光学零件加工(总).ppt

光学零件加工技术 概述 光学零件加工技术 光学零件加工技术 光学零件加工技术 光学零件 按形状分 透镜 棱镜 光学零件加工技术 平面镜 工艺条件特殊零件加工形状特殊 材料特殊 第一章光学材料 一 光学材料的种类光学玻璃 光学晶体 KDP类型晶体 第一章光学材料 光学塑料 光学玻璃 是光学设计最常用的光学材料 为满足光学设计对多种光学常数 高度均匀性 高度透明性及化学稳定性的要求 应具有复杂的组成和严格的熔炼过程 第一章光学材料 一 光学玻璃与普通玻璃的区别 折射率 普通玻璃的组成 SiO2 Na2O CaO光学玻璃的组成 成分复杂现代光学玻璃所含元素几乎遍及化学元素周期表 每一种光学玻璃都要由硅 磷 硼 铅 钾 钠 钡 钙 砷 铝等多种氧化物组成 高度透明 高度均匀性 各点各处的光学常数和其它一些物理化学性质一致 第一章光学材料 二 光学玻璃的种类按主要组成成份分 以SiO2为主要成分的光学玻璃 称之为硅酸盐玻璃 占95 以B2O3为主要成分的光学玻璃 称之为硼酸盐玻璃 以P2O5为主要成分的光学玻璃 称之为磷酸盐玻璃 硅酸盐玻璃是制造透镜 棱镜等光学零件的主要材料 二 物质的玻璃态物质按结构分晶体和非晶体 玻璃态的特点 物质内部氧化物的元素以元素的离子状态存在 它们之间的排列是没有规律的 无固化点和融化点 第一章光学材料 玻璃态 玻璃在低温固态下仍保留了高温液态的无定形结构 又称过冷却液体 三 玻璃的物理特性 各向同性 指玻璃内部沿任何方向测得的物理性能 如折射率 热膨胀系数 硬度等 都是同值 各向异性 沿任何方向测得的物理性能都是不同值 介稳状态 在一定条件下 物质可能处于相对稳定的状态 但不是能量最低储存状态 叫介稳状态 说明玻璃有像晶体转化的趋势 第一章光学材料 玻璃从熔融状态向固态转化是连续可逆的 玻璃无固化点和熔化点 第一章光学材料 四 玻璃的结构 一 无规则网络学说认为 1932年荷兰查哈里阿生1 内容 玻璃的原子 离子 或原子团之间的结合 构成一个连续的网络体 网络体呈现出很大的不规则性 2 一元体系玻璃特性 一元体系玻璃结构 例如 SiO2晶体 石英晶体玻璃 熔石英玻璃 第一章光学材料 由一个硅原子和四个氧原子构成的硅氧四面体 SiO4 熔石英玻璃和石英晶体的结构模型如下石英晶体熔石英玻璃 第一章光学材料 化学结构式 由于在熔石英玻璃结构中 只有Si 0键 且键力平衡 结合牢固 因此 熔石英玻璃具有较高的软化温度 化学稳定性 机械强度高以及较低的热膨胀系数等特性 第一章光学材料 3 二元体系玻璃 Na2OSiO2化学结构式 第一章光学材料 二 晶子 学说1921年苏联列别杰夫内容 玻璃由无数 晶子 组成 所谓 晶子 不同于一般的 微晶 而是带有点阵变形的有序排列区 它们分散在无定形介质区 从晶子区到无定形区的过渡是逐步完成的 两者之间并无明显的界限 强调 远程无序 近程有序 第一章光学材料 1 2无色光学玻璃一 光学玻璃的组成光学玻璃是由多种氧化物组成的 这些氧化物分为两大类 一类氧化物是能生成玻璃网络结构的氧化物 如SiO2 B2O3 P2O5等 属AO2 A2O3 A2O5型氧化物 称之为玻璃形成体或玻璃网络体 另一类氧化物 不能生成玻璃的网络体 只是插入玻璃的网络结构中间 如Na2O