工藝路線、工藝標準,對企業生產起著舉足輕重的作用。
二、加工工藝的作用
工藝文件是指導光學零件加工的主要技術文件,合理的工藝規程是建立在正確的工藝原理和實踐基礎上的,是科學技術和實踐經驗的結晶。因此,它是獲得合格產品的技術保證,一切生產和管理人員必須嚴格遵守。對于大批大量生產的工廠,由于生產組織嚴密,分工細致,要求工藝規程比較詳細,才能便于組織和指揮生產。對于單件小批生產的工廠,工藝規程可以簡單些。但無論生產規模大小,都必須有工藝規程,否則生產調度、技術準備、關鍵技術研究、器材配置等都無法安排,生產將陷入混亂。同時,工藝規程也是處理生產問題的依據,如產品質量問題,可按工藝規程來明確各生產單位的責任。按照工藝規程進行生產,便于保證產品質量、獲得較高的生產效率和經濟效益。
根據工藝規程的步驟逐步進行加工,按其規定的尺寸的要求進行加工、檢驗。從工藝規程編制的情況,可以反映出一個企業的生產水平和工藝水平的高低,是衡量企業技術水平的標尺。合理的工藝規程能保證加工質量,提高生產效率,而且也能反映出產品的工藝制造水平、生產設備狀態和操作人員的作業技能。但是,工藝規程并不是固定不變的,它是作業人員和技術人員在生產過程中的實踐的總結,它可以根據生產實際情況進行修改,使其不斷改進和完善。
當前,光學零件加工進入高速加工時代,光學零件的產量很大,需要大批的操作者,而目前絕大多數操作者的來源都是從自農村的青年人。他們通常沒有技術,文化程度比較低,流動性很大。如果進行長期規范性培訓是不可能的,通常只進行短暫的基礎培訓就上崗了。為了對應這種情況,通常是將加工過程分解成一系列簡單的加工步驟,讓每個操作者只專做其中一個動作,只要嚴格按照規范的要求做就可以了。操作者只要使這個動作準確、熟煉就可以了,從而解決了員工技術培訓周期的問題。加工過程每道工序的機器設備的調整工作,都由專人統一調整。從而解決了技術工人匱乏的局面,使生產順利的進行。
加工工藝的制定也就變得非常重要,工藝員制定的工藝標準制定的情況直接影響產品的品質。工藝員是加工工藝的制定者,設備調整人員和操作者是加工標準的執行者。工藝員制定加工工藝標準后,由設備調整人員調整設備狀態,再由操作者操作。
在加工的全過程中,各道工序之間工藝標準是相互影響的,絕不能孤立的考慮問題。有些企業將工藝設計,按工序、工步分開來進行,這在一定程度上可以彌補工藝員只掌握本工序技術而對全過程技術認識不全面的缺陷。但是這樣做,必然導致各工序、各工步之間工藝設計銜接不上的問題,前面的工藝微小的改變對后面工藝的改變可能會是很大的。因此,在工藝設計時必須要前后協調,建立一個完整的工藝設計體系。
加工工藝設計時,先要確定需要采用的加工方法。成盤加工可以提高加工效率,減少機器設備和人員的占用,但工裝夾具的制造費用較高,主要是在大批量且上盤數量較多時采用;單件加工的工裝夾具制造費用相對較低,裝卸零件方便,但占用設備人員較多。在選擇前要進行仔細的成本測算,再做決定。
在工藝設計時要充分考慮以下因素:被加工零件的玻璃特性、零件的加工技術要求、企業現有的設備加工特點、工裝夾具的設計制造水平、可選用輔助材料的特性、企業現有的加工技術水平、操作人員的技能情況。這些因素要綜合起來考慮,它們也是相互補充和相互制約的。
三、對工藝師的要求
作為工藝規程的設計者,工藝師的作用必須要掌控加工工藝的全過程,要求工藝師必須要有多方面的綜合素質。光學加工工藝師是應用光學加工工藝技術,解決光學加工過程中各種具體問題并改進工藝,研究和應用新加工方法、新材料、新輔助材料、新工藝等。
光學加工工藝師應掌握的技能:
1.基本的運算、實驗、光學制圖、機械設計等技能。能夠運用現代數學方法和運算工具(如微機操作、運算程序),解決光學加工中的實際問題;能夠獨立完成光學加工工藝設計、操作機械設備和對加工結果的分析整理;能夠準確、熟練地繪制光學零件圖;在各類工程技術設計中,能運用現代工程設計方法,取得創造性的成果。
2.實際操作技能。具備一定的設備、儀器操作技能。
3.工藝創新技能。通過實際的加工實驗,形成對光學加工工藝的新認識,開發新工藝。
4.電腦使用技能。熟練掌握電腦的使用方法、操作技能、常用應用程序,能夠獨立運用計算機解決工藝問題。
5.表達技能。能夠用書面和口頭形式清晰準確的表達技術見解,進行技術指導。能將不同工藝的內容按照規定的格式撰寫規范化的技術文件。
6.對工藝的經濟分析和評價技能。對光學加工過程中出現的問題,做出正確的成本分析和評價。
7.情報利用技能。掌握技術情報的查找和利用方法,能夠充分利用本企業和外部的情報系統,及時獲取有用的技術資料。
光學加工工藝師要掌握的知識面:
在光學加工方面,工藝師必須掌握光學零件的加工原理,熟悉各種加工方法,對光學零件的標準和要求有全面的認識,對各種玻璃性能和輔助材料的性能通過實踐進行認識,熟悉光學零件的測量方法、測量精度分析,精通各種檢測工具的使用方法和特點。
要掌握一定的機械知識,了解各種機器設備的加工原理、機械結構、加工精度,熟練準確的設計工裝夾具。
要有一些化學知識,對提高加工效率和防止光學零件表面腐蝕有幫助。

