第9章 透镜的精磨

第九章透镜的精磨概述精磨的目的：使零件表面的凹凸层深度和裂纹层深度进一步减小；获得所需的尺寸精度。精磨的机理精磨的分类散粒磨料固着磨料常用术语镜盘粘结模贴置模精磨模高速精磨的主要方式及特点古典法准球心法范成法平摆式：磨盘轴做主动回转运动，镜盘摆动同时做随动运动。压力方向始终竖直向下，工件表面的压力为变化值。准球心法是用成型的磨具加工，零件的表面形状和精度依靠磨具的形状和精度来保证。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。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，其磨具刃口轨迹的包络面形成零件的表面形状。第一节光学零件的上盘一、球面零件上盘1.弹性上盘制作火漆团加热工件放火漆团放工件于贴置模放粘结模冷却特点：以被加工面为基准，粘结模简单，通用性大，缺点是不能承受高速高压工艺条件，工房间温度梯度不能太大。注意事项：粘结模温度不宜过高；粘结模要放正；可用专用装置的粘结模以确保精度。2.刚性上盘加热粘结模贴粘结纸粘贴工件冷却特点：过程简单、粗磨可以成盘加工，能承受较高速度和压力；以粘结面为基准面。粘结模专用性强，加工模具成本高。注意事项：工件在承座上要放正；工件间胶层厚度要均匀一致。3、弹性上盘镜盘设计主要设计粘结模上零件可以放多少圈？每圈可以放多少个？镜盘的半张角，口径及矢高？二、平行平面上盘1.松香蜂蜡胶上盘法粘结模擦洗加热涂胶放工件加压粘结模擦洗放工件洒粉状胶加热特点：操作简便；平行度精度不高，也不适用面形精度要求较高的薄片。平行度误差与粘结模材料，胶层厚度，粘结面平行度有关。注意事项：1.粘结模表面不应有毛刺或局部突出点；2.粘结模加热程度以能融化粘结胶，达到均匀流布为准，不宜温度过高；3.粘上工件后，应避免冷风直吹工件或玻璃粘结模；4.不要用冷物体接触热工件；5.工件应避免受力不均匀或局部受力；6.工件升温和降温都不宜过快。2.点胶上盘法加热工件排列胶点冷却擦洗待加工面置于贴置模上放粘贴模冷却特点：可获得较好的面形（N=0.5）和平行度（θ=30″），缺点是承受不了高速高压的加工条件，怕震动、易走动，室内温度梯度不能太大。注意事项：1.胶条分布应以使表面个区域受力均匀为原则；2.粘结模加温至能熔化胶点即可，不宜过高；3.易腐蚀玻璃应尽量避免用此法上盘，或有可靠的保护措施后再用；4.加工过程中，应避免剧烈震动和温度剧变，以免引起脱胶或走动。3.浮胶上盘法（假光胶）特点：工件和粘结平板都不需要加温，工件可获得较好的面形精度（N≤0.5）和平行度（θ≤10″），缺点是承受不了高速高压的加工条件，变热易走动。冷却粘结模擦洗熔胶滴胶放工件注意事项：1.粘结平板的平面度及平行度要好，表面不应有局部突出点，一般以抛光的玻璃平板为宜；2.粘结胶加热至融化即可，不宜温度过高；3.用此上盘法返修工件时，如工件厚度一致，可不必要细磨，为避免粘结胶滴落在返修面上，可用吸管滴胶。4.光胶法上盘特点：工件和粘结平板都不需要加温，工件可获得很高的面形精度（N＜0.5）和平行度（θ＜5″），缺点是对光胶面表面疵病等级有一定影响，怕剧烈震动和急冷急热。注意事项：当光胶面间有气泡，白点而不易光胶时，切勿用力过度，勉强光胶，以免损伤抛光面，或薄片下盘后使光圈变形。光胶面擦洗加压置光胶垫板防水涂层5.平行平面镜盘设计(a)Dj=(2m-1)d+2(m-1)b(b)Dj=2[(m+a)d+(m-1)b]a=(0.134d+b)/1.732d(c)Dj=2[(m+c)d+(m-1)b]c=(0.293d+b)/1.414d三、棱镜上盘1、夹模上盘弹性法刚性法加热夹模加热零件冷却排列零件粘火漆条放夹模特点：操作简单、但只适合中低精度零件、对形状复杂的零件有一定局限性。