光學(xué)零件加工課件

光學(xué)零件加工團(tuán)隊(duì)成員：

曾昕余越張璐杰楊濤張愷予陳思雨連文君詹澤誠

光學(xué)零件加工團(tuán)隊(duì)成員：曾昕1光學(xué)零件加工內(nèi)容：一、光學(xué)零件加工的技術(shù)要求二、光學(xué)零件的毛坯生產(chǎn)三、光學(xué)零件的粗磨四、光學(xué)零件的精磨五、光學(xué)零件的拋光六、透鏡的定心磨邊七、光學(xué)零件的膠合八、光學(xué)樣板的制造九、模具夾具的設(shè)計(jì)光學(xué)零件加工內(nèi)容：2一、光學(xué)零件加工的技術(shù)要求§1-1光學(xué)零件及零件圖一、光學(xué)零件種類1、透鏡一、光學(xué)零件加工的技術(shù)要求§1-1光學(xué)零件及零件圖3一、光學(xué)零件加工的技術(shù)要求2、棱鏡：3、平面鏡：分劃板、度盤、碼盤一、光學(xué)零件加工的技術(shù)要求2、棱鏡：4一、光學(xué)零件加工的技術(shù)要求表面作用：①工作表面：有效表面，它用于光的透射、反射、改變光束方向或會聚光線等方面。②輔助表面：用于連接、支撐和固定的，又稱裝夾或安裝表面。③自由表面：用于零件的夾緊或在完成零件基本加工后，為限制零件的形狀和尺寸，去掉多余材料得到的表面。二、光學(xué)零件圖在光學(xué)零件圖中要反映以下內(nèi)容：①反映出零件的幾何形狀、結(jié)構(gòu)參數(shù)和公差；②反映出對光學(xué)材料的質(zhì)量要求；③反映出對光學(xué)零件加工精度和表面質(zhì)量的要求。一、光學(xué)零件加工的技術(shù)要求表面作用：5一、光學(xué)零件加工的技術(shù)要求一、光學(xué)零件加工的技術(shù)要求6一、光學(xué)零件加工的技術(shù)要求一、光學(xué)零件加工的技術(shù)要求7一、光學(xué)零件加工的技術(shù)要求一、光學(xué)零件加工的技術(shù)要求8一、光學(xué)零件加工的技術(shù)要求1、反映零件的幾何形狀、結(jié)構(gòu)的主要尺寸（1）透鏡①表面曲率半徑R；②曲率中心位置；③透鏡的中心厚度d；④邊緣厚度t；⑤透鏡外圓直徑D；⑥有效孔徑D0；⑦倒角的位置、角度和寬度等。（倒角分工藝性倒角和裝配性倒角）

o1o2一、光學(xué)零件加工的技術(shù)要求1、反映零件的幾何形狀、結(jié)構(gòu)的主要9一、光學(xué)零件加工的技術(shù)要求（2）棱鏡①棱鏡各面間的夾角；②棱鏡的厚度和高度；③倒角和成形截面的位置、角度和寬度等。2、對光學(xué)材料質(zhì)量指標(biāo)和光學(xué)零件加工的要求（1）光學(xué)材料質(zhì)量指標(biāo)

7項(xiàng)一、光學(xué)零件加工的技術(shù)要求10一、光學(xué)零件加工的技術(shù)要求（2）光學(xué)零件加工要求①透鏡光圈數(shù)N；局部光圈數(shù)ΔN；中心偏差C；樣板精度ΔR；表面疵病等級B；光學(xué)零件的氣泡度q。②棱鏡N、ΔN、B、q；光學(xué)平行差θⅠ、θⅡ；角度誤差；兩相同角度差值（如δ45°）；尖塔差π；平行平面的平行度公差；屋脊棱鏡的雙象差；有效孔徑。一、光學(xué)零件加工的技術(shù)要求（2）光學(xué)零件加工要求11一、光學(xué)零件加工的技術(shù)要求3、其它技術(shù)要求如鍍膜、刻劃及某些面的粗糙度要求等。增透膜外反光膜內(nèi)反光膜

分光膜濾光膜防水膜

保護(hù)膜光熱膜感光膜一、光學(xué)零件加工的技術(shù)要求3、其它技術(shù)要求12一、光學(xué)零件加工的技術(shù)要求§1-2光學(xué)玻璃的要求一、對折射率和色散系數(shù)的要求五類四級二、對光學(xué)均勻性的要求四類三、對應(yīng)力雙折射的要求五類四、對光吸收的要求八類五、對條紋度的要求四類3級六、對氣泡度的要求三類7級一、光學(xué)零件加工的技術(shù)要求§1-2光學(xué)玻璃的要求13一、光學(xué)零件加工的技術(shù)要求§1-3對光學(xué)零件的要求一、對光學(xué)樣板的要求（ΔR）光學(xué)樣板半徑所允許的半徑偏差ΔR，根據(jù)其大小分為A、B兩級。它不僅能檢查R的大小，還能檢查ΔR的變化。一、光學(xué)零件加工的技術(shù)要求§1-3對光學(xué)零件的要求14一、光學(xué)零件加工的技術(shù)要求二、對光圈數(shù)N和局部光圈ΔN的要求零件表面與樣板表面之間存在的偏差，用兩表面間空氣隙所產(chǎn)生的干涉條紋數(shù)N和ΔN表示。N表示整個(gè)表面的面形偏差；ΔN表示零件表面的局部偏差。

N1=±3，ΔN1=±0.3

N2=±2，ΔN2=±0.2一、光學(xué)零件加工的技術(shù)要求二、對光圈數(shù)N和局部光圈ΔN的要求15一、光學(xué)零件加工的技術(shù)要求光學(xué)零件種類光學(xué)表面的允許誤差光圈數(shù)N局部光圈△N表面疵病等級B物鏡瞄準(zhǔn)和天文儀望遠(yuǎn)鏡航空攝影機(jī)照相機(jī)1-33-51-33-50.2-0.30.30.1-0.50.3-0.5ⅦⅣ-ⅤⅤ-ⅥⅤ-Ⅵ顯微鏡低于10倍10-40倍高于40倍2-31-20.5-1.00.2-0.50.1-0.20.05-0.10ⅢⅡⅠ接目鏡、放大鏡3-50.5-0.8Ⅱ-Ⅴ棱鏡反射面折射面0.5-1.02-40.1-0.30.5-1.0Ⅰ-ⅡⅡ-Ⅳ光柵盤和分劃板保護(hù)玻璃物鏡前濾光鏡目鏡前或后的濾光鏡中等精度的反射鏡5-103-55-100.5-1.51.0-2.00.3-0.50.8-2.00.1-0.31-10-1-30ⅤⅠ-ⅡⅡ-Ⅳ一、光學(xué)零件加工的技術(shù)要求光學(xué)零件種類光學(xué)表面的允許誤差光圈16一、光學(xué)零件加工的技術(shù)要求三、對透鏡中心偏差的要求

C1、定義：指透鏡外圓的幾何軸與光軸在曲率中心處的偏離量，用C表示。中心偏差會使軸上象點(diǎn)產(chǎn)生慧差、象散等象差。一、光學(xué)零件加工的技術(shù)要求三、對透鏡中心偏差的要求C17一、光學(xué)零件加工的技術(shù)要求四、對透鏡的厚度公差和空氣間隙的要求厚度公差的最小單位±0.01。空氣間隙一、光學(xué)零件加工的技術(shù)要求四、對透鏡的厚度公差和空氣間隙的要18一、光學(xué)零件加工的技術(shù)要求五、對表面疵病的要求

光學(xué)零件的表面疵病，系指拋光后的光學(xué)表面存在的麻點(diǎn)、劃痕、開口氣泡和破邊等，用符號B表示。六、對光學(xué)零件氣泡度的要求標(biāo)注方法有三種：1、只規(guī)定氣泡大小，不限數(shù)量。如q=0.01，表示整個(gè)表面只允許直徑小于0.01mm的氣泡，數(shù)量不限。一、光學(xué)零件加工的技術(shù)要求五、對表面疵病的要求19一、光學(xué)零件加工的技術(shù)要求2、分區(qū)限制氣泡的大小與數(shù)量如q=(φ2)×0+(φ10)×0.01×3+0.02×5。①小于φ2mm：不允許有氣泡；②φ2～10mm：d<0.01mm的氣泡，少于3個(gè)；③φ10mm以外：d≤0.02mm的氣泡至多5個(gè)。3、限制在一定面積內(nèi)，所允許的氣泡總面積如q=φ0.5/φ7。又如q=φ0.6／D0一、光學(xué)零件加工的技術(shù)要求2、分區(qū)限制氣泡的大小與數(shù)量20一、光學(xué)零件加工的技術(shù)要求七、棱鏡的制造公差

棱鏡的制造誤差包括：平面制造誤差、外形尺寸誤差和角度制造誤差。重要控制等效平行玻璃板的平行差：在光軸截面方向的偏差稱為第一光學(xué)平行差，用θⅠ表示。垂直光軸截面方向上的偏差稱為第二光學(xué)平行差，以θⅡ表示。角度公差棱鏡類型一個(gè)反射面的棱鏡二個(gè)反射面的棱鏡五角棱鏡屋脊棱鏡直角或鈍角公差銳角(45°)公差尖塔差屋脊角公差3’-12’