K2O CaO BaO PbO等 属于A2O AO型氧化物 他们称之为玻璃的网络外体 第一章光学材料 例如 K9的成分由SiO2 69 13 B2O3 10 75 K2O 6 29 Na2O 10 40 As2O3 0 36 BaO 3 07 加入氧化铝 Al2O3 能提高光学玻璃的化学稳定性和机械强度 加入氧化铅 PbO 和氧化钡 BaO 可增大光学玻璃折射率 但化学稳定性降低 加入氧化钠 NaCl 使光学玻璃化学稳定性和机械性能变差 但可降低熔炼温度 等等 第一章光学材料 二 无色光学玻璃的分类及命名 牌号 大都采用拉丁字母作为品种的标志 在品种标志之后附有牌号的标志 1 分类划分界限 按光学玻璃折射率和阿贝数的大小将其分为冕牌玻璃和火石玻璃两大类 例如 德国规定nd 1 6 d 50为冕牌类 其余则为火石类 日本规定nd 1 6 d 55为冕牌类 其余则为火石类 我国光学玻璃标准规定 将玻璃分为2大类 用K代表冕牌玻璃 F代表火石玻璃 每一大类又进一步按nd及 d分为18个品种 第一章光学材料 冕牌玻璃 8个 火石玻璃 10个 第一章光学材料 2 牌号 ZF9 1 99 其中F 种类 ZF 品种 ZF9 牌号同一品种玻璃 它的折射率大致相同相差不多 三 无色光学玻璃的质量指标 七项 一 折射率 色散系数的允差及一致性折射率 表示光在空气中的传播速度与在玻璃中的传播速度之比 n C V nd nF nc 色散系数 不同波长的光经过折射后 出射点不同 用中部色散nF nc衡量 第一章光学材料 nd d的允差 允许差值 分0 1 2 3 4四类例如 K9 nd 1 51630类K9的nd 1 5158 1 5168 nd d的一致性同一批玻璃中要控制nd d的差值不能过大 分A B C D四级 第一章光学材料 例如 K9 nd 1 51630类A级时nd的大小0类 1 5158 1 5168A级 1 51625 1 516350类A级去它们交集 选取时 小批量生产时 高级照相机物镜和高倍的望远镜物镜可选用 nd为1 3类和 d为2 3类玻璃 大批量生产时选用均为1 2类的玻璃 对于望远镜的第二组分和光焦度不大的透镜 目镜 会聚光路上的棱镜 可用 nd和 d均为3 4类玻璃 保护玻璃 分划板 毛玻璃 反射镜 聚光镜 场镜 平行光路中的棱镜级弯月透镜 对玻璃的 nd和 d不做要求 第一章光学材料 二 光学均匀性1 定义 同一块玻璃中 各部分折射率变化的不均匀程度 依据 0的比值 分1 2 3 4四类 01 0 1 1 1 2 1 5根据光学系统选择均匀性 提高分辨率和高像质观察仪器的物镜 如高精度干涉仪 天文仪 测地仪 准直仪和显微镜等应用光学均匀性第1类的玻璃 制作精密的望远镜 瞄准镜 观察镜以及具有高分辨和高像质的复制镜 用2 3类玻璃 对普通的照相物镜 应使用第3 4类玻璃 第一章光学材料 对望远物镜的第二组分 广角物镜的弯月透镜 位置靠近像平面的光学零件 场景 分划板 棱镜 均可采用第4类玻璃 对于有一面为毛面的分化镜 均匀性不作规定 对于保护玻璃 棱镜和滤光镜 其玻璃的均匀性要求可与其位置靠近的零件的均匀性要求相同 三 应力双折射按o光 e光通过每1cm厚的玻璃产生的光程差大小分1 1a 2 3 4五类nm cm2 6 10 20 