注意事项：表面不应用局部突出部分；火漆条要均匀一致；温度适中；加工时避免撞击。2、石膏上盘放托置平模加工面清洗洒木屑放橡皮圈倒石膏浆置贴置模上凝固特点：通用性强，角度精度不高，需要保护抛光面。注意事项：棱镜抛光面要保护；石膏浆加水适量。3、光胶上盘特点：工件可获得很高的角度精度。缺点要求有较高精度的光胶工具，操作有一定难度，对表面疵病要求高的棱镜、其光胶面有一定的局限性，光胶盘怕剧烈震动和急冷急热。注意事项：当光胶面间有气泡，切勿用力过度，勉强光胶，以免损伤抛光面。应重新擦拭，检查光圈。光胶面间如有白点，说明未擦拭干净。光胶工具擦洗光胶工具到垫板置光胶垫板棱镜置工具光胶面4、靠体上盘以靠体的角度精度和平行差来保证工件的精度。光胶——角度精度和平行差要求高精度时采用；松香蜂蜡胶粘结——中等精度零件采用。第三节球面金刚石精磨模1、金刚石精磨片（1）形状及尺寸名称金刚石粒度浓度结合剂精磨片金刚石(JR)W40,W28100～50Q粗精磨用W20,W1475～50W14,W1050～35细精磨用超精磨片W10,W7,W550～25S超精磨用精磨模曲率/㎜10～20＞20～30＞30～50＞50～150＞150～∞精磨模面积/㎝²6～25＞25～50＞50～150＞150～1350＞1350精磨片尺寸/㎜φ(4～6)×3φ(6～8)×3.5φ(8～10)×4φ(10～12)×4.5φ(15～18)×5精磨片参数精磨片尺寸（2）粒度：W28（W20）；W7（W5）（3）精磨片浓度：30-50%，以45%最佳（4）结合剂：硬青铜结合剂（用于高精度零件，寿命长）；软青铜结合剂（用于加工大而薄零件）；钢结合剂（耐磨，质量稳定）；树脂结合剂。硬度要与金刚石磨钝速度与玻璃的抗磨硬度相匹配。2、球面金刚石精磨模的结构形式球面金刚石磨具结构球面金刚石精磨模的曲率半径一般原则：第一道精磨后光圈比抛光后低３－４道；第二道精磨后光圈比抛光后低１－２道。精磨模与镜盘的相对位置与尺寸γjm=KγjK—精磨模口径与镜盘的口径之比3、精磨片在夹具上的分布jmjmPhZHAZAPZ—精磨片的总数目AP—精磨片的表面积Hjm—精磨模的矢高hjm—精磨片的矢高精磨片的覆盖比磨具半径/mm1010～3030～5050～120120精磨覆盖比/%100～5560～4045～3540～2025超精磨覆盖比/%100～6065～4550～4045～2530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、精磨片在夹具上的分布球面磨具上排列原则：精磨片在球面夹具上的分布必须使得精磨模在使用过程中的磨损规律符合“余弦磨损”。排列方式：中间疏，边缘密。(同心圆、螺旋线)平面磨具上排列原则：均匀磨损排列方式：中间密，边缘疏。精磨片的粘结成分及比例固化条件特性温度时间502胶室温几秒钟固化12h～24h后强度最高固化快，使用方便，但不耐冲击。HY-914粘结剂室温1h变硬，3h完全固化使用方便，粘结强度高。环氧树脂E-44，10g650聚酰胺5g～8g室温1200C24h3h粘结强度高，但脱模较难。环氧树脂E-44100%邻苯二甲酸二丁酯4～8%乙二胺7%～15%室温1000C3天3h粘结强度高，但脱模较难粘结剂与固化时间注意事项1）粘结面一定要用乙醇或丙酮等有机溶剂很好地脱脂清洗；2）粘结面不宜太光滑，粘结剂不宜用量太多；3）粘结精密片时需要施加一定的压力，一般用标准曲率半径的模具压模控制面型；4）粘接剂固化后，可在精磨片之间涂一层石蜡或其它保护漆，以防水或冷却液侵蚀粘结剂使精磨片脱胶。5、金刚石精磨模的修整修改球模时：凹凸模对磨，凹模在上，曲率半径变小；凸模在上，曲率半径变大。修改平模时：两模误差同号时，顶针放正、振幅中等；两模误差异号时，中心凸起在上，凹下在下，顶针偏离大。