2’-10’

2’-10’2’-10’4’-10’2’-10’0.5’-5’0.2’-3’1’-5’0.5’-6’1’-5’1’-5’1’-5″一、光學(xué)零件加工的技術(shù)要求七、棱鏡的制造公差角度公差棱21一、光學(xué)零件加工的技術(shù)要求八、平板零件平行度公差九、光楔角度公差平板零件的類型不平行度θ濾光鏡保護(hù)鏡高精度一般精度3″-1’1’-10’分劃板表面圖層的反射鏡背面圖層的反射鏡10’-15’10’-15’2″-30″光楔精度公差高精度中等精度一般精度±(0.2″-10″)±(10″-30″)±(30″-1’)一、光學(xué)零件加工的技術(shù)要求八、平板零件平行度公差平板零件的類22一、光學(xué)零件加工的技術(shù)要求§1-4加工余量一、基本概念概念：為了獲得所需的一定零件形狀、尺寸和表面質(zhì)量，在加工過程中，必須從玻璃毛坯上磨去一定的玻璃層。此玻璃層（或其它材料層），通常稱為加工余量。二、分類（一）線性尺寸余量（二）角度余量三、組成（1）鋸切余量：依據(jù)金剛石鋸片厚度確定余量。一、光學(xué)零件加工的技術(shù)要求§1-4加工余量23一、光學(xué)零件加工的技術(shù)要求（2）滾圓余量：

2~4mm（3）整平余量：

0.5~1mm（4）厚度和平行度修磨余量

1mm/面（棱鏡、平面鏡）（5）粗磨余量（6）精磨拋光余量（7）定中心磨邊余量一、光學(xué)零件加工的技術(shù)要求（2）滾圓余量：24一、光學(xué)零件加工的技術(shù)要求四、確定加工余量的原則破壞層n=凹凸層+裂紋層拋光后，裂紋深度小于λ/4，否則發(fā)生反射或者折射現(xiàn)象。一、光學(xué)零件加工的技術(shù)要求四、確定加工余量的原則25一、光學(xué)零件加工的技術(shù)要求五、各工序余量的計(jì)算1、鋸切余量鋸切余量與鋸片的厚度、側(cè)向振動、鋸切深度等因素有關(guān)。一般可按經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算確定：式中A——鋸切余量；

Δ——鋸片的厚度；

δ——鋸片轉(zhuǎn)動時(shí)的振動余量。當(dāng)鋸切深度B＜10mm時(shí)，δ＝1.5；

10＜B＜65mm時(shí)，取δ＝2.0；

B＞65mm時(shí)，取δ＝2.5。一、光學(xué)零件加工的技術(shù)要求五、各工序余量的計(jì)算26一、光學(xué)零件加工的技術(shù)要求2、粗磨余量表面粗糙度達(dá)180#砂眼，單面手修余量0.30mm；

240#0.20mm；

280#0.10mm。一、光學(xué)零件加工的技術(shù)要求2、粗磨余量27一、光學(xué)零件加工的技術(shù)要求3、研磨、拋光余量當(dāng)零件直徑（邊長）d<10mm，單面余量為0.15~0.20mm；

d>10mm，單面余量為0.20~0.25mm。4、定心磨邊余量最少0.6mm，最多3.0mm。六、光學(xué)零件毛坯尺寸的計(jì)算雙凸透鏡：雙凹透鏡：彎月透鏡：一、光學(xué)零件加工的技術(shù)要求3、研磨、拋光余量28二、光學(xué)零件的毛坯生產(chǎn)

塊料毛坯（小批量）毛坯是光學(xué)零件的初型：型料毛坯（大批量）棒料毛坯§2-1塊料毛坯生產(chǎn)塊料毛坯是用玻璃塊加工而成的毛坯。主要加工工序有：鋸切、整平、劃割、滾圓、開球面。一、鋸切玻璃的切割主要采用金剛石鋸料機(jī)。二、光學(xué)零件的毛坯生產(chǎn)29二、光學(xué)零件的毛坯生產(chǎn)

按其進(jìn)給機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)，可分為重錘進(jìn)給、絲杠進(jìn)給和液壓進(jìn)給三種。（一）重錘進(jìn)給重錘進(jìn)給又稱彈性進(jìn)給。鋸料機(jī)的重錘進(jìn)給機(jī)構(gòu)工作原理如圖。（二）絲杠進(jìn)給絲杠進(jìn)給又稱剛性進(jìn)給。機(jī)構(gòu)工作原理如圖。二、光學(xué)零件的毛坯生產(chǎn)按其進(jìn)給機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)，可分為30二、光學(xué)零件的毛坯生產(chǎn)（三）液壓進(jìn)給介于彈性進(jìn)給和剛性進(jìn)給之間。液壓進(jìn)給機(jī)構(gòu)傳動平穩(wěn)，適合精密下料。鋸切的線性尺寸精度可達(dá)0.05mm，角度精度可達(dá)5′。常用的金剛石鋸片有外圓鋸料機(jī)上用的燒結(jié)金剛石鋸片（如左圖）和內(nèi)圓切割機(jī)上用的電鍍金剛石鋸片（如右圖）兩種。二、光學(xué)零件的毛坯生產(chǎn)（三）液壓進(jìn)給31二、光學(xué)零件的毛坯生產(chǎn)二、整平整平是把鋸切后的壞料不平整的表面磨平，并修磨厚度和兩面的平行度，或修磨角度等。

整平的方法：散粒磨料研磨和金剛石磨輪銑磨兩種。

三、劃割常采用金剛石玻璃刀（或滾刀）進(jìn)行劃割加工。二、光學(xué)零件的毛坯生產(chǎn)二、整平32二、光學(xué)零件的毛坯生產(chǎn)四、滾圓圓形零件的毛坯，整平后膠成長條進(jìn)行磨外圓，稱作滾圓。常用方法有：在平磨盤上用散粒磨料滾圓。在外圓磨床上用砂輪磨外圓。五、開球面透鏡毛坯的開球面，是將滾圓后的毛坯磨成球面，使其達(dá)到零件粗磨完工后的曲率半徑和中心厚度的要求，所以開球面亦稱粗磨。開球面有兩種方法:散粒磨料研磨法金剛石磨輪銑磨二、光學(xué)零件的毛坯生產(chǎn)四、滾圓33二、光學(xué)零件的毛坯生產(chǎn)球面曲率半徑的檢驗(yàn):

金屬弧形樣板檢驗(yàn)貼置模檢查擦貼度厚度:

用千分尺測量；表面粗糙度:

用肉眼觀察，無砂眼和擦痕即可。二、光學(xué)零件的毛坯生產(chǎn)球面曲率半徑的檢驗(yàn):金屬弧形樣34二、光學(xué)零件的毛坯生產(chǎn)§2-2型料毛坯的生產(chǎn)光學(xué)玻璃零件的型料毛坯加工方法有：熱壓成型、澆鑄成型等多種方法。熱壓成型毛坯的主要工藝過程包括：備料、加熱、壓制成型、退火。一、備料通過計(jì)算重量、下料、修選、滾磨等工序，制成熱壓成型的坯料。二、加熱拍型加熱是使坯料升溫到塑性變形溫度，以便軟化成型。

二、光學(xué)零件的毛坯生產(chǎn)§2-2型料毛坯的生產(chǎn)35二、光學(xué)零件的毛坯生產(chǎn)三、壓制成型料軟化拍型后，即可送到壓力機(jī)上的壓模內(nèi)壓制成型。根據(jù)毛坯直徑大小不同，壓制時(shí)間一般在0.5～3s之間。

四、退火退火的目的：為了消除玻璃在熱壓成型過程中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力和光學(xué)常數(shù)的不均勻性。退火可分為粗退火和精密退火兩個(gè)階段。二、光學(xué)零件的毛坯生產(chǎn)36二、光學(xué)零件的毛坯生產(chǎn)1、粗退火粗退火是為了防止剛脫模的壓型毛坯因急冷而變形炸裂。粗退火的方式有兩種：電爐退火和草灰退火。

2.精密退火目的：使同一批玻璃的每塊毛坯，達(dá)到光學(xué)常數(shù)的高度一致性。二、光學(xué)零件的毛坯生產(chǎn)1、粗退火37三、光學(xué)零件的粗磨目的:是將塊料或型料毛坯加工成具有一定幾何形狀、尺寸精度和表面粗糙度的工序。粗磨的方式：散粒磨料加工法固著磨料加工法§3-1散粒磨料粗磨散粒磨料粗磨是指用金剛砂和水?dāng)嚢瓒傻哪チ显谀ケP對玻璃工件進(jìn)行的粗加工。

一、加工原理仿型法三、光學(xué)零件的粗磨目的:是將塊料或型料毛坯加工成具有一定幾38三、光學(xué)零件的粗磨1、粗磨球模形狀：磨凸面零件用凹球磨磨凹面零件用凸球磨2、粗磨工序粗磨球面一般要用從粗到細(xì)三道磨料加工。第一道磨料粒度的選擇要根據(jù)加工工件弧高大小而定。單件弧高大于1mm時(shí)，第一道磨料粒度粗于180#；單件弧高在0.4～1mm時(shí)，選用180＃磨料；單件弧高小于0.4mm時(shí)，選用240#或280#磨料。

