畢業設計（論文）題目：光學儀器裝配與調整的計算機模擬（雙筒望遠鏡的裝配與調試） 學 生 姓 名： 學號：學 部 （系）： 專 業 年 級： 指 導 教 師： 職稱或學位：2011 年 5 月 26 日目 錄摘要VI關鍵字. . VIAbstractVIIKeywords. . VII1 緒 論11.1 引言11.2 國內外發展趨勢11.3 課題研究的意義21.4 課題研究的主要內容22 望遠鏡的結構42.1 望遠鏡的兩種光學結構42.2 機械零件結構53 儀器組裝的原則和要求83.1 裝配工藝規程83.2 一般裝配工作94 光學儀器裝配校正的一般過程114.1 初裝114.2 精裝134.3 總裝134.4 對裝配好的儀器進行密封和干燥134.5 成品光學儀器的檢查135 SOLIDWORKS使用研究155.1 solidworks 2009配置要求和界面155.2 solidworks的基本功能165.3 solidworks2009使用心得176 使用計算機軟件模擬雙筒望遠鏡的裝配186.1 物鏡組的組成與裝配186.2 目鏡組的組成與裝配236.3 普羅棱鏡組的組成與裝配286.4 望遠鏡鏡體總成336.5 雙筒望遠鏡總裝397 總 結41致 謝42參考文獻43光學儀器裝配與調整的計算機模擬（雙筒望遠鏡的裝配與調試）摘 要隨著科學的發展，社會信息化程度越來越高，人們對機械設備的設計研發，從原來的“在研發中知道”，到現在的“在研發前知道”，計算機的貢獻功不可沒，各種大型機械軟件在當今社會的生產設計之中起到了很大的作用。在光學儀器的設計領域，同樣有各種計算機模擬的應用，比如tracePRO和SOLIDWORKS在光學儀器乃至整個儀器機械設計領域得到了非常廣泛的應用。同時，大型軟件之間的聯合協作（如solidworks、pro-E和UG）也使得當代的設計工作變得更加輕松準確高效，使得整個機械設計領域產生了巨大的變革。本文就是從以計算機軟件（SOLIDWORKS）為設計工具，對光學儀器（望遠鏡）進行虛擬化裝配調試，并結合相應的光學儀器設計法則，對光學儀器現代化研發做出大致的概括。關鍵字：光學儀器；裝配調試；計算機模擬；solidworks The computer simulation of the optical instrument assembling and debugging（The assembly and debugging of the binoculars）AbstractWith the development of science, the social informatization achieve higher degree, so in the mechanical equipment , people from the original to know it after do it, to now to know it before do it , computer made a great contribution in this great changes, various of engineering software had been used in the production design works which are play a very significant role today.In the field of optical instruments,there are a variety of computer simulations been applied, such as tracePRO and SOLIDWORKS had been widely used in the works of optical instruments designing .At the same time,the cooperation between the large software systems(suck as,solidworks,pro-E and UG) had made the design working became more relax,exact and efficient in the present ageThis paper is based on the applications of the computer software (solidworks),according to the rules,to design ,combine and debugging the optical instrument (telescope)on the computer, and make roughly generalizations for this modern design idea .Keywords: optical instrument； assembly and debugging； computer simulation；solidworks 1 緒 論1.1 引言9隨著生產和科學技術的發展，光學精密機械已經廣泛的應用于國民經濟和國防工業的許多部門，同時，隨著相關部門對于相應光學儀器的需求的加大，在光學儀器的設計生產領域也在應時代的發展悄無聲息的發生了革命性的變化，其中大型計算機機械設計軟件在這個歷史性變革中起到了推波助瀾的作用。