北理工珠海学院《光学工艺与测量》第09章课件.ppt

光学工艺与测量 第九章 透镜的精磨 金刚石磨轮的铣磨会在透镜表面产生凹凸层和向内延伸的裂纹，光学零件的精磨是为了减小工件表面的凹凸层深度和裂纹层深度，并进一步提高工件的几何尺寸精度、表面面形精度以及粗糙度。 精磨机理与铣磨相同，主要是机械切削作用。 精磨工艺的形式：散粒磨料精磨和固着磨料精磨 散粒磨料精磨是指在加工过程中，用人工的方法加金刚石砂与水的混合磨料对工件进行加工的工艺。 固着磨料精磨就是金刚石丸片精磨，又称高速精磨，其加工效率高，可以实现自动化生产。 金刚石丸片精磨时，第一道精磨去除粗磨较深的破坏层，大约每面去除0.1mm；第二道精磨又称超精磨，主要是去除第一道精磨较深的破坏层，大约每面磨去尺寸为0.005~0.01mm以上，从而达到抛光前的各项要求。 一、球面高速精磨原理 采用金刚石磨具的球面高速精磨设备有平摆式、准球心和范成法。 准球心法：是用成型的模具加工，零件的的表面形状和精度依靠模具的形状和精度来保证。 范成法：同球面铣磨原理相同，是磨具和零件各自做回转运动，其模具刃口轨迹的包络面形成零件的表面形状。 准球心高速精磨的原理： 是摆动轴线通过对应镜盘或磨具的曲率半径中心，压力的方向始终指向曲率中心，且在加工中为恒定值。这种方法较好地达到了均匀精磨。 二、球面高速精磨机 准球心高速精磨有上摆高速精磨和下摆高速精磨 图9-2为上摆式高速精磨机，它是加工中小尺寸透镜的专用设备，由4个主轴及对应的压力头组成工作系统，采用气动加压，极大地提高了加工效率和工件面形精度。 其中气动控制可实现压力连续调节，使用于不同直径光学元件的加工。 一、球面金刚石精磨模的设计与制作 金刚石精磨模的性能、形状和尺寸精度对高速精磨的加工精度、表面质量、生产效率和工艺稳定性都有重要影响。 1.金刚石精磨片的选择 精磨片是由金刚石微粉与结合剂烧结而成。金刚石精磨片的选择包括金刚石粒度、浓度、精磨片的结合剂以及精磨片的尺寸。 粒度的选择：第一道精磨，主要是让其尽快达到规定的尺寸及适当的表面粗糙度，所以一般选择较粗粒度的精磨片。 第二道精磨加工较好的表面粗糙度并保证稳定性。 以K9玻璃为例，一般第一道精磨以W28、W20为宜，第二道以W7、W5比较好。 浓度的选择： 浓度过低或过高对精磨质量与效率都有较大影响。如果浓度过高，结合剂就相对减少，这样对金刚石颗粒的结合力减弱，金刚石颗粒会过早脱落；若浓度过低，金刚石颗粒相对减少，作用在每个金刚石颗粒上的切削力增大，也可能使金刚石颗粒过早脱落。 结合剂： 金刚石精磨片的结合剂主要作用是把持金刚石颗粒，结合剂的硬度直接影响钝化金刚石颗粒的脱落速度，即影响磨削效率和工件表面质量，因此结合剂硬度要与金刚石颗粒的磨钝速度和玻璃的抗磨性相匹配。 现在使用的结合剂耐磨性由弱到强依次为树脂结合剂、金属结合剂、陶瓷结合剂和电镀结合剂四种。 金属结合剂：结合力强，耐磨性好，磨耗小，寿命长，可承受较大的载荷磨削；但成本高，自锐性稍差，钝化的金刚石颗粒不能及时脱落，磨削过程不能充分冷却，易堵塞发热。 树脂结合剂：适合加工表面粗糙度小的工件，磨削中不易堵塞发热，耐磨性差，不适合大负荷磨削。 金刚石精磨片的形状一般为圆形。尺寸主要指金刚石精磨片的直径，厚度和曲率半径，尺寸的选择一般取决于精磨基体的曲率半径，口径和玻璃的外径。 2.球面金刚石精磨模的结构形式 球面金刚石精磨模由金刚石精磨片、粘结剂和精磨模基体所组成。 精磨片可以直接粘结到基模上，且其粘结面的曲率半径与基模的曲率半径相同，方向相反。也可以在基模上加工出定位凹坑，将精磨片粘在凹坑内。 凹坑直径比精磨片直径大0.02mm~0.1mm，凹坑深0.3mm~0.5mm。有时在基体表面垫一层0.5~0.8mm的铝片，该垫层与基体有相同的曲率半径，然后，按精磨片在基体上的坐标位置，画线、钻孔，孔的直径比精磨片大0.05~0.1mm。最后将此垫层粘结到基体表面，精磨片安放在每一孔内。另外，金刚石精磨模必须留有通冷却液的孔。 3.精磨片的分布 在高速精磨时，工件是靠精磨模成型，即工件的几何精度是靠精磨模的几何精度来保证的。 为了保持精磨磨具的曲率半径的稳定，精磨片在球面精磨模上的分布必须遵循一定的原则： 一个是满足一定的覆盖比，另一个是精磨片表面要符合余弦磨损。 覆盖比是指精磨片的表面积与精磨模球缺表面积之比，一般由精磨模表面的曲率半径决定。 覆盖比越大，在相同条件下玻璃磨去量相对越少，因为覆盖比大，使玻璃表面所受压力减少，玻璃磨去量反而减少，磨削效率反而降低。 （1）覆盖比： 按照精磨模和精磨片的球缺面积、矢高和覆盖比算出总精磨片数N. （2）余弦磨损: 球面精磨模在使用过程中其加工面的曲率半径始终不变，而且被加工面的光圈稳定，这就是所谓的余弦磨损。 （3）各行精磨片数的计算 计