要了解基本的經濟核算知識,能夠計算工藝成本,并進行經濟性比較。

要掌握本企業加工技術水平的變化情況,對作業人員顯著變更對加工過程的影響能夠預測并能做出相應的對策。
四、產品品質波動對工藝設計的影響

在加工光學零件的過程中,產品的品質常常會產生波動。影響品質的因素非常多,一時難以準確的分析出品質波動的真正原因時,絕大多數工藝員選擇不斷地改變加工方法或其它工藝條件,通過多種試驗找到一個可以穩定品質的方法。這種解決方法常常會收到明顯的效果,因此在很多工廠中經常推行這種方法。作為零件加工廠,首先要保證產品的交貨,以后才能保證有后續的產品定單,因此這也是一種可行的方法,每次需要投入的精力較少,使用比較方便。但是,如果在生產過程中頻繁出現這種現象,企業就必須投入大量的人力、物力來對應,企業技術能力就受到挑戰。管理人員和技術人員象救火的消防員一樣四處奔波,打亂的企業的正常工作秩序,日常工作就成為不斷變更作業條件后品質的跟蹤,很難制訂長期的工作計劃,工作效率降低。產品的品質經常波動,同時也給廣大的直接作者也帶來巨大的壓力,這種情況使企業的人員流失現象加劇,從而進一步影響企業的工藝執行情況,品質波動現象加劇。

如果要下決心解決品質頻繁波動現象,工藝師應該承擔更大的責任。產生這種現象的多數原因在于,加工的環境變化、操作人員的變化、原材料輔助材料型號和生產批次變化、工裝模具的變化、工藝紀律執行情況等方面。多數品質的波動是有規律的,如每年春季的陰雨時期,玻璃上最容易出現腐蝕斑痕。因此,在工藝設計時要提前品質的波動可能,制定不同時期的工藝方案,以防止品質的波動。在日常工作中對工藝因素進行監控,記錄工藝因素變化對產品品質的影響和各種工藝方案的效果,進行歸納,總結出問題的處理方法。在工藝標準設計時,采用標準化設計,根據企業加工工藝特點,將各種加工工藝參數用經驗公式計算出來,使工藝設計呈現明確的規律性。因此,我們可以利用加工工藝的規律性和產品品質波動的規律性,選擇適當的工藝方案,改善產品的不良率,提高生產效率。
五、加工工藝設計標準化

標準化的加工工藝設計,是將被加工零件的材料和技術規格、企業的加工設備、各種輔助材料、加工工藝水平、加工環境等作為自變量,計算出可選擇的加工工藝路線、零件的工藝尺寸和精度(各工序的加工余量、形狀精度和表面粗糙度的搭配)、零件毛坯的尺寸和精度、選定輔助材料、工裝夾具的結構和尺寸、選定加工設備和設備調整參數、零件檢測方法等,從中進行比較,最后制定出最佳的工藝方案。這樣就開始了出現加工工藝設計標準形成雛形,為后續工作建立了基礎。

標準化的加工工藝設計也不是一成不變的,隨著企業加工工藝水平的提高、新材料新設備的引進、新加工方法的開發,加工工藝設計也必須隨之變化,加工工藝設計標準就應當進行修訂。通過對作業人員和技術人員在生產過程中的實踐經驗進行總結,根據生產實際情況進行修改,使其不斷改進和完善。在整個工藝設計和修正過程中,對修正內容的變化對品質的影響進行量化對比,并詳細記錄下來。

通過對工藝設計的不斷修正,工藝師要對設計標準進行修訂。標準的修訂需要工程師掌握廣泛的技術知識,除光學加工技術以外,還要有機械、數學、統計學、計算機運算等方面的知識。

達爾文指出:"科學就是整理事實,從中發現規律,作出結論。"

光學加工工藝技術也是科學的一部分,經過長期的工作實踐,我們也都認識到工藝也是有規律可循的。通過各種工藝現象,我們可以看到其本質。對工藝條件的變化對生產結果的影響,進行歸納、分析和總結,從中出現變化的規律性。工藝師通過對規律性的總結,對設計標準進行修訂,光學加工設計標準就不斷的完善起來。用規律性的方法解決生產過程中出現的普遍性問題,就使多數的技術人員和管理人員節省了大量的時間和精力,進行正常有序的工作。在現有的工藝水平基礎上,可以提高產品品質,找出提高生產效率、降低勞動強度的方法。

在生產過程中還有一些有影響是因素我們未知的,我們可以用這種方法發現它,從而確定解決問題的目標,提高工藝水平。

加工工藝設計標準化,是在企業的工藝技術水平達到一定水平后可以實施的。它需要企業內部全體工藝技術人員的共同努力和生產管理人員協助來實現的,可以說加工工藝設計標準化要有整個的管理體系做為支撐。加工工藝標準化不是一朝一夕的工作,它需要企業內部工藝設計經驗的積累,要從企業自身的加工工藝技術為基礎發展起來,由于每個企業的加工工藝方法、工藝水平不同,因而從不能從外部照搬標準。因此,企業要從一點一滴地積累經驗,依靠堅持不懈的努力才能實現自己的標準化設計。企業整體的工藝技術決定著加工工藝設計標準化的成敗,相互團結、相互合作、相互促進、相互提高是技術發展關鍵。

加工工藝設計標準化,是企業發展到較高水平后推動企業發展不可缺少的過程。它可以反映出一個企業的生產水平和工藝水平的高低,是衡量企業技術水平的標尺。在實際生產的過程中,不斷完善加工工藝設計標準,使其更適合生產的需要,促進技術人員和作業人員技術水平的提高,提高生產效率、降低不良率,提升企業的經濟效益。

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