自1750年西方資本主義國家的工業革命以來，人類對于機械的需求與日俱增，相應的機械設計領域也在那時如雨后春筍一般的蓬勃發展，歷經幾百年的變革，機械設計領域也順應時代要求向更加安全、高效和經濟的方向發展著，過去那種在不斷的嘗試中需求最佳設計方案的理念已經適應不了如今的市場經濟社會了，于是，類似solidworks、pro-E和UG之類的大型計算機3D模擬機械設計軟件進入了人們的生活，沖擊著設計界，同時也改變著光學機械領域的設計方式。1.2 國內外發展趨勢915近年來，我國光學儀器行業迅速發展，朝著高性能、高精度、高靈敏、高可靠性、智能化、自動化等方向發展，體現出如下幾方面的特點:一是培育了一批特色優勢產品，二是產業區位集聚程度較高，三是具有比較靈活的經營機制，四是技術水平不斷提高，五是產品應用范圍越來越廣泛。同時也存在不少問題，我國光學儀器產品大多屬中低檔水平，高檔產品依賴進口，生產現狀不盡人意。高檔、大型儀器設備幾乎全部依賴進口，中檔產品以及許多關鍵零部件，國外公司占有國內市場過半的市場份額。雖然技術水平不斷提高，但仍與國外存在差距，自20世紀90年代初期開始，高技術含量的光學儀器領域，參與競爭的主要是引進、合資的產品。在引進、合資、國產化過程中，國內企業缺乏對產品關鍵技術的研究，不能獨立地對產品進行升級換代，重復引進現象嚴重。另產、學、研、金（融）、政（府）、用（戶）有機結合的體制和政策沒有形成，專業人才的缺乏，企業勞動生產率低等都是產業發展中迫需解決的問題。為了適應這種大環境的改變，光學機密機械的設計制造，必須更加的精確，直觀，快速。隨著大型計算機模擬軟件在精密機械領域的應用，人們獲得了與傳統設計方式完全不同的設計路徑。目前國內的很多光學精密機械生產廠家在光學機械的設計方式上，從傳統的二維圖紙和實物測試，轉換到了最新的計算機三維建模和計算機模擬上，這種轉變大大提高了設計的精度和效率。使用三維CAD系統，可以在裝配環境中設計新零件，也可以利用相鄰零件的位置及形狀來設計新零件，既方便又快捷，避免了單獨設計零件導致裝配的誤差。資源查找器中的零件回放還可以把零件造型的過程通過動畫演示出來，使人一目了然。運用傳統設計方法進行機械產品的創新設計是件十分困難的事情，而三維CAD技術在方案設計階段，充分利用專家系統，建立多種機構進行構型對比，立體感強、效果逼真，使創新設計有了科學的工具，更能激發設計人員的新穎構思。在設計過程中，資源查找器中的裝配路徑查找器記錄了零件之間的裝配關系，若裝配不正確即予以顯示，另外，零件還可以隱藏，在隱藏了外部零件的時候，可清楚地看到內部的裝配結構。整個機器裝配模型完成后還能進行運動演示，對于有一定運動行程要求的，可檢驗行程是否達到要求，及時對設計進行更改，避免了產品生產后才發現需要修改甚至報廢。采用三維CAD技術能夠大幅度地提高設計效率。比如對產品進行改型或更改設計，部分零部件改動相關尺寸鏈上的大部分零部件都會自動改動相關尺寸，使設計的效率提高了35倍。借助于三維CAD系統高度變型設計能力，能夠通過快速重構，得到一種全新的機械產品。三維CAD使機械設計更加科學和先進，如有限元受力分析、產品的虛擬設計、運動仿真和優化設計等同時也保證了產品的設計質量，使設計更加合理和少出差錯。工程設計人員都知道，一個大中型產品的設計不是一個人或是少數幾個人能夠完成的，三維CAD技術使得設計人員之間的研討交流更加直觀和容易，有利于集思廣益，充分發揮團隊的力量，集體的智慧。三維設計軟件是當今最先進的CAD軟件，計算機技術在設計中的應用已從以往的繪圖發展到當今的三維建模、虛擬制造、智能設計及CAD/CAE/CAM集成階段。在發達國家與工程設計有關的各個領域得到了廣泛應用。比如：美國福特公司應用三維CAD技術后將新型汽車開發周期從18個月壓縮到12個月，減少了90%的實物模型，減少新產品的設計更改50%以上，減少新汽車試制成本50%，提高投資效益30%。波音公司新一代777客機生產中實現了“無圖紙設計”，其先進的CAD/CAM技術走在了全世界的前面。三維CAD軟件是工程師進行機械設計的現代化工具和科學方法，大大縮短了機械產品設計周期，提高效率、降低成本，提高設計質量。三維CAD技術從根本上改變了機械設計的方法和質量，引進了現代設計理念對傳統機械設計進行了創新式變革，意義重大而深遠。