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光学玻璃的磨削加工方法

摘要：在现代光学透镜表面加工中，加工过程分为粗磨、精加工和抛光，在平

面磨床、镜片铣床、精加工、抛光等特殊设备上分别进行。由于这些光学加工机

床的行程、工作台等结构参数的限制，可以加工的零件的尺寸是有限的。研究了

光学玻璃的研磨方法。

关键词：光学玻璃；磨削加工；方法

前言：在高速精密磨削中，工件由磨床组成，即工件的几何精度由磨床的几

何精度保证。零件的几何精度可能会随着磨料磨损的不同而变化。在研磨过程中，

金刚石颗粒和粘结剂具有较高的强度，金刚石颗粒不易脱落。在精细研磨过程中，

研磨表面的粘结剂要么是由于金刚石本身的自旋性质而机械地自锐，要么是由于

一种优良的制冷剂而化学地自锐。特别是，用于机械和化学切割的精密铜基破碎

机在低粗糙度表面很难精炼。钝化磨料的使用无疑降低了精整机的效率和质量。

通过消除磨机的被动精加工方式，提高磨机的效率和质量是当务之急。

传统1加工工艺存在的问题

由于光学玻璃的硬度和脆性，传统的加工工艺常用于高精度光学玻璃零件。

但该工艺适用于大型普通表面的磨削和抛光，难以满足基体钻孔、掘进和精加工

的高精度要求。体积为（83±0.05）mm×（52±0.02）mm×（10±0.02）mm；的玻

璃基板；8个公差为±0.05mm的圆孔；前缘1.3mm宽的4个凹槽公差为±0.01

mm，窄槽横向粗糙度低，对称性好。如果使用传统的处理方法，会出现以下问

题。

钻孔1.1的精美问题

在光学元件的制造中，钻孔是常用的。在打孔过程中，存在圆锥度、中心偏

转、边缘破碎、破片等问题。这种钻孔方法可以满足精度不高的孔的加工要求，

但传统方法不能满足精度高、轴向定位误差大的孔的加工要求。与此同时，钻孔

的质量也取决于操作者的能力，因为传统的钻孔方法是由工人操作的。

切槽问题1.2

由于玻璃的硬脆特性，崩边是不可避免的。然而，玻璃基板的切边现象直接

影响到工件后续涂层的平整度，从而影响成品的测量精度。因此，有必要将边缘

塌陷控制在最小值。如果不注意工艺，边缘塌陷现象会导致玻璃基板报废。

切割1.3精度

由于对精确测量的要求，一对玻璃基板对涂层表面的重合性有很高的要求，

误差不超过丝米水平。传统的抛光工艺不仅周期长、成本高，而且难以保证涂层

表面处理的准确性。

光学玻璃精密加工2技术

光学玻璃超精密加工的技术难点在于，光学玻璃是一种典型的坚硬脆性材料，

其特点是脆性高，断裂强度低。传统的处理方法很难达到高表面质量。光学玻璃

的高精度加工一般采用以下几种方法进行：

在2.1线电化学在线SS敷料（ELID）

光学零件不仅加工精度高，而且表面无变质层。在这样的加工要求下，硬脆

材料的延性磨削就发生了。当每个磨粒去除的材料体积小到塑性流动而不发生脆

性断裂即裂纹时，实现了韧性模式的无“损伤”磨削。自1987年以来，日本学者开

始研究铸铁纤维结合剂金刚石砂轮等具有高强度金属结合剂的超硬磨料，并发展

了电熔tic磨削法（ELID）。利用ELID在线修整金刚石砂轮磨削硅片、陶瓷等硬

脆材料，可以获得纳米加工表面，实现硬脆材料的超精密磨削。目前已成功应用

于球面、非球面透镜及模具的超精密加工。采用ELID磨削技术在超精密非球面加

工机上加工BK7光学玻璃的非球面透镜。表面粗糙度为20nm，表面精度优于

0.2μM；对于lasfn30和Ge的非球面，表面粗糙度为0.2～0.3μM，表面粗糙度为

30nm。ELID磨削技术作为一种实用的非球面光学零件制造技术，可以将零件的最

终抛光量降至最低。用ELID磨削光学玻璃时，脉冲频率的大小也很重要。在其他

参数不变的情况下，脉冲频率越高加工的工件表面质量越好，但频率过高则表面

质量下降；频率过低，表面质量会显著降低。为了在磨削过程中保持良好的刃口

状态，必须使氧化膜薄而致密。选择较小的电压可以提高加工质量。

激2.2光加工

激光加工是一种更适合于单件、小批量加工的现代精密加工方法。其独特的

优点是无接触、无切削力、热冲击小、加工环境整洁。在生产和试验中，利用激

光的高能量密度，使玻璃局部瞬间熔化甚至汽化，进行刻印、内外刻印、钻孔和

切割，或利用热应力使材料内部产生裂纹，使裂纹沿规定方向扩展，达到切割的

目的。理论上，激光可以将任何材料研磨到所需的尺寸。在本研究中，使用两束

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