二、表面粗糙度及加工余量初始表面粗糙度分类粗精磨(μm)精精磨(μm)超精磨(μm)好表面粗糙度加工余量1.6-0.40.04-0.060.4-0.10.01-0.020.05-0.0250.005-0.01差表面粗糙度加工余量3.2-0.80.06-0.080.8-0.20.015-0.030.1-0.0250.01-0.02三、常见疵病及产生原因名称产生原因划痕1.磨片中混有大颗粒金刚石；2.磨片结合剂与被加工的玻璃不适应；3.冷却不充分或冷却液有杂质；4、磨片钝化。麻点1.加工余量不够，或初始表面粗糙度匹配不好；2.光圈匹配不当，局部磨削量不够。光圈稳定性差1.磨片耐磨性差；2.磨片排列不合理；3.磨盘与镜盘口径匹配不当。光圈不规则磨盘不规则或基体刚性差表面粗糙度差1.磨片粒度太粗；2.冷却液的化学自锐性差工件破边或脱落1.上道工序光圈太低；2.主轴的径向跳动太大；3.粘结不牢。第三节工艺参数对球面高速精磨的影响一、机床的影响曲率半径/mm1010～5050～120120精磨最大线速度/(m/s)超精磨最大线速度/（m/s）1～41～33～82～75～104～85～156～12曲率半径与最大线速度的关系曲率半径/mm1010～5050～120120精磨压强/104Pa超精磨压强/104Pa10～152～55～151.5～53～101～42～70.7～3曲率半径与压强的关系二、精磨模的影响三、冷却液的影响四、初始表面的参数对精磨的影响玻璃的可磨性分类工序粗精磨精精磨超精磨差表面粗糙度（Ra）/um加工余量/mm1.6～0.40.04～0.060.4～0.10.01～0.020.05～0.0250.005～0.01好表面粗糙度（Ra）/um加工余量/mm3.2～0.80.06～0.080.8～0.20.015～0.030.1～0.0250.01～0.02五、加工时间的影响曲率半径/mm1010～5050～120120精磨时间/min超精磨时间/min0.5～10.3～0.70.25～0.70.7～1.50.5～11～21～31.5～3第四节古典法精磨工艺一、磨料金刚砂（玻璃及软质晶体）人造碳化硼（硬质晶体）精磨最粗粒度302，最后一道为W14（玻璃）；W10或更细（晶体）。二、精磨模材料铸铁HT20-40；黄铜H62；（较细，但易磨损）硅黄铜HSi:80-3硬质玻璃常用４５＃钢，软质晶体用玻璃板做模具；大平板可铣出沟槽。三、每道磨料的加工余量能迅速除去上一道磨料的粗糙表面，从而得到均匀的精磨表面。)(2.11nnMMMn：第N号磨料磨削后的破坏层深度Mn-1：比N号更细一号磨料磨削后的破坏层深度四、影响精磨模表面曲率半径精度的工艺因素精磨模与镜盘的相对尺寸上模小于下模摆幅的大小平模：上模摆动距离为下模直径的０.４５～０.６５；球模：上模摆动角度为下模张角的０.４～０.５５。顶针前后伸缩平面：偏离量为振幅大小的０～０.１；球面：０～０.４。主轴转速与上模摆速比平面：主轴转速为摆幅的０.４～０.８；球面：１～１.２５。五、精磨注意事项1.磨料粒度要均匀，它是精磨质量好坏的关键之一；2.每次加磨料时要均匀散开，不宜成团填加；3.磨料悬浊液不应太稀或太稠，否则易出划痕；4.每次更换磨料时，工具及镜盘应涮洗干净，机器台面也应擦拭干净；5.精磨完毕，应用放大镜检验表面有无砂眼和划痕；6.应经常检验精磨面的曲率半径或平面度，发现变化较大时，应及时修整磨具。六、常见疵病及产生原因表面疵病产生原因划痕1.磨料中混有超出规定的大颗粒；2.磨料悬浊液添加的太稠或太稀；3.模具表面嵌有大颗粒磨料或坚硬异物；4.工作环境不干净粗砂眼1.精磨时间不够；2.砂号选择不当；3.上道砂磨后的面形不合适塌边1.磨料添加不均匀；2.磨料堆积在镜盘边缘面形不和要求1.磨具表面形状不合要求；2.磨具和镜盘的相对位置，速度不当作业:镜盘设计镜盘设计时，实际测得零件口径d=30mm(即包含了加工余量)；零件之间的间隙b=1.5mm