1.3 課題研究的意義隨著工業設計的發展，人們需要更加高效和低成本的設計方式，計算機模擬是當今社會工業設計的發展趨勢，作為一名新時代的大學生，必須順應時代的需求，通過自己的不斷學習，完善自己的只是架構，以適應時代的快速變化。 通過了解和學習雙筒望遠鏡的光學結構、機械結構、零部件的組成和配合，并使用solidworks2009對儀器進行虛擬裝配，來對現代工業光學精密機械設計進行一個基礎的研究和認識，鍛煉將理論設計和工業生產相結合的能力，以便自己能夠在今后的工作和學習中更加得心應手。151.4 課題研究的主要內容1要設計出一臺望遠鏡必須先了解望遠鏡的工作原理和基本結構，這里主要研究望遠鏡的光學結構和機械結構，重點在于望遠鏡的機械部分的組成部件的介紹。2了解學習如何裝配出一臺合格的儀器，必須遵守哪些裝配原則和要求，這里主要是研究現代的儀器生產制造中，關于儀器的裝配的規則規范。3通過學習前人的設計經驗，研究一般光學儀器的結構組成，同時學習光學零件和機械零件之間是如何配合的，不同用途的光學儀器對應的怎樣的配合方式。4學習使用大型三維計算機機械設計模擬軟件進行光學精密機械設計。5研究學習雙筒望遠鏡的結構，光學部分和機械結構的配合機制，儀器的裝配方式等，再結合軟件的應用，加上自身對機械設計的理解，使用大型計算機機械設計軟件對雙筒望遠鏡的各個零件、部件，最后到整體，都進行三維建模和裝配模擬。2 望遠鏡的結構2.1 望遠鏡的兩種光學結構52.1.1 開普勒（Kepler）型望遠鏡光學系統如圖2-1所示，該光學結構的望遠鏡，物鏡和目鏡均由正透鏡構成,鏡筒內存在實像。此結構可設置視場光闌，消漸暈，也可設置分劃板,測量物體大小，系統成像特點是倒像。眼睛xaFe目鏡Fo物鏡Fe(Fo)圖2-1 開普勒式望遠鏡光學結構圖2.1.2 伽利略（Galileo）型望遠鏡光學系統如圖2-2所示，該光學結構的望遠鏡，目鏡由負透鏡構成,鏡筒內不存在實像。此系統結構緊湊，筒長短,成正立像，不可設置分劃板,測量物體大小，同時存在漸暈。目鏡FeFo物鏡Fe (Fo)眼睛圖2-2 伽利略式望遠鏡光學結構圖2.2 機械零件結構以上為一般的雙筒望遠鏡的結構如圖2-3所示，整體結構包括，物鏡組、目鏡組、普羅棱鏡組、鏡體中心軸和組外部保護件組等圖2-3 直角棱鏡轉像的雙筒望遠鏡整體結構 物鏡組由若干零件組成，結構如圖2-4所示，包括偏心鏡座、偏心環帶螺紋透鏡、壓圈、帶螺紋鏡蓋、墊圈、消色差雙膠合透鏡和殼體等。圖2-4 物鏡組結構圖目鏡組由若干零件組成，結構如圖2-5所示，包括目鏡基座、目鏡卡環、透鏡隔圈、帶螺紋壓環、目鏡鏡體和兩枚雙膠合透鏡等。圖2-5 目鏡組結構圖普羅棱鏡組由若干零件組成，結構如圖2-6所示，包括棱鏡座、兩枚轉折棱鏡、棱鏡壓條、棱角保護條和棱鏡調整薄片等圖2-6 普羅棱鏡組結構圖中心軸組由若干零件組成，結構如圖2-7所示，包括中心帶部分螺紋插銷、中心螺母、調整墊片、插銷保護套和油封墊圈等。圖2-7 中心軸組結構圖3 儀器產品組裝的原則和要求3.1 裝配工藝規程2裝配的基本概念一臺儀器由許多零件和部件組成。更具規定的技術要求，將若干個零件結合成部件或將若干個零件和部件結合成產品（總成）的過程，稱為裝配。前者稱為部件裝配，后者稱為總裝配，如圖3-1所示。儀器的裝配式儀器制造過程中的最后一個階段，經過裝配，使儀器實現要求的功能，保證一定的使用精度。裝配是對儀器設計及零件加工質量的總檢驗。裝配工藝的作用就是根據轉配精度的要求，合理確定零件的公差，使之成為相對容易加工并尋求經濟而又方便的裝配方法。圖3-1 精密儀器裝備車間9裝配工藝規程的制定制訂原則和原始資料，在制訂儀器裝配工藝規程時，要盡可能的減少鉗工裝配工作量，以提高效率，縮短周期；盡可能的減少車間的生產面積。制訂裝配工藝規程，必須具有下列原始資料：產品的總裝圖和部件配圖。產品驗收的技術條件。產品的生產綱領。現有生產條件。制訂裝配工藝規程的方法，制訂裝配工藝規程大致分為三個階段：產品結構分析分劃裝配單元確定裝配順序編寫裝配工藝文件裝配工藝過程卡和裝配工藝工序卡是裝配工藝的主要文件，裝配工藝流程圖是裝配工藝的輔助文件。在單件小批量生產時，一般只編寫裝配工藝過程卡片，并利用裝配工藝流程圖代替裝配工序卡片,如圖3-2所示。 圖3-2 流程工序卡3.2 一般裝配工作2儀器的裝配工作包括組裝、調試、試驗、檢驗、包裝等內容。組裝是將零件集合成組件或部件，最后集合成儀器的工藝過程。組裝時通過各種手段保證產品質量的過程。常見的組裝工作包括：清洗，連接，裝配加工和平衡。裝配的組織形式儀器的裝配工藝方案的制訂與裝配的組織形式有關。裝配組織形式的選擇，主要取決于產品的結構特點（尺寸和重量）、精度要求和生產批量。裝配主要組織形式有非流水裝配和流水裝配，非流水裝配都用于固定式裝配，而流水裝配則有固定式裝配及移動式裝配兩種。非流水裝配非流水裝配分為兩種，一種是整個裝配自零件到產品，由一組工人來完成，工人在技術上不作分工，因而對工人的技術水平要求較高，由于零件的修配量大，裝配周期較長，這種方式只適用于單件生產；另一種是把裝配過程分細，一部分工人事先把零件轉配成組件或部件，再由另一部分工人把組件或部件等裝配成整臺儀器。