第二道、第三道粗磨磨料力度選擇比第一道磨料粒度要依次減小1、2個(gè)粒度號。粗磨完后表面粗糙度要求達(dá)1.6μm，相當(dāng)于W40或W28磨料加工的表面。三、光學(xué)零件的粗磨1、粗磨球模形狀：磨凸面零件用凹球磨39三、光學(xué)零件的粗磨注意：磨凸面用凹球模，磨凹球面用凸球模。粗磨用球模的材料多為鑄鐵。三道磨料不同，三道球模曲率半徑也不一樣。3、粗磨檢驗(yàn)在粗磨過程中應(yīng)隨時(shí)檢查偏心量和厚度公差。三、光學(xué)零件的粗磨注意：磨凸面用凹球模，磨凹球面用凸球模。40三、光學(xué)零件的粗磨檢驗(yàn)：檢驗(yàn)點(diǎn)對凸球面

檢驗(yàn)環(huán)對凹球面凸球面零件：第一道砂完后，中心留2~4mm圓臺。第二道砂完后，檢驗(yàn)點(diǎn)被磨去自身直徑的1/2～2/3。第三道砂完后，檢驗(yàn)點(diǎn)消失，查看擦貼度是否達(dá)1/2～2/3。凹球面零件：第一道砂完后，檢驗(yàn)環(huán)寬度大于1mm。第二道砂完后，檢驗(yàn)環(huán)寬度大于0.3mm。第三道砂完后，檢驗(yàn)環(huán)消失，查看擦貼度是否達(dá)1/2～2/3。三、光學(xué)零件的粗磨41三、光學(xué)零件的粗磨二、散粒磨料研磨機(jī)理

主要是尖硬的磨料顆粒對玻璃表面的機(jī)械破碎去除過程，水解作用是次要的。注意：①在加工過程中，首先起作用是粒度較大的磨料顆粒，大致占所加磨料的15%左右②玻璃被去除的同時(shí)，磨盤表面也會有微量的磨損，③研磨中水的作用，一是均勻分布磨料的作用；二是冷卻作用；三是水解作用。三、光學(xué)零件的粗磨二、散粒磨料研磨機(jī)理42三、光學(xué)零件的粗磨§3-2球面銑削加工銑削加工，又稱范成法加工。所謂范成法是利用磨輪刃口軌跡包絡(luò)面成型球面的方法。是一種固著磨料加工方法。三、光學(xué)零件的粗磨§3-2球面銑削加工43三、光學(xué)零件的粗磨一、球面銑削原理?xiàng)l件：①金剛石磨輪刃口通過工件頂點(diǎn)。②磨輪軸線和工件軸線相交于O點(diǎn)。③兩軸夾角為α。④磨輪繞自身軸高速旋轉(zhuǎn)，工件繞自身軸低速轉(zhuǎn)動。三、光學(xué)零件的粗磨一、球面銑削原理44三、光學(xué)零件的粗磨二、磨削機(jī)理概括地講，磨削是一種脆性材料的多刀刃切削去除過程。當(dāng)在金剛石棱尖施加一定的壓力，并沿玻璃滑動時(shí)，玻璃表面將被破壞，出現(xiàn)一個(gè)具有一定寬度和一定開裂角的劃痕，同時(shí)在劃痕下面有一深入玻璃表面內(nèi)部的裂紋。三、光學(xué)零件的粗磨二、磨削機(jī)理45三、光學(xué)零件的粗磨§3-3磨料，磨具的選擇一、磨料（一）種類主要的天然磨料有：金剛石、剛玉（Al2O3）和金剛砂等。常用的人造磨料有：人造金剛石、人造剛玉、碳化硼（B4C）、人造碳化硅（SiC）等。在粗磨及精磨中，使用最多、效率最高的磨料是碳化硅。其莫氏硬度為9.5～9.75。（二）粒度磨料的粒度是指其顆粒的大小。分為篩選法和水選法。篩選法：粒度號用一英寸長度上有多少個(gè)篩孔數(shù)來命名的。如60＃粒度，是指一英寸長度上有60個(gè)篩孔，依次類推。三、光學(xué)零件的粗磨§3-3磨料，磨具的選擇46三、光學(xué)零件的粗磨水選法：其粒度號表示磨料的實(shí)際尺寸。如W20，表示該號微粉的顆粒上限尺寸為20μm。

二、磨具（一）金剛石磨具特征標(biāo)志（1）磨料種類：人造金剛石磨料，標(biāo)志為JR，天然金剛石磨料，標(biāo)志為JT。（2）粒度：常用80＃～W5。（3）硬度：常用Z（中），ZY（中硬），Y（硬）。（4）濃度：常用25%，50%，70%，100%。（5）結(jié)合劑：有樹脂結(jié)合劑（S），青銅結(jié)合劑（Q），陶瓷結(jié)合劑（A），電鍍結(jié)合劑（D）。三、光學(xué)零件的粗磨水選法：其粒度號表示磨料的實(shí)際尺寸。47三、光學(xué)零件的粗磨（6）形狀：有平行輪（P）、薄片輪（PB）、杯形輪（B）、碗形一號輪（BW1）、碗形二號輪（BW2）、蝶形一號輪（D1）、蝶形二號輪（D2）、單面凹輪（PDA）、雙面凹輪（PSA）、簡形輪（NP，NH）、切割輪（PBG）等。（7）外徑：代號D（8）厚度：代號H（9）孔徑：代號d（10）金剛石層環(huán)厚：代號b（11）金剛石層層厚：代號h（12）金剛石角度：代號α三、光學(xué)零件的粗磨（6）形狀：有平行輪（P）、薄片輪（PB）48三、光學(xué)零件的粗磨（二）金剛石磨具特性參數(shù)的選擇

1、粒度金剛石磨具的粒度對磨削效率和表面粗糙度的影響正好相反。一般銑削用的磨具粒度，范圍在80?！?20＃。

2、結(jié)合劑目前，國內(nèi)外使用四類結(jié)合劑。耐磨性由弱到強(qiáng)的順序?yàn)椋簶渲Y(jié)合劑；陶瓷結(jié)合劑；金屬結(jié)合劑；電鍍結(jié)合劑。3、硬度磨輪的硬度是指磨具表面的磨粒在外力作用下脫落的難易程度。三、光學(xué)零件的粗磨（二）金剛石磨具特性參數(shù)的選擇49三、光學(xué)零件的粗磨4、濃度濃度：是指在磨具金剛石層內(nèi)每立方厘米的體積內(nèi)含有金剛石的重量。規(guī)定每立方厘米中含有4.4克拉金剛石作為

100%濃度?！?-4銑磨加工中的工藝參數(shù)的選擇一、磨頭轉(zhuǎn)速磨頭轉(zhuǎn)速是由機(jī)床性能決定的。CG2.0、CG-W100S、CG-W30S、LOH廠的RF1、RF2。磨輪邊緣線速度又稱磨削速度，其速度在12～35m/s，磨削效果較好。三、光學(xué)零件的粗磨4、濃度50三、光學(xué)零件的粗磨二、工件轉(zhuǎn)速

工件線速度實(shí)際上是進(jìn)給速度.一般選150～250mm/min較為合理。三、銑磨深度銑磨深度是指工件轉(zhuǎn)動一周的吃刀量。四、冷卻液1、作用冷卻液具有冷卻、潤滑和清洗作用。2、種類水溶性冷卻液、乳化液冷卻液、油性冷卻液。三、光學(xué)零件的粗磨二、工件轉(zhuǎn)速51三、光學(xué)零件的粗磨§3-5銑削球面幾何形狀精度分析銑磨球面的幾何形狀誤差，包括球面曲率半徑誤差和厚度誤差。一、影響球面曲率半徑精度的誤差（一）角度調(diào)整誤差和磨輪刃口尺寸誤差（1）dα>0(即α比理論值大)，則曲率半徑R減??；反之則反。（2）dα一定時(shí)，α愈?。碦愈大），dR愈大。（3）磨輪r誤差dr對曲率半徑的影響是：對凸球面，r增大（刃口變鈍），R減?。粚Π记蛎?，r增大，|R|增大；（4）磨輪中徑Dm的誤差dDm對曲率半徑誤差的影響是dDm>0,則|R|增大。（5）當(dāng)dα、dr和dDm為一定時(shí)，α越大，dR越小。三、光學(xué)零件的粗磨§3-5銑削球面幾何形狀精度分析52三、光學(xué)零件的粗磨（二）中心調(diào)整誤差的影響中心調(diào)整誤差是指經(jīng)過角度調(diào)整之后，磨輪端面刃口并未正好處于工件表面中心，而存在一定的偏離差。外包內(nèi)包三、光學(xué)零件的粗磨（二）中心調(diào)整誤差的影響53三、光學(xué)零件的粗磨（三）磨輪軸與工件軸共面調(diào)整誤差

銑磨機(jī)使用時(shí)，一般不作磨輪軸與工件軸共面誤差的調(diào)整，而由機(jī)床裝校保證。如果存在磨輪軸與工件軸的共面誤差h，球面方程將變?yōu)楦叽吻€的回轉(zhuǎn)面。（四）磨輪軸和工件軸徑向跳動的影響

