1、光学零件加工技术 Welcome to 光电迷 光学零件加工技术 邬 建 生 目 录 序 言 一 、 传统研磨抛光与高速研磨抛光特点 二 、 准球心法和传统法比较 三 、 切削工序的要求 目 录 四 、 粗磨工序的要求 五 、 如何保持粗磨皿表曲率半径的精度 六 、 修磨皿的技巧 七 、 影响抛光的因素 八 、 抛光剂 （ 研磨粉 ） 的影响 目 录 九、研磨皮及选择 十、传统加工要求 十一、计算公式 十二、光圈识别与修整措施 十三、机床的选择 目 录 十四、机床的调整 十五、超声清洗原理 十六、品质异常分析步骤 十七、工艺规程的设计 序 言 光学零件的加工，分为热加工、冷加工和特种加工，热
2、加工目前多采用于光学零件的坯料备制； 冷加工是以散粒磨料或固着磨料进行锯切、粗磨、精磨、抛光和定心磨边。 序 言 特种加工仅改变抛光表面的性能，而 不改变光学 零件的形状和尺寸，它包括镀 膜、 刻度、照相和胶合等。冷加工各工序 的主要任务是： 粗磨 （切削）工序 ： 是使零件具有基 本准确的几何形状和尺寸。 序 言 精磨 （粗磨）工序 ：是使零件加工到规定的尺寸和要求，作好抛光准备。 抛光 （精磨）工序 ：是使零件表面光亮并达到要求的光学精度。 定心工序 ：是相对于光轴加工透镜的外圆 。 胶合工序 ：是将不同的光学零件胶合在一起， 使其达到光 轴重合或按一定方向转折 。 序 言 球面光学零件现
3、行加工技术 三大 基本工序为： 范成法原理的铣磨 （ 切削 ） 压力转移原理的高速粗磨 压力转移原理的高速抛光 。 序 言 范成法原理的铣磨 （ 切削 ） ， 虽然加工效率较高 ， 但其影响误 差的因素较多 ， 达到较高精度和 较粗糙度较困难 。 序 言 压力转移原理的准球心高速粗磨和 高速抛光 ， 零件受力较均匀 ， 加工效率 也较高 ， 但必须预先准确修整磨 （ 模 ） 具的面形 ， 才能保证零件的面形精度 。 准确修整面形精度需要操作者的经验和 技巧 ， 而且需反复修整 。 一、传统研磨与 高速研磨 特点 也叫古典研磨抛光 ， 它是一种历史悠久的加工方法 其主要特点是： （ 1） 采用普
4、通研磨机床或手工操作； （ 2） 要求人员技术水平较高； 传统研磨抛光 （ 3） 研磨材料多采用散砂 （ 研磨砂 ） 抛光沥青 （ 4） 抛光剂是用氧化铈或氧化铁； （ 5） 压力用加荷重方法实现 虽然这种方法效率低 , 但加工精 度较高所以 ， 目前仍被采用 。 高速研磨抛光 一般是指准球心法 （ 或称弧线摆动 法 ） 。 其主要特点是： （ 1） 采用高速 、 高压和更有效的利用 抛光模 ， 大大提高了抛光效率 。 （ 2) 压力头围绕球心做弧线摆动 ， 工 作压力始终指向球心 ， 也是靠球 模成型的 。 范成法 其特点： （ 1）用环状面接触的球模加工， 按加工轴轮对工件轴所成 的夹角确
5、定工件表面形状； （ 2）机床的精度和调整对加工 质量起着很大的着用。 范成法 准球心法对机床的精度要求较 低 ,加工方法和传统法相近 ， 易于 实现 ， 用的较广； 范成法对机床精度及调整要求 较高 ， 目前很少采用 。 二、准球心法和传统法较 准球心法 抛光模（或镜盘）绕镜盘（或抛光模） 的曲率中心作弧线摆动，而压力方向始 终对准球心，因此镜盘所承受的是恒压， 给均匀抛光创造了条件。 准球心法和传统法较 传统法 是平面摆动，重压块垂直加 压，其压力随摆角而变化，因 而容易造成不均匀抛光 。 准球心法和传统法较 加压采用弹簧或气压方式 ， 压 力比较恒定 .平稳 。 而传统研磨抛 光法用重压