這樣分工，工人易于積累經驗，生產周期也短些，適合于中小批生產。流水裝配流水裝配就是把裝配過程分成個別的工序，而每道工序有它自己的工作特點，由固定的工人在一定時間內完成，按流水作業進行裝配。移動流水式裝配裝配對象的移動傳送裝置的布置工序同期化固定流水式裝配 產品裝配是在不動的裝配工作臺上進行的，裝配過程中產品位置不變，裝配所需零部件都匯集在工作點附近。這種方式適用于機體質量大或剛度較差的儀器儀表，隨意移動會影響其裝配精度。固定式裝配線的特點是成品的全部裝配過程所占工作臺的數量等于裝配過程的工序數目。 4 光學儀器裝配校正的一般過程3從加工好的合格的光學零件和金屬零件，到裝成一個合格的成品軍用光學儀器，一般需要經過初裝、精裝（校正）、總裝、密封干燥和檢查測試等步驟4.1 初裝初裝是指主要是將凡是能在裝配光學零件以前，能裝配的所有金屬零件按設計要求進行裝配。由于光學儀器一般都是比較精密的，特別是其中一些關鍵結構部分中的零件或部件之間的配合要求較高，如果直接用機械加工的公差來保證是比較困難的，并且也是不經濟的，所以在初裝過程中，往往需要對有些配合部分進行“補充加工”，如選配、修切、調整、研磨、配鉆等。下面舉幾個實際例子說明：圖4-1，是軸孔配合的裝配，各義尺寸26.5配合后要求間隙小于0.01（即1絲或1道），這樣間隙比1級精度還要高。并且要求平滑轉動，無卡滯現象，既要求比較高的幾何形狀精度和一定的表面光滑度。在這種情況下往往采用研磨的方法來達到，先將軸孔做成過度配合，孔做成26.5 D4，軸做成26.5 ga3或26.5 gb3，在裝配式選配成適當的過盈量作為研磨量，然后用金剛砂粗研，適當時再用綠油膏或綠粉研磨，直到到達要求為止。這里，必須指出，金剛砂不能做軟金屬的研磨劑。圖4-1 軸配合圖4-2，表示的是要求一定方向的鉤子的裝配。圖中是鉤子，是配合件?，F要求鉤子的方向與有一定的相對位置要求，而是通過螺紋擰在上的。如果要直接用機械加工保證，那是很困難的，所以可通過修切的端面或在之間加一定厚度的墊片就可以實現。圖4-2 相對配合圖4-3，是一對錐齒輪嚙合，兩個錐齒輪分別于支架組成部件1和3，在裝配后要求達到正確嚙合，所謂正確嚙合對錐齒輪來說有兩條：一是兩個錐齒輪的錐頂角重合，二是兩個錐齒輪軸線的夾角為預定的?，F在部件2為基準（配合面A）所以部件1相對部件2要作三個方向的轉動。即沿著部件1的錐齒輪軸線方向移動；沿著垂直于紙面方向移動；沿著部件2的錐齒輪軸線方向移動；繞垂直于紙面的軸線轉動，其中和可以通過調整1來達到，和則可以修切配合面A來達到，一般是修切部件1上的平面來達到。圖4-3 齒輪嚙合以上三個例子是所提到的所謂研磨，修切，加墊片，調整等方法，總稱補償法，這種方法在光學儀器裝配中經常用到，也是比較重要的方法。因此在設計時必須預先考慮到這些問題。4.2 精裝精裝是光學零件與金屬零件之間的裝配，在這過程的同時需要對能轉成的帶有光學零件的部件進行校正和檢查，如檢查它們的性能，像質，鑒別率，校正光學零部件與金屬零部件的基準面的相對位置的正確關系。把初裝后的部件重新拆開，經過清洗，與光學零件直接固定的金屬零件要烘干，然后對光學零件和金屬零件進行組合，組合后進行檢查，看是否把光學零件夾得過緊或松動，如過緊則會產生應力而使像質變壞，如松動則會影響光學零件的位置精度。如果有兩個以上帶光學零件的部件組成更大的部件時（對簡單儀器來說也可能已成總體），也往往在校正的同時需要對某些部件的基面進行修切或調整，以達到各部件之間的正確關系。4.3 總裝總裝，一般適用于大型的或較為復雜的光學儀器進行裝配才有。在總裝過程中，主要把已裝好的并且已經校正合格的部件，裝入總的基準鍵中，并進行部件之間相互校正和總的校正，以達到儀器各項總的性能指標。在這過程中也同樣要對某些件作修切或調整。4.4 對裝配好的儀器進行密封和干燥 光學儀器，特別是在室外使用的軍用光學儀器需要在各種惡劣條件下使用，所以對儀器必須進行嚴格的密封，并進行干燥，如不這樣做，就會在光學零件表面上生霉，生霧，影響儀器使用，嚴重的則無法使用。密封，是在可動部分，一般采用密封結構，在固定部分，一般是采用密封油灰貨其他密封材料。干燥，主要是在儀器內部灌入干燥氣體（如氮氣），以杜絕霉菌繁殖的條件。在結構上采用兩個氣孔，供抽氣和灌氣用。4.5 成品光學儀器的檢查 裝調好的光學儀器產品要經過一系列的測試，合格后才能出廠，包括以下內容。光學性能包括：放大倍率（）、視場（2）、出朣直徑（2a）、出朣距離（P）和鑒別率（）等。對不同類型的儀器還有一些各自特有的光學性能。其他性能包括：分劃刻度正確性（主要是零位置）、轉動精度 、轉動力矩、外表和技術條件所規定的其他總體性能等。模擬使用條件的試驗，一般稱之為五項試驗。但有些儀器則不一定是五項，要看使用條件而定。