徑向跳動的影響，將使工件表面產(chǎn)生非球面誤差。磨輪軸與工件軸徑向跳動允差在0.005～0.01mm范圍內(nèi)，對球面半徑精度影響不大。

三、光學(xué)零件的粗磨（三）磨輪軸與工件軸共面調(diào)整誤差54三、光學(xué)零件的粗磨二、影響透鏡中心厚度誤差的因素（一）磨輪軸和工件軸軸向跳動的影響一般銑磨機(jī)兩軸的軸向跳動量均為0.005mm。因此，軸向跳動影響的最大誤差是0.01mm。（二）夾具精度對透鏡中心厚度的影響主要是由于夾具制造誤差和對夾具使用不當(dāng)造成的?！?-6銑磨球面產(chǎn)生的表面疵病銑磨球面產(chǎn)生的表面疵病常見的有：菊花紋（細(xì)密振紋）、寬疏菊花紋、麻點(diǎn)、擦貼圈有缺口（或中間環(huán)帶脫空）和球面偏心等。三、光學(xué)零件的粗磨二、影響透鏡中心厚度誤差的因素55三、光學(xué)零件的粗磨一、菊花紋和寬疏菊花紋（一）菊花紋產(chǎn)生原因：是磨頭誤差與振動影響造成的，磨頭預(yù)緊力的大小對菊花紋也有一定影響。判斷內(nèi)包與外包：（二）寬疏菊花紋產(chǎn)生原因：工件主軸的軸向竄動。三、光學(xué)零件的粗磨一、菊花紋和寬疏菊花紋56三、光學(xué)零件的粗磨二、麻點(diǎn)產(chǎn)生原因：磨輪線速度選擇不當(dāng)，進(jìn)刀速度與工件轉(zhuǎn)速配合不好。三、幾何形狀的疵病（一）擦貼環(huán)帶有缺口產(chǎn)生原因：光刀時(shí)間不夠或者密封圈過厚。檢驗(yàn)方法：①金屬樣板卡工件被加工表面②擦貼度法③簡易球徑儀測失高檢查被加工表面三、光學(xué)零件的粗磨二、麻點(diǎn)57三、光學(xué)零件的粗磨（二）擦貼環(huán)帶脫空產(chǎn)生原因：機(jī)床工件主軸軸線與磨頭軸線不相交。一般兩軸線不相交允差0.03mm。（三）球面偏心產(chǎn)生原因：夾具定位面的偏心。三、光學(xué)零件的粗磨58四、光學(xué)零件的精磨目的：①減小零件表面的凹凸層深度，并提高其均勻性；②進(jìn)一步改善零件表面的面形精度及有關(guān)尺寸精度，以滿足拋光對零件表面結(jié)構(gòu)和形狀的要求。方法：散粒磨料精磨、固著磨料精磨?！?-1散粒磨料精磨四、光學(xué)零件的精磨目的：①減小零件表面的凹凸層深度，并提59四、光學(xué)零件的精磨光學(xué)零件的精磨一般用兩道砂，即用兩種粒度不同的磨料。若第一道砂的磨料粒度為W28，第二道砂的磨料粒度則為W14。有些特殊零件需要三道或四道砂，磨料粒度可選用W28、W14、W10、W7等。精磨工藝因素主要包括如下幾點(diǎn)：①精磨模與鏡盤的相對尺寸；②頂針的擺幅；③頂針的前后伸縮量；④主軸轉(zhuǎn)數(shù)與頂針擺速。四、光學(xué)零件的精磨光學(xué)零件的精磨一般用兩道砂，即用兩種粒60四、光學(xué)零件的精磨§4-2金剛石高速精磨

一、金剛石高速精磨磨具金剛石高速精磨磨具是采用金剛石精磨片，按一定的排列方式，用膠粘結(jié)在磨具基體上，并通過修磨而成。四、光學(xué)零件的精磨§4-2金剛石高速精磨61四、光學(xué)零件的精磨（一）球面金剛石精磨模的形式無論是凸精磨模還是凹精磨模。均由精磨片、粘結(jié)劑和磨具基體構(gòu)成。（二）球面金剛石精磨模的曲率半徑取被加工球面拋光完工后的曲率半徑名義尺寸。并按精磨后的光圈比拋光完工后的光圈低幾道光圈來修磨曲率半徑。一般高速精磨預(yù)留3~5N，散粒磨料精磨預(yù)留5~10N。凸球面：Rcm>Rtm>Rjm1>Rjm2>Rpm凹球面：Rcm<Rtm<Rjm1<Rjm2<Rpm四、光學(xué)零件的精磨（一）球面金剛石精磨模的形式62四、光學(xué)零件的精磨（三）精磨模與鏡盤的相對位置和相對尺寸1、精磨模與鏡盤的相對位置散粒磨料精磨，將凸面的安裝在機(jī)床主軸上。金剛石高速精磨，將金剛石磨具安裝在機(jī)床主軸上。2、精磨模與鏡盤的相對尺寸四、光學(xué)零件的精磨（三）精磨模與鏡盤的相對位置和相對尺寸63四、光學(xué)零件的精磨3、精磨模的基體曲率半徑公式中凸模取“-”號，對凹模取“+”號。二、精磨片特性參數(shù)的選擇

（一）粒度的選擇在高速精磨中，要求金剛石磨具既有較高的磨削效率，又能得到較好的表面粗糙度。第一道精磨，采用的金剛石磨片粒度為W28或W20為宜；第二道精磨，采用W10或W7為宜。如果只用一道精磨，則以W14為宜。四、光學(xué)零件的精磨3、精磨模的基體曲率半徑64四、光學(xué)零件的精磨（二）濃度的選擇濃度過低或過高對于精磨效率和質(zhì)量影響都不利。最合適的濃度，國內(nèi)外很不統(tǒng)一。國內(nèi)為30～50%；國際上定為45%。（三）磨片的結(jié)合劑在高速精磨中，國內(nèi)外普遍采用金屬結(jié)合劑，它包括青銅結(jié)合劑，鋼結(jié)合劑等。國內(nèi)主要采用青銅結(jié)合劑。（四）精磨片的形狀和尺寸精磨片的形狀：一般為圓形，國外也有矩形（蘇聯(lián)）。圓形有平、凸、凹三種形式。精磨片的尺寸：主要指磨片的直徑和厚度。此外，還有金剛石層厚度和曲率半徑等。四、光學(xué)零件的精磨（二）濃度的選擇65四、光學(xué)零件的精磨精磨片的直徑：取決于精磨模的曲率半徑、口徑和鏡盤的直徑。精磨片的厚度：主要取決于精磨片直徑。（五）覆蓋比的選擇覆蓋比：指排列在磨具上的精磨片表面積之和與磨具整個(gè)球缺表面積之比。Z—精磨片的數(shù)目；Ap—每片精磨片的面積；AW—磨具球缺表面積。四、光學(xué)零件的精磨精磨片的直徑：取決于精磨模的曲率半徑、66四、光學(xué)零件的精磨覆蓋比的選擇，主要取決于磨具的曲率半徑。（六）精磨片的排列方式

應(yīng)滿足以下要求：保證磨具的形穩(wěn)性；不應(yīng)產(chǎn)生死點(diǎn)，冷卻液暢通無阻，以利散熱和排屑。1、同心圓排列兩種情況：一種是在各同心圓上，相臨兩精磨片錯(cuò)開圓周線排列，即徑向有重疊；另一種情況是在不同圓周上精磨片排列間隙不等。2、螺旋線排列四、光學(xué)零件的精磨覆蓋比的選擇，主要取決于磨具的曲率半徑67四、光學(xué)零件的精磨§4-3球面金剛石模具的理想磨耗規(guī)律磨耗比：治模具與玻璃相磨，模具磨損量與玻璃去除量的比值。鑄鐵和玻璃相磨，磨耗比為1：100；金剛石磨片的為1：3000。一、金剛石磨片磨耗量與摩擦功的關(guān)系

