光学制造技术第2章粗精磨抛光.part1.ppt

第2章 粗磨 精磨 抛光 《光学加工》 Optical Fabrication 课程公共邮箱：hfutof@126.com 本章内容 2课时 2.1粗磨 一.研磨的本质 (一)散粒磨料的研磨 散粒磨料研磨，指用磨料加水配的悬浮液对玻璃进行研磨加工。 2.1.1研磨的本质 研磨过程受力分析。如图所示，作用力R分解成水平力Fk和垂直力Fn。 一.研磨的本质 产生划痕原因 个别颗粒长时间粘固在磨具上 磨粒不均匀造成。通常磨粒最大尺寸和最小尺寸比为2:1. 研磨过程的化学作用，主要是水参与了玻璃表层的水解反应，在裂纹中形成硅酸凝胶膜，其膨胀使裂缝加深变宽，促进了玻璃碎屑的脱落。 由此可见，研磨的过程主要是尖硬的磨料颗粒对玻璃表面破坏的过程。水解的也起了一定的作用，但是次要的。 ├固着磨料的研磨 (二)固着磨料的研磨 铣削加工，是采用固着磨料的金刚石磨具研磨玻璃，与金属的加工类似。在磨具表面上固着的金刚石颗粒，类似车刀。 固着磨料的研磨 在光学加工技术中，采用固着的金刚石磨具磨削玻璃，是提高生产率最有效的方法。原因： 固着的磨粒像无数把车刀。 固着的磨粒只作用于玻璃表面，不参与相互磨碎。 磨粒受力大 切削速度高，达15-25m/s 在采用较大的粒度的磨料时，可用小的进给量，则表面会形成小的微观不平度。 由于上述优点，加上人造金刚石的普及，金刚石固着磨具不完成用于研磨辅助表面和粗加工，而且还广泛应用于高速精磨中，并开始用微细的磨粒抛光玻璃。 2.1.2铣削加工原理 二.铣削加工原理 在铣磨机上，采用金刚石磨具加工玻璃的工序，称作粗磨的铣削加工，又称范成法加工。所谓范成法是利用磨轮刃口轨迹包络面形成球面的方法。 1920英国人泰勒首先提出。烧结金刚石移磨具是内文发明的。但直到50年代才开始出现铣磨机。 现在散粒磨料的粗磨方法已被金刚石铣削加工所代替。 (一)球面铣削原理 如图所示，金刚石磨轮刃口通过工件顶点，磨轮轴线和工件轴线相交于O点，并且两轴的夹角为α，磨具绕自身高速旋转，工件绕自身低速转动，这种运动的轨迹就形成球面。 (一)球面铣削原理 球面半径的大小与两轴的夹角α有关。当磨具选定后，中径Dm的端面圆弧半径r为定值，调节不同的α角，即可加工不同曲率半径R的球面。R与α的关系如下： (一)球面铣削原理 １.几何原理 在铣削加工时，磨轮端面在工件表面上某一瞬间的切削轨迹是一个圆，此圆与工件轴的倾斜α角，所以称为斜截圆。 (一)球面铣削原理 垂直于直线ＯＸ并通过Ａ点的平面将球切割，其切口形成一个圆，相当于斜截圆。斜截圆与OX轴的交点为O’,圆半径r0,r0相当于磨轮中的Dm之半即： 令A,B,C,D是斜截圆上的点，那么 Ｒ相当于工件的半径，同时ABCD也是以Ｏ为球心，Ｒ为半径球上的圆。角AOX＝α（两轴夹角），则 (一)球面铣削原理 2.斜截圆的轨迹方程 在右图中，坐标原点O为工件轴与磨轮轴的交点(即Ｏ为工件表面的曲率中心)，OZ为工件轴线，ＯＡ＝Ｒ，OZ’为磨轮轴线，o’为斜截圆的中心。 在X’Y’Z’坐标系中斜截圆方程为 a 设M为斜截圆上的一点，Ｍ点在XYZ坐标系中是坐标为(X,Y,Z),在X’Y’Z’坐标系坐标为(X’,Y’,Z’),将Ｍ点(X’,Y’,Z’)转换到XYZ坐标系中，根据坐标变换关系 (一)球面铣削原理 　　　　　　　　　　　　　　b 将b代入a中，化简得到 说明斜截圆上任意一点的轨迹是球面，即铣削加工的运动轨迹是球面。 (二)平面铣削原理 (二)平面铣削原理 平面铣削加工的目的，是获得具有一定平面度或平行度要求的平面零件。 (二)平面铣削原理 (二)平面铣削原理 平行平面(双面磨)原理。 (三)铣槽及磨圆弧原理 (三)铣槽及磨圆弧原理 为了便于安装或减轻重量等原因，往往需要进行铣槽及磨圆弧等加工。方法多采用金刚石磨具 。 2.1.3磨料和磨具 一.磨料 (一)种类 分为天然和人造磨料两大类。天然磨料有金刚石、刚玉和金刚砂。人造磨料有人造金刚石、人造刚玉，人造碳化硅和碳化硼等。 粗磨中使用最多的、效率最高的的碳化硅。莫氏硬度9.5-9.7 精磨中最常用的是刚玉，莫氏硬度为9. (二)粒度 磨料的粒度是以颗粒的大小分类的。我国的规定，对用筛选法获得的磨料，粒度用一英寸长度上有多少个筛孔命名。如60＃表示一英寸长度上有60个筛孔；而用Wxx表示用水选法分级的。粒度号表示磨粒的实际尺寸。如W20表示，组成磨粒的尺寸为20μm. 2.1.3磨料和磨具 二.磨具 分在粗磨工序中，磨具有两种，一种由普通磨料制成的砂轮，另一种是由结合剂固着的金刚石磨具。由于金刚石磨具具有使用寿命长，