五項試驗（以下為其中四項對以光學儀器的測試項目）的內容和次序：震動試驗-模擬儀器在運輸狀態沖擊-模擬儀器在火炮上使用。如瞄準鏡淋雨-模擬儀器在野外下雨時使用，有的儀器還做灰霧室試驗。高低溫試驗-模擬儀器在極端溫度條件下使用，一般規定+50- -40以上五項試驗，主要是對儀器的牢固性，密封性和穩定性進行考驗。能不能通過五項測試（即經過五項試驗仍保持原有的各項總體性能指標），這樣的儀器的材料選擇，儀器結構的設計與裝配質量，以及輔料的質量（如油灰，潤滑油等）有很大關系。如果材料強度不夠或結構取得太單薄，就經不起震動、沖擊。同樣，如果密封油灰太脆或潤滑油脂性能不好，或裝配沒有達到規定的要求，則經過震動后，也可能把密封油壓震裂而破壞密封性，或把潤滑油甩到光學零件表面上影響使用。如果材料選得不合適或設計間隙選得不適當，輔料質量不好，則經過高低溫后，可能使活動部分卡死，密封油灰開裂或熔化，潤滑油凝固或流出等等，都是影響儀器總的性能原因。通過五項試驗，如試驗前后各項性能指標的變化在公差范圍內，則儀器就可以交付使用了。通過上述分析，在實際裝配中有兩個重點，一是要注意到裝配與設計有密切的關系，設計時必須考慮到裝配與校正的可能性，也就是要考慮到各種補償的可能性。二是要注意到軍用光學儀器要在各種惡劣的條件下使用的特點，這對設計和裝配提出了更加嚴格的要求。5 SOLIDWORKS使用研究SolidWorks軟件是世界上第一個基于Windows開發的三維CAD系統，由于技術創新符合CAD技術的發展潮流和趨勢，SolidWorks公司于兩年間成為CAD/CAM產業中獲利最高的公司。良好的財務狀況和用戶支持使得SolidWorks每年都有數十乃至數百項的技術創新，公司也獲得了很多榮譽。該系統在1995-1999年獲得全球微機平臺CAD系統評比第一名；從1995年至今，已經累計獲得十七項國際大獎，其中僅從1999年起，美國權威的CAD專業雜志CADENCE連續4年授予SolidWorks最佳編輯獎，以表彰SolidWorks的創新、活力和簡明。至此，SolidWorks所遵循的易用、穩定和創新三大原則得到了全面的落實和證明，使用它，設計師大大縮短了設計時間，產品快速、高效地投向了市場。本設計使用軟件為solidworks2009，該軟件功能強大，適合幾乎所有類別的機械結構設計，下面是對于該軟件功能的介紹。5.1 solidworks 2009配置要求和界面15solidworks2009的最低配置要求是，CPU 1.6GHZ，內存256M，集成顯卡即可。作者為了讓程序運行更加流暢，選用了CPU 2.1*3GHZ，內存3G和HD5650獨立顯卡（顯存1G）的配置。當然，如果需要更專業的運行環境，必要配備專業圖形顯卡，配置此類顯卡即可運行realview模式，讓建模外觀更加真實漂亮。Solidworks2009的載入界面和運行界面如圖5-1和圖5-2所示。圖5-1 solidworks2009載入界面圖5-2 solidworks2009運行界面5.2 solidworks的基本功能15草圖：SolidWorks草圖可以插入參考圖片，圖線可以自由拖動，自動解算，自動標注，自我修復。 配置：SolidWorks獨特的配置功能迅速展示不同設計方案，以及零件不同狀態，比如：能夠迅速獲得零件毛坯形態和尺寸，不僅僅為設計，更延伸到對工藝過程的支持。 陣列：除了常見的規則陣列，更含有草圖驅動、特征驅動、曲線驅動、數據文件驅動等多種陣列能力，比如：僅僅用一個曲線驅動陣列，就能模擬電纜拖鏈的動態占位效果。 多實體建模：多實體建模為復雜模型建造帶來更多的實用手段，甚至能像裝配那樣移動、重組實體，完美地實現零件插入零件的復合造型。 特型造型：SolidWorks獨特的特型造型功能極大提高了藝術造型的能力與效率，比如：僅僅使用平直線條的簡單造型，迅速就能轉化為曲面模型。 鈑金：強大的鈑金功能含有多種造型模式，能完成復雜鈑金件的快速建模，比如：放樣鈑金造型能夠展平含有復雜曲面的鈑金件，為相關工藝準備提供迅捷支持。 曲面造型：全面而富于特色的曲面工具，豐富的選項，甚至能完成動物、運動鞋那樣的復雜模型，僅僅一個填補曲面的功能，令許多費力費時的曲面修補變得如此輕松。 焊件功能：僅僅選擇路徑即可快速完成型材組構焊件，自動生成下料清單，并統計材料類型與長度等等。 質紋理：快速獲得重量、重心等數據，甚至不用渲染，僅僅使用表面紋理即可獲得滿意的真實視覺效果。 尺寸關聯：通過建模過程中設定的關鍵數據關聯。比如：當改變軸承的型號時，相關的軸徑、軸承座等零件自動變化，無須單獨修改。 自定義資源：含有多種項目的自定義資源極大地提高設計效率，比如：在軸上開一個圓頭建槽，或是在管端生成一個法蘭，僅僅通過拖放、選參數、確定等三到五次鼠標點擊即可完成。 裝配：僅僅是拖放即可自動建立合適的配合關系，智能零部件與扣件還能自動調整參數以適應裝配需要，天生就具備動態模擬的能力，甚至能模仿真實碰撞致動的效果。