金剛石磨片的磨耗，主要是機(jī)械作用的結(jié)果，即金剛石顆粒的磨損、折斷、脫落和結(jié)合劑的磨耗。實(shí)驗(yàn)表明：在一定壓強(qiáng)范圍內(nèi)，磨片的磨耗量與壓強(qiáng)成正比；在一定速度范圍內(nèi)，磨耗與相對磨削速度大小成正比；在玻璃原始表面粗糙度相同情況下，磨片的磨耗量與有效磨削時(shí)間成正比。四、光學(xué)零件的精磨§4-3球面金剛石模具的理想磨耗68四、光學(xué)零件的精磨由普雷斯頓假說提出的公式計(jì)算：上式說明，模具上某點(diǎn)的磨耗量與該點(diǎn)所承受的摩擦功成正比。二、球面金剛石模具的理想磨耗規(guī)律理想磨耗：如果模具磨損后的表面與磨損前的表面具有相同的曲率半徑。四、光學(xué)零件的精磨由普雷斯頓假說提出的公式計(jì)算：69四、光學(xué)零件的精磨在理想磨耗情況下，磨具表面上各點(diǎn)摩耗量之間的余弦關(guān)系，所以我們又把理想磨耗規(guī)律稱作余弦磨耗規(guī)律。如何實(shí)現(xiàn)理想磨耗呢？主要有兩個(gè)途徑：（1）在給定速度和壓力分布的情況下設(shè)計(jì)磨具，使磨片的排列和分布滿足余弦磨耗規(guī)律；（2）在磨具已定的情況下，選擇適當(dāng)?shù)乃俣群蛪毫Ψ植寂c磨具相匹配，從而達(dá)到余弦磨耗之目的。四、光學(xué)零件的精磨70四、光學(xué)零件的精磨§4-4金剛石高速精磨中的冷卻液金剛石高速精磨冷卻液具有四大作用：冷卻、潤滑、清洗和化學(xué)作用。一、冷卻作用冷卻作用：是指冷卻液流經(jīng)磨具和工件表面時(shí)，吸收和帶走熱量的能力。在一切液體中，水的比熱最大，其值為油類的2～3倍；在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下沸騰時(shí)，水的蒸發(fā)熱是油類的7～15倍；水的導(dǎo)熱系數(shù)是油類的3～5倍。四、光學(xué)零件的精磨§4-4金剛石高速精磨中的冷卻液71四、光學(xué)零件的精磨二、潤滑作用潤滑作用：是指它減少金剛石磨具與工件接觸面摩擦的能力，即減小磨削阻力和磨具磨損的能力。三、清洗作用清洗作用：主要指它能否及時(shí)清除加工中產(chǎn)生的玻璃碎屑和磨具碎屑的能力。四、化學(xué)作用目前，國內(nèi)外在高速精磨中廣泛使用的冷卻液是以水為主體，再加入少量的三乙醇胺、甘油、硫酸鎳等，組成三乙醇胺—水，甘油—水，三乙醇胺—甘油—水等水溶性的冷卻液。四、光學(xué)零件的精磨二、潤滑作用72四、光學(xué)零件的精磨1、冷卻液對金剛石磨具的化學(xué)自銳作用金剛石精磨片中的結(jié)合劑銅，能與空氣中的二氧化碳、氧和冷卻液中的水生成兩種堿式碳酸銅：一種叫銅綠［CuCO3·Cu(OH)2·H2O］，另一種叫藍(lán)色石青［2CuCO3·Cu(OH)2］。2、冷卻液對二氧化碳的吸收作用玻璃水解后，除生成硅酸凝膠薄膜外，還生成氫氧化鈉，它與空氣中的二氧化碳作用，生成碳酸鈉，這種鹽類會對玻璃表面產(chǎn)生腐蝕作用。四、光學(xué)零件的精磨1、冷卻液對金剛石磨具的化學(xué)自銳作用73四、光學(xué)零件的精磨§4-5光學(xué)零件的上盤一、平行平面上盤（一）松香蜂蠟?zāi)z上盤法方法一：先將粘結(jié)模擦干凈，加熱后涂上一層粘結(jié)膠，再放上已預(yù)熱工件，加一定壓力擠出多余的膠。特點(diǎn)：這種方法常用于粗磨過程的上盤及光圈平行度要求不高的零件精磨上盤。四、光學(xué)零件的精磨§4-5光學(xué)零件的上盤74四、光學(xué)零件的精磨方法二：先將粘結(jié)模擦干凈，然后放上擦凈的工件，將粉末狀的粘膠撒在零件的縫隙處，加熱粘結(jié)模，使粘結(jié)膠融化從零件邊緣滲入。優(yōu)點(diǎn)：操作方便。缺點(diǎn)：平行度不高，不適用于面型精度較高的薄片。四、光學(xué)零件的精磨75（二）點(diǎn)膠上盤法加熱工件到能粘住粘結(jié)條的溫度，視工件大小，均勻排列膠條。冷卻后，將它貼在貼置模上，再放上已加熱的粘結(jié)模，讓其自然下落到貼置模四周的定位條上，自然冷卻后，沿水平方向拉下鏡盤即可。優(yōu)點(diǎn)：可獲得較好的面形（N=0.5）和平行度（θ=30"）缺點(diǎn)：承受不了高壓高速的加工條件，怕震動，對室內(nèi)溫度梯度要求較高。四、光學(xué)零件的精磨（二）點(diǎn)膠上盤法四、光學(xué)零件的精磨76四、光學(xué)零件的精磨（三）浮膠上盤法先將粘結(jié)墊板擦干凈，再放上擦凈的零件。如果是拋光面，即能看到清晰的光圈，然后將粘結(jié)膠滴入零件間的空隙處。冷卻后刮凈零件待加工表面的膠即可。優(yōu)點(diǎn)：工件及粘結(jié)平板都不需加溫，工件可達(dá)到較高的平行度和面形精度（N≤0.5，θ≤10"）。缺點(diǎn)：承受不了高速高壓的加工條件，易走動。四、光學(xué)零件的精磨（三）浮膠上盤法77四、光學(xué)零件的精磨（四）光膠上盤法將零件光膠面擦凈后，放到光膠墊板上，呈現(xiàn)清晰的光圈后，從零件的一邊稍許加壓。如發(fā)現(xiàn)光膠面間有氣泡、白點(diǎn)，可用酒精燈局部加熱工件，拆膠后重新擦凈，重新光膠。優(yōu)點(diǎn)：平行度和平面度可達(dá)到很高精度（N<0.5，θ<5"）。缺點(diǎn)：對光膠表面的疵病等級有一定的影響；怕劇烈震動，驟冷周熱。四、光學(xué)零件的精磨（四）光膠上盤法78四、光學(xué)零件的精磨二、透鏡上盤（一）彈性上盤先按透鏡形狀做好火漆團(tuán)，將火漆團(tuán)放到預(yù)熱的透鏡上，冷卻后取出，然后擦凈待加工面，按確定好的排列方式，將透鏡貼到已涂有一層薄油的貼置模內(nèi)，放上已加熱的粘結(jié)模待其下沉到四周邊緣的定位件處，冷卻后取出。特點(diǎn)：以被加工面為基準(zhǔn)，粘結(jié)模簡單，通用性較大。四、光學(xué)零件的精磨二、透鏡上盤79四、光學(xué)零件的精磨（二）剛性上盤

先將粘結(jié)模加熱到能融化粘結(jié)膠的溫度，將粘結(jié)紙貼上或用粘接膠棒涂在固定槽內(nèi)，再將預(yù)熱的工件粘在粘結(jié)模上，冷卻即成。如果粘結(jié)的拋光面，應(yīng)注意保護(hù)。特點(diǎn)：以粘結(jié)面為基準(zhǔn)面，上盤過程簡單，粗磨可成盤加工，能承受較高的速度和壓力。粘結(jié)模專用性強(qiáng)，加工模具成本高。四、光學(xué)零件的精磨（二）剛性上盤80四、光學(xué)零件的精磨三、棱鏡上盤（一）夾模上盤彈性法：將零件加熱后，在粘結(jié)面上粘上火漆條；待其冷卻后，按夾槽位置在貼置平模上排列好，四周放上厚約2mm的限位條，將夾模加熱到能融化火漆的溫度后，準(zhǔn)確放置到排好的零件上，直到限位條處。然后自然冷卻即可。四、光學(xué)零件的精磨三、棱鏡上盤81四、光學(xué)零件的精磨剛性法：

只需將零件放入夾模槽內(nèi)，用螺釘壓緊即可；將夾模加熱后，在粘結(jié)槽內(nèi)涂上粘結(jié)膠，放上已預(yù)熱的毛坯棱鏡冷卻。優(yōu)點(diǎn)：上盤操作簡單。缺點(diǎn)：只適合用于中低精度的零件，對形狀復(fù)雜的零件也有一定的局限性。四、光學(xué)零件的精磨剛性法：82四、光學(xué)零件的精磨（二）石膏上盤

將待加工面擦凈放在涂有一層薄油的貼置模上，在棱鏡間空隙處灑上厚約2mm的石蠟。在貼置模周圍放上橡皮圈，放上托置模，將調(diào)好的石膏漿倒入，淹沒棱鏡約30mm，待石膏漿凝固后，去除橡皮圈，沿水平方向從貼置模上拉下，熔去表面石蠟，再在裸露的石膏模表面涂一層石蠟，以防水的侵蝕。特點(diǎn)：通用性強(qiáng)，角度精度不高（θ>3'）需對拋光面做好防腐蝕保護(hù)。四、光學(xué)零件的精磨（二）石膏上盤83四、光學(xué)零件的精磨（三）光膠上盤將光膠工具擦凈后放到墊板上，再將擦凈的棱鏡光膠面貼到工具光膠面上，這時(shí)出現(xiàn)清晰的干涉條紋，輕輕擠壓去光膠面的空氣，條紋即消失，就形成光膠。再將光膠工具光膠到墊板上，最后再所有的光膠面縫隙處涂保護(hù)漆即可。優(yōu)點(diǎn)：能得到較高的角度精度。缺點(diǎn)：要求光膠工具精度高。對表面疵病要求高的棱鏡，其光膠面有一定的局限性；光膠盤不宜受到劇烈震動和溫度驟變。四、光學(xué)零件的精磨（三）光膠上盤84四、光學(xué)零件的精磨（四）靠體上盤