6、块加压 ， 体积大 ， 振 动 大 。 球面研磨对镜盘的考虑 镜盘张角不宜过大，以便于光圈稳定，在多行的镜盘中，张角不宜大于 140 ；对于三块镜片一盘，若超过 140 影响也不大。 弹性上盘能承受高速研磨中的高速高压，但镜盘必须装得正。 球面研磨对镜盘的考虑 刚性上盘 胶球模轴向定位基准要符合，切削、粗磨厚度控制的基准面以及高速研磨中准球心所需要的基准面（假如镜盘装在主轴上） 承座（定位孔）轴线与球面法线重合、深度一致； 球面研磨对镜盘的考虑 曲率半径与被粘结面曲率半径要合理 承座（定位孔）与胶球模轴向基准面间的相对尺寸一致，并有消气孔。 粘结胶程度足够；粘结面积足够；粘结温度合适。 三、对
7、切削工序的要求 一是 切削出的球面面形要规则，曲率半 径要达到工艺规定 的公差范围； 二是 表面粗糙度要符合粗磨的要求； 三是 要去除一定的余量 ， 保证将毛坯杂 质层去除干净 。 如果镜片抛光后合格率降低 ， 检查切削面的面形精度也许会找出问题的症结 。 切削设备精度 工件轴全跳动： 3um 磨轮轴全跳动： 3um 工件轴母线精度 :1um 工件轴移动精度 :3um 工件 、 磨轮轴面等轴度： 1um 对球面来讲 ， 既不产生非球面度 ， 同表 面又不会产生超 菊花纹和过深碎裂层 。 四、粗磨工序的要求 获得合理的粗磨表面结构对精磨过是极其重要的 ,它直接影响着精磨效率及其加工质量。粗磨表面
8、的性质可由宏观的和微观的表面不规则性来表示。 宏观不规则性是由磨削过程中磨具的偏差引起的 ,在精磨中通过选择合适的抛光模材料能大大减少这种宏观不规则性。 微观不规则性是由玻璃磨削的本质决定的。 表面结构对精磨过程的影响 玻璃磨削后留下凹凸层和裂纹层，抛光工序的效率就取决于这两层的性质。一般的错误概念是认为抛光时粗磨表面的凹凸层越小越好，这是忽略了粗磨表面的微观结构对抛光过程的作用。抛光模，特别是热固性塑料模，在抛光过程中易于钝化而失去抛光能力。而凹凸层有利于减少或消除这种钝化现象。 表面结构对精磨过程的影响 抛光过程基本上可分成两个阶段，第一阶段去除凹凸层，第二阶段去除裂纹层。 第一阶段开始时
9、，抛光模和玻璃的凹凸层顶峰接触，压强很大，而凹谷为抛光液进入整个表面又提供了良好的条件，因此抛光十分迅速。随着抛光过程的继续，接触面积增大，压强减小，抛光液的附着能力降低，使抛光过程减慢。 表面结构对精磨过程的影响 当抛光面达到裂纹层时，玻璃表面同抛光模表面全部接触，抛光过程趋于稳定缓慢，而抛光模开始钝化，抛光继续，钝化加剧，抛光效率进一步下降。钝化程度随过程的持续时间而定，而持续时间直接决定于裂纹层的深度。 这个凹凸层厚度的最佳值主要由抛光模材料的性质，以及与这个材料配合使用的抛光剂而定，其他因素还有主轴转速、压力和抛光液的进入能力等。 表面结构对精磨过程的影响 采用不同的粗磨方法，或者在同一方法中随磨具的钝化程度、冷却的润滑状态不同，所得的裂纹层也不同。实践证明，用钝化了的金刚石磨具加工的工件，虽然凹凸层较小，但裂纹层却很深。 因此，不光要考虑凹凸层对抛光的影响，同时也要把裂纹层的深度作为粗磨工序的重要指标来考虑。