多達四十萬件的大型裝配也通過了測試。使用圖塊，在裝配中更方便地進行自頂而下的設計工作，使得總體布局草圖兼備簡潔靈活而詳細的能力。 工程圖：零件與裝配體的工程圖都是自動投影生成，自動填寫標題欄，可控地自動投影尺寸，還能根據不同的配置，給出零件不同狀態的工程圖，為工藝準備帶來極大便利。并且完全支持圖層、線型等二維CAD能力，并能生成二維CAD可讀的文件。 數據轉換：SolidWorks配有豐富的數據接口，含有自動修復模型能力，它所能夠打開以及轉出的數據格式也許是最多的，比如：它能直接打開PRO/E文件，并讀取特征使之成為可編輯的SolidWorks模型。5.3 solidworks2009使用心得作者在學習和使用solidworks2009的過程中，對solidworks2009積累了一些使用心得，下面就具體的幾個方面來總結一下。建模:相比傳統的工程軟件，solidworks的建模更加高效智能，它是通過繪制平面草圖來生成3D模型的，在平面草圖的繪制中，可以先繪制出草圖大致，再使用智能尺寸來修改草圖，以達到需要的規格，使得建模更加快捷和直觀。配合：對于零件的配合，solidworks有相當強大的功能體現，不單單可以使用繪制好的零件生成裝配體，還可以在裝配體內靈活的修改零件，更加可以檢查裝配體中的配合項目之間的相互干涉情況，可謂是面面俱到。仿真：solidworks的強大之處舉不勝舉，最令作者感到欣喜的就是軟件可以檢查零件或者機構在力作用下的受力情況，通過限制幾個自由度，在某方向施加外力來測試整個零件或機構的受力情況，大大減少了在實際設計中的實驗成本和時間，十分人性化。動畫：solidworks自帶了動畫的制作功能，可以使用這個功能模擬產品動畫，對企業廠家都是相當使用的功能（作者也同樣適用這個功能制作了裝配動畫，效果很好）。渲染：這個功能只要應用于生成產品的真實外觀圖，可以選擇不同的材料，布景和光源，模擬不同的產品需要，渲染出的實體也非常的漂亮。6 使用計算機軟件模擬雙筒望遠鏡的裝配這里，是使用solidworks（2009）專業版，對雙筒望遠鏡完全裝配和部分調整進行計算機模擬仿真，要完成雙筒望遠鏡如圖6-1所示，必須先進行部件裝配，再進行總裝，計算機模擬過程如下。圖6-1 solidworks2009制作完成的雙筒望遠鏡渲染圖6.1 物鏡組的組成與裝配組成物鏡組的零件有：消色差雙膠合透鏡，偏心透鏡座，透鏡壓環，偏心外環，保護外圈，筒身。下面分別對這些零件進行建模和特點說明。消色差雙膠合透鏡，如圖6-2所示。圖6-2 消色差雙膠合透鏡該零件由兩塊透鏡膠合而成，兩塊透鏡都經過磨邊和倒角，以防止透鏡崩邊或碎裂，透鏡表面鍍有增透膜，以保證光線能較低損耗的通過透鏡組，從而強化觀察效果。膠合透鏡務必保證兩透鏡的光軸共軛，以保證成像質量。偏心透鏡座，如圖6-3所示。圖6-3 偏心透鏡座該零件為消色差雙膠合透鏡的直接承載零件，加工精度要求較高，透鏡卡座位置有凹槽，凹槽周圍分布有四個通孔，當透鏡安裝后，可以從孔中向凹槽內注膠，以達到密封、減震、保護透鏡的目的，注膠完畢后，使用機米螺絲將四個孔鎖死。透鏡壓環，如圖6-4所示。圖6-4 透鏡壓環該零件用于固定透鏡位置，當透鏡放入透鏡座后，先在改環將與透鏡接觸的面上涂上一圈密封膠，然后將壓環旋入透鏡座，待調節好透鏡位置后鎖緊，固定透鏡位置完成。在透鏡座的凹槽中注膠是在鎖緊透鏡之后，這樣方能到達透鏡的安裝準確無誤。偏心外環，如圖6-5所示。圖6-5 偏心外環該零件安裝于透鏡座外部，是透鏡座與保護外圈的鏈接機構，同時也是調整物鏡組光軸的重要零件。保護外圈，如圖6-6所示。圖6-6 保護外圈該零件是位于物鏡組末端最外沿零件，對整個透鏡組起重要的承載和保護作用，通過螺紋和偏心外環，與透鏡座相互鏈接，同時也通過螺紋和物鏡組總成的筒身鏈接。為了保證安裝效果和系統的穩定性，所有的螺紋部分在安裝時都上螺絲膠，以保證內部零件的相對位置絕對穩定。筒身，如圖6-7所示。圖6-7 筒身該零件是物鏡組與整個望遠鏡系統的鏈接零件，同時也維持了物鏡組對于整個系統的光學結構穩定性，它不但對光路起了重要的保護作用，同時對內部元件的穩定性起到了重要作用。該零件兩端的借口均有螺紋，用于鏈接物鏡座和望遠鏡鏡身。物鏡組結構一覽物鏡組全貌，如圖6-9所示。圖6-9 物鏡組總成全貌物鏡組透視圖，如圖6-10所示。圖6-10 物鏡組總成透視圖物鏡組剖面圖，如圖6-11所示。圖6-11 物鏡組總成剖面圖物鏡組爆炸視圖，如圖6-12所示。圖6-12 物鏡組爆炸視圖6.2 目鏡組的組成與裝配組成目鏡組的零件有，消色差雙膠合透鏡，目鏡套筒，隔圈，壓環，目鏡外筒，目鏡鏈接底座。下面分別對各個零件進行建模和特點說明。消色差雙膠合透鏡，如圖6-13所示。圖6-13 消色差雙膠合透鏡該零件同樣由兩塊透鏡膠合而成，兩塊透鏡都必須經過磨邊和倒角，以防止透鏡崩邊或碎裂，透鏡表面鍍有增透膜，以保證光線能較低損耗的通過透鏡組，從而強化觀察效果。