以靠體的角度精度和平行度來保證工件的精度。實(shí)際上，光膠上盤也是靠體上盤的一種。將工件膠到靠體上，然后將靠體固定到平模上。優(yōu)點(diǎn)：加工精度高；對拋光面不易腐蝕；不需單件手工修整角度；有些工件膠上靠體后，只需翻動靠體就可連續(xù)加工多個(gè)面。缺點(diǎn)：靠體精度要求高，制造困難。四、光學(xué)零件的精磨（四）靠體上盤85四、光學(xué)零件的精磨§4-6影響精磨的工藝因素一、散粒磨料加工（一）擺幅的大小擺幅就是上模擺動的幅度。擺幅越大，上模的中部與下模的邊緣磨削較多。因此擺幅大小應(yīng)合適。對于平模，上模擺動的距離為下模直徑的0.45~0.65范圍內(nèi)；對于球模，上模擺動的角度為下模張角2γ的0.4~0.55范圍內(nèi)。四、光學(xué)零件的精磨§4-6影響精磨的工藝因素86四、光學(xué)零件的精磨（二）頂針的前后伸縮上模中心與下模中心的偏離；偏離越大，上模的中部和下模的邊緣磨削較多。對于平面，偏離量可取擺幅大小的0~0.1，對于球面為0~0.4。（三）主軸轉(zhuǎn)速與上模擺速之比就是主軸轉(zhuǎn)速與偏心輪轉(zhuǎn)速之比。主軸轉(zhuǎn)速越大，下模邊緣磨削越大；偏心輪轉(zhuǎn)的越快，上模與下模中心部分磨的越快。對于平面為，主軸轉(zhuǎn)速為擺幅的0.4~0.8倍；對于球面為，主軸轉(zhuǎn)速為擺幅的1~2.5倍。四、光學(xué)零件的精磨（二）頂針的前后伸縮87四、光學(xué)零件的精磨（四）注意事項(xiàng)①磨料粒度要均勻，它是精度質(zhì)量的關(guān)鍵之一；②每次加磨料時(shí)，要均勻散開，不宜成團(tuán)的添加；③磨料懸浮液不應(yīng)太稀或太稠，否則易劃出劃痕；④每次更換磨料時(shí)，工件及鏡盤應(yīng)刷洗干凈，機(jī)器臺面也應(yīng)擦拭干凈；⑤精磨完畢，應(yīng)用放大鏡檢查表面有無粗砂眼或劃痕；⑥應(yīng)經(jīng)常檢查精磨面的曲率半徑或平面度，發(fā)現(xiàn)變化較大時(shí)，應(yīng)及時(shí)修整模具。四、光學(xué)零件的精磨（四）注意事項(xiàng)88四、光學(xué)零件的精磨（五）常見疵病及產(chǎn)生原因四、光學(xué)零件的精磨（五）常見疵病及產(chǎn)生原因89四、光學(xué)零件的精磨二、高速金剛石磨具加工（一）機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速玻璃的磨削量與機(jī)床主軸的轉(zhuǎn)速成正比。（二）鏡盤壓力玻璃的磨削量與鏡盤的壓力成正比。（三）加工時(shí)間的影響玻璃的磨削量與加工時(shí)間成正比。（四）工件初始表面粗糙度工件初始表面粗糙度影響高速精磨的精度，粗糙度越大，玻璃的磨削量越大，精磨后的粗糙度越大。四、光學(xué)零件的精磨二、高速金剛石磨具加工90四、光學(xué)零件的精磨（五）光圈匹配

光圈匹配指被加工鏡盤的曲率半徑與最后完工的曲率半徑之間的差別；一般情況，鏡盤的要比完工的光圈低3~4個(gè)光圈。（六）金剛石精磨片的覆蓋比覆蓋比與磨削量成反比，對于大球面，覆蓋比取小些，對于小球面，覆蓋比取大些。四、光學(xué)零件的精磨（五）光圈匹配91四、光學(xué)零件的精磨（七）常見疵病及產(chǎn)生原因四、光學(xué)零件的精磨92四、光學(xué)零件的精磨四、光學(xué)零件的精磨93五、光學(xué)零件的拋光目的：

①去除精磨的破壞層，達(dá)到規(guī)定的表面疵病等級要求；②精修面形，達(dá)到圖紙要求的光圈和局部光圈數(shù)，形成光滑透明的表面。拋光方法：

古典拋光法

高速拋光法

計(jì)算機(jī)數(shù)控拋光法。五、光學(xué)零件的拋光94五、光學(xué)零件的拋光§5-1拋光機(jī)理大致可以歸納為三種理論：

機(jī)械去除理論、化學(xué)作用理論、熱的表面流動理論。一、機(jī)械去除理論認(rèn)為：①拋光是研磨的繼續(xù)，拋光與研磨的本質(zhì)是相同的，都是尖硬的磨料顆粒對玻璃表面進(jìn)行微小切削作用的結(jié)果。②由于拋光是用較細(xì)顆粒的拋光劑，所以微小切削可以在分子范圍內(nèi)進(jìn)行。由于拋光模與工件表面相互吻合，拋光時(shí)切向力特別大，因此使玻璃表面的凹凸結(jié)構(gòu)被切削掉，逐漸形成光滑的表面。五、光學(xué)零件的拋光§5-1拋光機(jī)理95五、光學(xué)零件的拋光機(jī)械去除理論的主要實(shí)驗(yàn)依據(jù)：（一）與研磨一樣，零件拋光后重量明顯減輕。通過實(shí)驗(yàn)測得，被拋掉的玻璃顆粒尺寸平均為1～1.2nm。（二）拋光表面有起伏層和機(jī)械劃痕用氧化鈰拋光時(shí)，零件表面凹凸層厚度為30～90nm。用氧化鐵拋光，凹凸層厚度為20～90nm。（三）拋光劑的粒度和硬度對拋光速率有重要影響實(shí)驗(yàn)表明，拋光粉粒度在一定范圍內(nèi)，粒度愈大，拋光速率愈高。五、光學(xué)零件的拋光機(jī)械去除理論的主要實(shí)驗(yàn)依據(jù)：96五、光學(xué)零件的拋光（四）拋光速率與壓力、相對速度成線性關(guān)系（五）磨料也能用作拋光劑磨料很細(xì)而且加工壓力很小時(shí)，也能作為拋光劑。如碳化硼（B4C）和剛玉（Al2O3）,本屬磨料，但其粒度直徑為0.5μm左右時(shí)，也能用于玻璃拋光。二、化學(xué)作用理論認(rèn)為：拋光過程是在玻璃表層、拋光劑、拋光模和水的作用下，發(fā)生錯(cuò)綜復(fù)雜的化學(xué)過程。主要是玻璃表面發(fā)生的水解過程，是水解生成物——硅酸凝膠薄膜不斷生成和不斷刮除的過程。五、光學(xué)零件的拋光（四）拋光速率與壓力、相對速度成線性關(guān)97五、光學(xué)零件的拋光化學(xué)作用理論的實(shí)驗(yàn)依據(jù)如下：（一）水與玻璃的作用1.水的作用用純乙二醇代替水，拋光速率低，含水量增加，拋光速率增大。2．玻璃的水解反應(yīng)Na2SiO3+2H2O=H2SiO3+2NaOH（二）拋光液PH值的影響理論分析和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：大多數(shù)光學(xué)玻璃時(shí)不耐堿的；至于耐酸的程度，則視光學(xué)玻璃的牌號不同而異。大多數(shù)光學(xué)玻璃，在弱酸性(PH=5.5～6.5)拋光液中拋光，具有較高的速率和表面質(zhì)量。五、光學(xué)零件的拋光化學(xué)作用理論的實(shí)驗(yàn)依據(jù)如下：98五、光學(xué)零件的拋光（三）添加劑對拋光的影響添加劑包括加速劑、穩(wěn)定劑、消泡劑等。結(jié)果表明：硝酸鋅是一種比較有效的添加劑。在氧化鈰拋光液中，加入5%的硝酸鋅（對氧化鈰的重量比），使火石玻璃拋光速率提高一倍多，鋇冕玻璃也提高近一倍。（四）拋光劑的作用在拋光過程中拋光劑基本上以兩種作用參與拋光。其一是以拋光劑顆粒的堅(jiān)硬特性，在模具和機(jī)床的作用下，對玻璃表面的硅膠層進(jìn)行微小的切削，使玻璃露出新表面，進(jìn)而繼續(xù)水解；其二是以拋光劑顆粒表面的吸附特征，使硅膠層以分子級程度被拋光劑吸附而剝落。五、光學(xué)零件的拋光（三）添加劑對拋光的影響99五、光學(xué)零件的拋光（五）拋光模的作用光學(xué)零件拋光時(shí)，拋光模層不僅起著承載拋光粉的作用，用時(shí)也起一定的化學(xué)作用。拋光柏油中含有樹脂酸，其官能團(tuán)為－COOH，而毛氈拋光模的羊毛纖維中，也含有官能團(tuán)－COOH和－NH2，它們都是化學(xué)活性基，能與玻璃的陽離子發(fā)生交換反應(yīng)，使玻璃表面以微量的分子形式被去除。三、熱的表面流動理論認(rèn)為：玻璃表面由于高壓和相對運(yùn)動，摩擦生熱使表面產(chǎn)生塑性流動，凸起的部分將凹陷填平，形成光滑的拋光表面。五、光學(xué)零件的拋光（五）拋光模的作用100五、光學(xué)零件的拋光熱的表面流動理論的實(shí)驗(yàn)依據(jù)是：實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)拋光表面用金剛石刀劃成圖案，然后拋掉，再用酸腐蝕，結(jié)果看到劃痕再現(xiàn)。另一實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，由拋去厚度計(jì)算的拋去重量比實(shí)測的大得多，于是認(rèn)為拋去的玻璃流到表面凸凹層的谷部。由此說明拋光過程存在流動作用。普遍承認(rèn)的觀點(diǎn)是：拋光是機(jī)械去除作用，化學(xué)作用，表面流動作用的綜合作用過程。五、光學(xué)零件的拋光熱的表面流動理論的實(shí)驗(yàn)依據(jù)是：101五、光學(xué)零件的拋光§5-2樣板檢驗(yàn)原理常用的檢驗(yàn)方法有陰影法和干涉法。1、陰影法刀具刀口五、光學(xué)零件的拋光§5-2樣板檢驗(yàn)原理刀具刀口102五、光學(xué)零件的拋光2、干涉法：接觸法（樣板法）和非接觸法（干涉儀法）。一、樣板檢驗(yàn)原理

