长春理工大学 光学冷加工课件 第四章.ppt

光学零件加工技术薛常喜光电工程学院;（粗、精、抛是三大基本工序） 光学零件加工的基本工艺包括：毛坯准备，粗磨、精磨、抛光、定心磨边,胶合，照相刻划，镀膜。 粗磨加工是利用磨料或磨具将块料或型料毛坯、棒料加工成具有一定几何形状、尺寸精度和表面粗糙度的半成品零件的成型工序。 粗磨方式有两种： ①散粒磨料：粗磨机、手工、开球面 ②固着磨料：（金刚石磨具）铣磨机、开球面 下面就粗磨有关问题进行探讨。就两种方法研究 ; 图4—1磨料破坏玻璃过程 1—磨具；2—玻璃；3—磨粒 ; 一.散粒磨料的研磨机理： 散粒磨料的研磨是指用金刚砂和水对玻璃零件进行粗磨加工。玻璃在被研磨时受到两个外力作用：一个是磨盘通过磨料对工件表面法线方向施加压力Fn，它使玻璃形成锥状裂纹，裂纹角900～1500，锥状裂纹深度的破坏层为n，凸凹层为k，裂纹层为m，其中n=k+m。一般来说，凸凹层深度k是磨料平均尺寸的1/3～1/4，裂纹层深度m比k大1～3倍。水通过裂纹向玻璃渗透，并发生水解作用，生成硅酸凝胶。 生成物起到一种楔裂作用，促使裂纹加深加宽，使玻璃碎屑脱落。第二个作用是磨盘与共之间的相对运动，相对速度V，将锥状破坏层除去。 ; 随着研磨过程的继续，磨料继续滚动和撞击，这样产生的 切向冲击力除去破坏层，达到研磨玻璃的目的。 应指出：①实际上磨盘通过磨料颗粒传递给零件 表面的压力不可能完全与法线一致，可向各个方向倾斜， 如图F，但总可把它分解成水平（Fk）、垂直（Fn）两个 方向的分力。; 图4.2散粒磨料粗磨机理 垂直分力Fn与法线方向一致，使玻璃产生裂纹，与相对速 度V的方向垂直，不为去除玻璃作功。水平分力Fk与玻璃表面 相切，与速度V方向相反，可去除玻璃表面凸凹层，达到去除 目的。也使磨具表面磨损。②每个磨料所受F力，使磨粒滚 动，产生较大冲击力，不仅使玻璃去除，而且使大颗粒被破碎 （由于 磨料颗粒大小不均，???5%大颗粒，大于基本尺寸3倍。 因此一般开始时只有很少（5%～10%）参加研磨）产生的较大 冲击和振动，促使裂纹加深，脱落，有助于加工。 ; 因此研磨机理： 散布于磨盘和工件表面之间的磨料颗粒，借助于磨盘在工件表面法线方向上施加的压力和磨盘与工件的相对运动，磨料对工件表面进行微量研磨破碎和破坏，使之表面逐次形成破坏层和凸凹层，达到成型目的 研磨过程主要是尖硬的磨料颗粒对玻璃表面破坏的饿过程，水解起一定作用是次要的。 ;二.固着磨料的研磨机理（粗磨的铣削加工——铣磨） 固着磨料的研磨就是把金刚石颗粒烧结压制在磨轮 上，用金刚石磨具加工光学零件的过程，称为铣磨（范成 法）。该法是英国人1920年首先提出，由于人造金刚石技 术限制，没有实际应用，至五十年代，国外出现了铣磨 机，随着人造金刚石技术的发展，用于生产，六十年代 中，我国开始应用，现已经普遍使用。 铣削加工是采用金刚石磨具研磨玻璃。放大看时，可 以看到磨轮表面有许多颗粒的金刚石棱角。加工时，每个 颗粒的棱尖就象一把把车刀对玻璃进行车削相类似。如 图： ; 图4—3固着磨料研磨 铣磨时，磨具的主要运动是旋转，磨具和工件的相对运动产生的切削F可分解成水平Fk和垂直Fn两个部分。如同玻璃刀划割玻璃，垂直分力Fn使磨料颗粒进入玻璃深处，形成交错裂纹，裂纹角大约为1550，它的大小不随玻璃牌号变化。; 裂纹深度m和凸凹层k构成破坏层n。裂纹宽度（裂纹层）a＞b（磨料粒度尺寸 ） 当金刚石棱尖深入玻璃时，将玻璃劈出碎片A和B 而脱落。水平分力Fk实际上是切削力，就象车刀切削加工一样。故金刚石磨轮对玻璃的加工，就是无数个磨料颗粒切削作用的总和，，随着磨轮工件的相对运动使玻璃及到铣磨加工。与散粒磨料研磨时加水一样，水解作用（使磨料分布均匀，带走热量、碎屑），铣磨时要供应冷却液，以减少摩擦热，冲走玻璃屑、脱落的磨粒等。用同样粒度的散粒磨料，固着磨料金刚石磨具研磨光学表面，后者要细得多，如用粒度240#散粒研磨