膠合透鏡務必保證兩透鏡的光軸共軛，以保證成像質量。目鏡套筒，如圖6-14所示。圖6-14 目鏡套筒目鏡套筒實際上就是安裝透鏡組的基座，是直接承載目鏡組光學零件部分的機械零件之一，加工精度要求較高，和物鏡座一樣，目鏡套筒同樣設定了用于注膠密封的凹槽和注膠孔，不同的是，因為目鏡組有兩套消色差雙膠合透鏡，所以，對應的凹槽和注膠孔也設定為兩套，以配合安裝需要。同時在套筒外側，兩兩互稱180的設置了四條巨星凹槽，這是為了方便目鏡套筒與目鏡外筒的安裝，也保護了目鏡組的氣密性。隔圈，如圖6-15所示。圖6-15 隔圈該零件是應光學部分的設計要求，通過機械結構的作用，固定兩個消色差雙膠合透鏡的距離的零件，同樣零件的加工精度要求較高，特別是和透鏡接觸的兩個面。為了保證兩個透鏡的光軸一致，安裝時同樣采用“補償法”進行調試。壓環，如圖6-16所示。圖6-16 壓環該零件用于固定透鏡位置，同樣適用螺紋結構和目鏡套筒鏈接，當透鏡放入透鏡座后，先在改環將與透鏡接觸的面上涂上一圈密封膠，然后將壓環旋入套筒，待調節好透鏡位置后鎖緊，固定透鏡位置完成。在透鏡座的凹槽中注膠是在鎖緊透鏡之后，這樣方能到達透鏡的安裝準確無誤。目鏡外筒，如圖6-17所示。圖6-17 目鏡外筒該零件是本設計中最為復雜的零件之一，是同時鏈接目鏡套筒和目鏡座的零件，內部對應了目鏡套筒的四條插條導軌，膠封；另一側以螺紋形式鏈接目鏡座，配合外圈上的為防滑設置的一圈平行條紋，來調節目鏡組與物鏡組之間的距離，以達到調節視距的目的。同時也對目鏡系統起到重要的保護作用，和目鏡座結合的一段設有細槽，可以加入密封潤滑脂來對目鏡總成進行完全的氣密裝配。目鏡鏈接底座，如圖6-18所示。圖6-18 目鏡鏈接底座該零件是鏈接目鏡組與望遠鏡筒身的重要部件，和目鏡外筒連接的部分設有螺距為0.25mm的微調螺紋，配合足夠的深度，可以貯存足量的密封油脂來保證目鏡組的絕對氣密性。和筒身鏈接的部分同樣適用螺紋鏈接，鏈接需要上螺絲膠，以保證鏈接的牢固可靠。目鏡組結構一覽目鏡組全貌，如圖6-19所示。6-19 目鏡組全貌目鏡組透視圖，如圖6-20所示。6-20 目鏡組透視圖目鏡組剖面圖，如圖6-21所示。6-21 目鏡組剖面圖目鏡組爆炸視圖，如圖6-22所示。圖6-22 目鏡組爆炸視圖透鏡組裝配調試小結4Delgado 和Hallinan,Hopkins,Bayar,以及Yoder都強調，借助于透鏡元件的拋光面（一般都是球面）進行透鏡安裝的優點。在透鏡邊緣與鏡座內徑之間留有一定的徑向間隙。通過旋緊帶有螺紋的壓圈，或通過一個連續的法蘭盤，或采用其他一些機械加持技術世家軸向預載，從而將透鏡壓靠在機械基準面（例如鏡座中的靠緣，或者一個隔圈）上。這類設計中的主要變量是施加負載的大小及玻璃與金屬零件間光機界面的形狀。這種安裝方式可以比較容易的進行拆卸和裝配，適用于零件厚度有變化的情況。物鏡總成的總體設計就是用這種理念，利用鏡座與壓環相互配合來緊固透鏡，同時為了避免在加工中產生的誤差，可以使用之前文章所提到的“補償法”來修訂這一點，在實際應用中允許透鏡加工殘留的幾何光楔造成的透鏡偏心或光軸角偏誤差分別在0.0750.025mm以及30.75的范圍內，余下誤差大部分可以在下面的總裝中完成修正，從而保證光學系統的相對較穩定和儀器的堅固性。6.3 普羅棱鏡組的組成與裝配6組成普羅棱鏡的零件有，棱鏡基準座，普羅棱鏡，棱鏡壓條，內六角固定螺絲。下面對各個零件進行建模和特點說明。棱鏡基準座，如圖6-23所示。圖6-23 棱鏡基準座該零件是整臺望遠鏡中，加工要求最高的零件，它的精度直接關系到兩枚普羅棱鏡能否達到合格的平行度，從而達到合格的成像效果。該零件除了對棱鏡起到固定的作用，同時也是將棱鏡組和望遠鏡筒身鏈接起來的重要部件。普羅棱鏡，如圖6-24所示。圖6-24 普羅棱鏡（Porro Prism)普羅棱鏡，是光學上使用于光學儀器中，用來修改影像取向的一種折射式三棱鏡，他以發明者意大利的光學工程師伊納濟歐普羅來命名。 保羅棱鏡是由玻璃塊塑造成的等腰直角三棱鏡，末端平面對著直角。在使用上，光線由三棱鏡中最大的長方形面進入，經過斜面的兩次全反射，再穿透原來的入射平面射出。因為光線只是以正常的狀態進出，三棱鏡并未發生色散的作用。但是經過保羅棱鏡的影像會被翻轉180，并且會向原來進入的方向行進，也就是 行進的方向也改變了180。但是因為圖像經過兩次的反射，所以偏手性是未改變的。 保羅棱鏡最常被以雙保羅棱鏡的組合來成對使用，第二個棱鏡相對于第一個被旋轉90。讓光線穿越這樣安置的兩片三棱鏡，棱鏡系統的凈效應是入射的光線被平行的改變行進方向，影像被旋轉180，偏手性依然沒有變化。 雙保羅棱鏡系統適用于小型光學望遠鏡在影像方向的改變（影像重建系統的排列），特別是在許多的雙筒望遠鏡中提供影像的重建和更長的光路折疊，有效的縮短物鏡和目鏡間的距離。