被檢驗(yàn)的光學(xué)表面相對于參考光學(xué)表面的偏差稱面形偏差。五、光學(xué)零件的拋光2、干涉法：接觸法（樣板法）和非接觸法103五、光學(xué)零件的拋光（一）光圈數(shù)N與空氣隙厚度Δh的關(guān)系由薄膜干涉原理可知，兩束光的光程差δ為：當(dāng)產(chǎn)生第k級亮條紋；當(dāng)產(chǎn)生第k級暗條紋。第k級和k+1級亮條紋，所對應(yīng)的空氣隙厚度為Δhk和Δhk+1，由下式表示：五、光學(xué)零件的拋光（一）光圈數(shù)N與空氣隙厚度Δh的關(guān)系104五、光學(xué)零件的拋光實(shí)際上，用i′代替，則相鄰亮條紋間空氣隙厚度差近似為：

當(dāng)光束垂直于AA面入射時(shí)，i=0，i′=0，則Δh=λ/2?？芍?，相鄰兩道光圈之間的空氣隙厚度差Δh近似等于二分之一波長，即變化一道光圈相當(dāng)空氣隙厚度變化λ/2。那么，第N道光圈所對應(yīng)的空氣隙厚度Δh為：光圈的形狀是由等厚空氣隙的軌跡決定的，即同一級干涉條紋對應(yīng)的空氣隙厚度是相等的。五、光學(xué)零件的拋光實(shí)際上，用i′代替，105五、光學(xué)零件的拋光（二）光圈數(shù)N與曲率半徑誤差ΔR的關(guān)系

工件與樣板是邊緣接觸（低光圈），還是中部接觸（高光圈）。光圈與半徑偏差的關(guān)系是：五、光學(xué)零件的拋光（二）光圈數(shù)N與曲率半徑誤差ΔR的關(guān)系106五、光學(xué)零件的拋光（三）光圈半徑rk與波長λ的關(guān)系因?yàn)镽>>Δhk，故Δhk2可以舍去，則在樣板檢驗(yàn)中，光線垂直照射，即cosi′≈1，則在兩表面產(chǎn)生的光程差可寫成：

δ滿足暗條紋條件為：

五、光學(xué)零件的拋光（三）光圈半徑rk與波長λ的關(guān)系107五、光學(xué)零件的拋光（四）相鄰光圈的間隔Δr與干涉級的關(guān)系

當(dāng)k=0時(shí)，

當(dāng)k逐漸增大時(shí)，愈來愈小，即Δr逐漸減小，以致眼睛無法分辨，k的極限可由物理光學(xué)得知：一般Δλ=10nm五、光學(xué)零件的拋光（四）相鄰光圈的間隔Δr與干涉級的關(guān)系108五、光學(xué)零件的拋光二、光圈的識別與度量

在樣板檢驗(yàn)中，ΔR的大小表現(xiàn)為光圈數(shù)量的多少，ΔR的正負(fù)表現(xiàn)為光圈的高低。低光圈：樣板與工件邊緣接觸；高光圈：樣板與工件中間接觸。五、光學(xué)零件的拋光二、光圈的識別與度量109五、光學(xué)零件的拋光對平面來說，低光圈，說明表面凹下；高光圈，說明表面凸起。對凸球面來說，低光圈，說明曲率半徑R偏大；高光圈，說明曲率半徑R偏??；對凹球面來說，低光圈，說明曲率半徑R偏??；高光圈，說明曲率半徑R偏大。在拋光過程中，被加工表面還可能出現(xiàn)局部偏差，即局部凸起或凹下，或叫局部高或局部低。最常見的局部偏差有中心高或中心低、邊緣高或邊緣低。邊緣高又叫翹邊，邊緣低又叫塌邊。五、光學(xué)零件的拋光對平面來說，低光圈，說明表面凹下；高光110五、光學(xué)零件的拋光（一）高低光圈的識別通常是根據(jù)干涉條紋的形狀、特征，移動情況、彎曲方向、疏密程度、顏色等來識別光圈的高低。1、周邊加壓法最適用于光圈N＞1的情況。高光圈，樣板周邊加壓后，干涉條紋從中心向邊緣移動。低光圈，樣板周邊加壓后，干涉條紋從邊緣向中心移動。五、光學(xué)零件的拋光（一）高低光圈的識別111五、光學(xué)零件的拋光2、邊緣點(diǎn)力法

邊緣點(diǎn)力法，是在樣板邊緣某一點(diǎn)輕輕加壓，使其另一端浮起，則形成楔形空氣隙，從而產(chǎn)生干涉條紋。這種方法最適用于N

＜1的光圈識別和度量，其精度可達(dá)λ/10左右。五、光學(xué)零件的拋光2、邊緣點(diǎn)力法112五、光學(xué)零件的拋光工件表面為高光圈，各帶干涉條紋彎曲方向是彎向受力點(diǎn)。五、光學(xué)零件的拋光113五、光學(xué)零件的拋光工件表面為低光圈，各帶干涉條紋彎曲方向是背向受力點(diǎn)。五、光學(xué)零件的拋光114五、光學(xué)零件的拋光3、色序法

按光圈顏色的序列來識別光圈高低的方法，稱色序法。色序法不僅適用N＞1時(shí)光圈高低的識別，而且也可用于N＜1時(shí)光圈的度量。低光圈：從中心到邊緣的顏色序列為“紅、黃、藍(lán)”等。高光圈：從中心到邊緣的顏色序列為“藍(lán)、黃、紅”等。五、光學(xué)零件的拋光3、色序法115五、光學(xué)零件的拋光（二）光圈的度量光學(xué)零件的面形偏差是用光圈數(shù)表示的。光圈的度量包括下列三項(xiàng)面形偏差：◆曲率半徑偏差

被檢光學(xué)表面的R相對于參考光學(xué)表R的偏差，稱半徑偏差，又稱整體偏差，用N表示。◆像散偏差

被檢光學(xué)表面與參考光學(xué)表面在兩個(gè)相互垂直方向上產(chǎn)生的光圈數(shù)不等所對應(yīng)的偏差，稱象散偏差，用Δ1N表示。◆局部偏差

被檢光學(xué)表面與參考光學(xué)表面在任一位置上產(chǎn)生的干涉條紋的局部不規(guī)則程度，稱局部偏差，Δ2N表示。五、光學(xué)零件的拋光（二）光圈的度量116五、光學(xué)零件的拋光1、光圈數(shù)N的度量（1）在光圈數(shù)N＞1的情況下在光圈數(shù)N

＞1的情況下，在有效檢驗(yàn)范圍內(nèi)，用直徑方向上最多條紋數(shù)的一半來度量，并以紅光的條紋數(shù)度量。五、光學(xué)零件的拋光1、光圈數(shù)N的度量117五、光學(xué)零件的拋光（2）在光圈數(shù)N

＜1的情況下在光圈數(shù)N＜1的情況下，光圈數(shù)N以通過直徑方向上干涉條紋的彎曲量(h)相對于條紋的間距(H)的比值(N=h/H)來度量。五、光學(xué)零件的拋光（2）在光圈數(shù)N＜1的情況下118五、光學(xué)零件的拋光

如果對光圈的精度要求不高時(shí)，也可根據(jù)干涉色度量光圈數(shù)。用樣板檢驗(yàn)，以熒光燈作光源時(shí)，當(dāng)邊緣接觸其顏色為灰白色時(shí)，則可根據(jù)中間部位的顏色確定光圈數(shù)。五、光學(xué)零件的拋光如果對光圈的精度要求不高時(shí)，也可根119五、光學(xué)零件的拋光與空氣隙厚度相對應(yīng)的光圈數(shù)和顏色。

五、光學(xué)零件的拋光與空氣隙厚度相對應(yīng)的光圈數(shù)和顏色。120五、光學(xué)零件的拋光2、象散光圈的度量

象散光圈數(shù)，以兩個(gè)互相垂直方向上光圈數(shù)N的最大代數(shù)差的絕對值來度量。（1）橢圓形象散光圈數(shù)的度量被檢光學(xué)表面在X-X和Y-Y方向上的光圈數(shù)Nx和Ny不等，偏差方向相同。圖中的象散光圈數(shù)為ΔN=|Nx-Ny|=|-2-(-3)|=1。五、光學(xué)零件的拋光2、象散光圈的度量121五、光學(xué)零件的拋光（2）馬鞍形象散光圈數(shù)的度量被檢光學(xué)表面在X-X和Y-Y方向上的偏差方向相反。圖中的馬鞍形象散光圈數(shù)ΔN=|Nx-Ny|=|-1-(+2)|=3。（3）柱形象散光圈數(shù)的度量被檢光學(xué)表面的X-X和Y-Y方向上的光圈數(shù)Nx和Ny不等。其中，某一方向的光圈數(shù)N=0。圖中的柱形象散光圈數(shù)ΔN=|Nx