該零件的加工，所有面的交界處的棱角全部處理為倒角，基準面和反射面的加工精度要求也想當高，同時也在相應的面上鍍有增透膜和增反膜，以便降低光線的損耗，從而達到提高像質的目的。棱鏡壓條，如圖6-25所示。圖6-25 棱鏡壓條該零件是將棱鏡固定在棱鏡座上的重要部件，工藝屬于普通的鈑金工藝，精度要求不高，材質選用韌性好的合金材料，同時配合薄片和襯墊等保護并有效的夾持棱鏡，和棱鏡座共同作用，使得整個冷鏡組的安裝調試安全可靠。內六角螺絲，如圖6-26所示。圖6-26 內六角螺絲該零件是十分常見的機械結合緊固零件，在這里選用內六角的目的是：精度高，結構強度高，不易勞損，質量較輕，徑向拉伸形變小。棱鏡組結構一覽棱鏡組全貌，如圖6-27所示。圖6-27 棱鏡組圖棱鏡組透視圖，如圖6-28所示。圖6-28 棱鏡組透視圖棱鏡組剖面圖，如圖6-29所示。圖6-29 棱鏡組剖面圖棱鏡組爆炸視圖，如圖6-30所示。圖6-30 棱鏡組爆炸視圖棱鏡組安裝調試小結6普羅棱鏡組的裝配、調試和對其組成零件的加工是望遠鏡的生產過程中最難的部分之一。尤其是對于普羅棱鏡的平行的加工和調整，要求的工藝精度很高，難度較大。下面就來談一下關于普羅棱鏡平行的問題：任何有棱鏡的雙筒光學儀器。都會有棱鏡的中心，平行和象傾要求。 部分人可能會對棱鏡中心有所了解，由于光軸偏歪，知道是棱鏡中心走動了。但可能會對棱鏡的平行了解甚少，下面，討論關于雙筒普羅望遠鏡棱鏡的平行問題。 雙筒普羅鏡棱鏡平行的概念是什么？ 普羅棱鏡也稱三角棱鏡，它有二個反射面和一個平面，兩筒四個棱鏡的平面，要同時平行于物鏡光軸面和目鏡光軸面。 如何保證？ 首先要保證，棱鏡的自身角度，一般較高檔次普羅鏡的角度差，大都在一分左右，其余精度都得金工件來保證。所以，凡是有棱鏡的光學儀器，一定有個平行基準面，整臺儀器的所有光學零件和金工零件的平面，都要平行于基準面。 雙筒普羅鏡的平行基準面在哪里？ 雙筒普羅鏡的形狀，有很多種。每種有各自的基準面，但不是高檔鏡，不會有平行基準面。因為它設計本身就只有中心要求，而沒平行要求。正面的棱鏡室底面，就是整臺望遠鏡的基準面，這是棱鏡室于筒體，分離式的基準面。也就是說 棱鏡室在加工時，首先要加工單只棱鏡室底平面的平值度，作為基準面。然后棱鏡室底平面以上的所有平面，都要以基準面的平行精度來加工，使其棱鏡室的所有平面都平行于基準面，當把左右棱鏡室裝配起來，中間裝連接軸后，左右棱鏡室的基準面，要全部吃面，也就是兩筒基準面要保持同時平行，不能只吃面于兩棱鏡室的外部或內部。棱鏡室的瞳孔中心垂直于基準面，中心軸與基準面要呈九十度直角，裝，上棱鏡與下棱鏡的棱鏡槽，不但要平行于基準面，兩者之間還要保證正九十度.以上就是棱鏡室的基本精度。 棱鏡平行與不平行光軸走向和現象。 先來說棱鏡平行的光軸走向，當棱鏡平面平行于基準面，也就是平行于物鏡軸面和目鏡軸面，棱鏡中心，同心于入射孔和出射孔。 這時的整條光路，通過棱鏡的四次反射，光軸中心以九十度直角，垂直通過瞳孔的正中心，由于這時的棱鏡平面是平行于基準面，它的反射面于物鏡軸面呈正45度，由于兩筒棱鏡都平行，同一個象在反射面的落點是相等的。現在光軸在通過瞳孔時是在正中心，兩筒象在反射面的落點又在相同位置，通過調試兩光軸，兩筒象在合攏后是沒差異的，光在視場是均衡的。 再來看棱鏡不平的光軸走向 現在把以上棱鏡和中心都好的，把它來個不平行，看是什么現象。 把望遠鏡以手握使用位置。動右筒棱鏡。 右筒靠目鏡的稱為上棱鏡。下面一個稱為下棱鏡，現在把上棱鏡的尖塔，向外偏側0.2毫米，現在的情況就可稱謂是棱鏡不平行。因為現在的棱鏡平面已偏側于基準面，由于棱鏡的偏側，把原來好的棱鏡中心，給破壞了。這時的棱鏡中心。會向里偏歪，假如這時的棱鏡中心向里偏10，那么裝上目鏡和物鏡的整條光軸會偏70。如果兩筒都偏，那么兩光軸肯定是調不攏的。所以一定得把光軸拉直，這時可把下棱鏡向偏歪的方向推進去，就可把偏歪的10中心拉回來，這樣棱鏡中心又重合了，光軸隨之也又垂直了。棱鏡雖然不平行于基準面，是偏側的，但也能把光軸調為垂直，這時的光軸垂直和棱鏡平行時的光軸垂直，位置移動了，這時棱鏡的重合中心，已偏歪于瞳孔中心，隨之的整條光軸，也就偏歪于瞳孔中心。 以上是棱鏡不平行的第一個問題。 第二個問題是角度差，原來的棱鏡平面，平行于基準面。它的反射面與基準面呈45，由于現在的不平行，偏側的棱鏡產生了角度差。由于棱鏡的不平行，產生的兩個問題。一光軸中心偏歪于瞳孔中心二棱鏡反射面有了角度差，那么在視場會出現什么問題呢？ 可用作兩個圈兩個中心點都給偏一點，中心點假設為光軸中心，外圈為瞳孔，再把兩個中心點合起來，合起來代表兩光軸調攏，這時的兩圓豈不是叉開的，這就是棱鏡不平行，造成了光軸中心偏歪于瞳孔。兩筒的光軸是合攏了，但視場圓叉開了。 棱鏡不平行。一般來說 不是所演示的一塊棱鏡，而是兩筒四塊，而且程度和方向會各不相同，由于反射面是45傾斜面，象落在斜面的上點或下點產生的位置和距離就會有所不同，棱鏡的不平