-Ny|=|-1-0|=1。五、光學(xué)零件的拋光（2）馬鞍形象散光圈數(shù)的度量122五、光學(xué)零件的拋光（4）在光圈數(shù)N＜1的情況下，象散光圈的度量

Nx和Ny都小于1。這時(shí)可根據(jù)兩個(gè)方向的干涉條紋的彎曲度來確定Nx和Ny，而象散光圈數(shù)ΔN=|Nx-Ny|。五、光學(xué)零件的拋光（4）在光圈數(shù)N＜1的情況下，象散光123五、光學(xué)零件的拋光（三）局部光圈高低的識別與度量1、局部光圈高低的識別（1）中心局部光圈高低的識別

若中心局部不規(guī)則干涉條紋相對平滑干涉條紋偏向加力點(diǎn)，稱中心低。反之，則稱中心高。五、光學(xué)零件的拋光（三）局部光圈高低的識別與度量124五、光學(xué)零件的拋光（2）邊緣局部光圈高低的識別

若邊緣局部不規(guī)則干涉條紋相對平滑干涉條紋偏向加力點(diǎn)，稱邊緣低，又叫塌邊。反之，則稱邊緣高，又叫翹邊。五、光學(xué)零件的拋光（2）邊緣局部光圈高低的識別125五、光學(xué)零件的拋光（3）中心及邊緣均有局部偏差時(shí)的光圈識別其高低的判斷同（1）、（2）。五、光學(xué)零件的拋光（3）中心及邊緣均有局部偏差時(shí)的光圈識126五、光學(xué)零件的拋光（四）面形偏差歸屬的判斷通常采用相對移動的方法來判斷。即將上面一塊樣板拉開并移至一定的距離，如果局部偏差仍在原處不動，則表明偏差屬于下面一塊樣板。反之，如果局部偏差隨之移動，則表明局部誤差屬于上面一塊樣板。（五）用小樣板檢驗(yàn)大零件小樣板檢驗(yàn)時(shí)看到的光圈數(shù)：式中，N1—工件的實(shí)際光圈數(shù)；N2—用小樣板檢驗(yàn)時(shí)看到的光圈數(shù)；D1—零件的直徑；D2—樣板的直徑。五、光學(xué)零件的拋光（四）面形偏差歸屬的判斷127五、光學(xué)零件的拋光§5-3光學(xué)零件的拋光方法目前在光學(xué)零件生產(chǎn)中，采用的拋光方法主要有古典拋光和高速拋光。一、古典法拋光

古典法平面拋光

古典法球面拋光五、光學(xué)零件的拋光§5-3光學(xué)零件的拋光方法128五、光學(xué)零件的拋光（一）古典法拋光原理

工作壓力在拋光表面上的法向分力是不均勻的，它隨頂針擺幅的變化而變化。設(shè)工作壓力為P，拋光表面的法向分力為F，則：F=P·cosα，正是由于這種壓力分布特點(diǎn)，使得古典法拋光的光圈控制較困難。五、光學(xué)零件的拋光（一）古典法拋光原理129五、光學(xué)零件的拋光（二）球面透鏡的古典法拋光工藝拋光模的尺寸

拋光模層表面的曲率半徑以Rp表示，它等于透鏡完工后的曲率半徑R，但符號相反。拋光模基體的曲率半徑以Rt表示，可按下式計(jì)算：b表示拋光膠層厚度，凸模取“－”號，凹模取“＋”號。五、光學(xué)零件的拋光（二）球面透鏡的古典法拋光工藝130五、光學(xué)零件的拋光b值決定于被加工面的曲率半徑，可按表選取。

拋光?；w的矢高Ht和口徑Dt決定于球面鏡盤的矢高Hj和口徑Dj，如表所示。五、光學(xué)零件的拋光b值決定于被加工面的曲率半徑，131五、光學(xué)零件的拋光拋光過程一般可分為兩個(gè)階段：①控制各工藝因素對鏡盤均勻而快速地拋亮，即大致拋去砂眼的粗拋階段；②進(jìn)行光圈修正，達(dá)到技術(shù)指標(biāo)要求（面形精度及表面光潔度）的精拋階段。（三）工藝因素對古典拋光的影響1、精磨的影響

精磨的好壞影響拋光效率。宏觀上看，精磨后的面形應(yīng)符合一定要求，否則拋光效率降低。從微觀結(jié)構(gòu)上看，零件表面的微觀不平度也影響拋光效率。五、光學(xué)零件的拋光拋光過程一般可分為兩個(gè)階段：132五、光學(xué)零件的拋光2、拋光模的幾何形狀

拋光模的幾何形狀影響拋光精度。在拋光過程中，拋光模表面與工件時(shí)緊密接觸的，處于相互變化的狀態(tài)，拋光模的面形必然影響工件的面形精度。3、拋光模材料直接影響拋光精度拋光模過硬，拋光模表面的不規(guī)則容易引起工件光圈不規(guī)則，容易造成擦痕。拋光模過軟，拋光模容易變形，使拋光鏡盤產(chǎn)生塌邊。五、光學(xué)零件的拋光2、拋光模的幾何形狀133五、光學(xué)零件的拋光4、拋光?；w的表面幾何形狀影響拋光精度

在球面拋光中，如果基體的曲率與理論值不符，則拋光模層厚度不同，模層的走動就不同，厚的地方走動大，薄的地方走動小，薄的地方拋光效率高，厚的地方拋光效率低。5、拋光粉的硬度

拋光粉的結(jié)晶結(jié)構(gòu)影響拋光效率。結(jié)晶結(jié)構(gòu)不同，拋光粉的硬度不同。硬度大拋光能力強(qiáng)，適合拋光硬玻璃。拋光粉顆粒的硬度至少要與玻璃的硬度相匹配。6、拋光劑的濃度

拋光粉和水有一個(gè)比例關(guān)系。如果使用的是氧化鐵拋光粉，則拋光粉與水的比列是1：3～1：4。五、光學(xué)零件的拋光4、拋光?；w的表面幾何形狀影響拋光精134五、光學(xué)零件的拋光7、速度和壓力的影響

在拋光模和玻璃粘結(jié)膠性能允許的情況下，拋光效率隨著速度和壓力的增大而增大。8、溫度的影響溫度對拋光模的影響拿拋光柏油模來說，溫度升高，柏油變軟，工件面形不容易保證。溫度對粘結(jié)膠的影響溫度升高，粘結(jié)膠變軟，工件容易脫膠。溫度對工件的影響溫度變化時(shí)，如果粘結(jié)膠和玻璃的熱膨脹系數(shù)不一致，工件拋光表面會產(chǎn)生熱變形。五、光學(xué)零件的拋光7、速度和壓力的影響135五、光學(xué)零件的拋光疵病類型原因

劃痕拋光粉粒度不均勻或混有大顆粒的機(jī)械雜質(zhì)；拋光模不干凈或太硬；拋光模與鏡盤吻合不好；精磨后清洗不徹底；拋光模使用時(shí)間太久，表面起硬殼；擦布不干凈；清洗時(shí)擦傷；精磨遺留的劃痕未掉；檢查光圈時(shí)擦傷；工作環(huán)境不整潔。

麻點(diǎn)拋光時(shí)間不夠；精磨時(shí)間不充分；零件走動；精磨面形誤差太大，尤其時(shí)偏高，易形成邊緣拋光不充分。

印跡

玻璃化學(xué)穩(wěn)定性不好；水珠，拋光液等未及時(shí)擦凈。光圈變形粘結(jié)力不合適；光圈未穩(wěn)定即下盤。五、光學(xué)零件的拋光疵病類型原因

拋光粉粒度不均勻或混有大136五、光學(xué)零件的拋光二、高速拋光工藝（一）準(zhǔn)球心法高速拋光工藝

準(zhǔn)球心法就是擺動軸線通過下面磨盤的曲率中心，且壓力的方向始終指向鏡盤的曲率中心。準(zhǔn)球心法拋光五、光學(xué)零件的拋光二、高速拋光工藝準(zhǔn)球心法拋光137五、光學(xué)零件的拋光（二）高速拋光原理

頂針對準(zhǔn)工件球心，正壓力恒定，頂針繞通過工件球心的軸線作弧線擺動，這就是準(zhǔn)心法高速拋光的原理。五、光學(xué)零件的拋光（二）高速拋光原理138五、光學(xué)零件的拋光（三）高速拋光優(yōu)越性高速拋光克服了古典法拋光加工中，正壓力是隨α變化的，造成磨削不均勻，而且壓力愈大，不均勻程度愈嚴(yán)重。因此，不可能加載過大，而且也不能加工超半球。特點(diǎn)：

生產(chǎn)效率高，拋光均勻；

減輕勞動強(qiáng)度，對室溫要求不嚴(yán)；

用于中等尺寸、精度光學(xué)零件的批量生產(chǎn)。五、光學(xué)零件的拋光（三）高速拋