50以毛坯光程差最大方向之最大部分测的为准 第一章光学材料 选取原则 干涉仪和天文仪 只能使用双折射为第1类的玻璃 对于高精度的望远镜 准直镜和复制显微镜的物镜以及反射镜 玻璃的应力双折射应该是第2 3类 照相物镜使用双折射第3 4类玻璃 聚光镜 普通仪器的目镜 放大镜采用双折射第4 5类玻璃 四 光吸收系数EE 表示白光通过1cm厚的玻璃所吸收的光通量与进入该玻璃光通量之比 E 0 015 1 5 第一章光学材料 分00 0 1 2 3 4 5 6八类 选取原则 凡是与空气临接面较多 玻璃内光程长度较短 20 50mm 的复杂系统 光的主要损失是反射 因此 这种系统中以及较薄的光学零件 应采用4 6类玻璃 玻璃内光程较长的零件 棱镜 天文和照相仪器的透镜 光的透过系数的降低主要是光的吸收造成的 因此这类零件应选用00 3类玻璃 五 条纹度按检验条件分00 0 1 2四类 按观察方向分A B C三级 第一章光学材料 选取原则 对于具有极限分辨率和高像质的干涉仪 天文仪 平行光管以及显微镜的物镜必须采用C级0类玻璃 对于目镜 聚光镜 毛玻璃用的玻璃可选用条纹第2类的玻璃 六 气泡度首先按所含最大气泡的直径分为0 1 2三类 并按每100立方厘米玻璃内允许含有的气泡总截面积 平方毫米 分为A00 A0 A B C D E七级 第一章光学材料 选取原则 对于位置靠近或处于像平面上的零件 其材料不允许有气泡 应使用第0类玻璃 大倍率观察仪器的分划板 分度盘 平行光管 分辨率板 应采用0类和1类玻璃 照相物镜 双筒望远镜和大地测量仪器的物镜 允许选用2类D E级玻璃材料 在望远镜和大口径照像物镜中允许气泡度为E级 第一章光学材料 1 3有色光学玻璃 第一章光学材料 能选择地透过特定波长的光线 1 作用 透过连续光谱中一定宽度的光谱范围的光线 均匀地减弱白光的光谱等 2 组成 是在基本的无色光学玻璃成分中 加入少量着色剂而成 一 离子着色选择吸收玻璃着色剂在玻璃中呈离子状态 称离子着色选择吸收玻璃 简称离子着色玻璃 离子着色剂 通常采用金属钴 镍 钼 锰 铬 钛 铜的氧化物 第一章光学材料 种类 透紫外线玻璃 ZWB 紫色玻璃 ZB 青色 蓝色 玻璃 QB 绿色玻璃 LB 透红外线玻璃 HWB 防护玻璃 FB 透紫外线白色玻璃 BB等 二 中性玻璃特点 在可见光区域内能比较均匀地降低光源的光强度 而不改变其光谱成分 作用 主要是做中性滤光片 减光镜 牌号 AB1 AB2 AB3 AB10等 第一章光学材料 三 硒镉玻璃着色剂是采用硒化镉和硫化镉 故称硒镉玻璃 由于着色剂在玻璃中呈胶态 亦称胶态着色玻璃 品种 红色 HB 金色 JB 橙色 CB 1 硒镉玻璃 2 离子着色选择吸收玻璃 3 离子着色中性玻璃 第一章光学材料 1 4特种光学玻璃 一 耐辐射光学玻璃加入多价离子做抑制剂 二氧化铈 CeO2 就是抑制剂之一 牌号 例如K609 Kn09以K9玻璃为基底耐辐射能力为10 伦琴 而且还保持K9玻璃的光学常数和其它性质 二 防辐射光学玻璃目前我国使用的防辐射玻璃是含铅 含钡量高 密度大的ZF1 ZF6 ZF7玻璃 第一章光学材料 三 透红外和透紫外玻璃目前 国内外红外光学材料发展的重点是适用于1 3 m 3 5 m和8 14 m波段的光学材料 1 光学石英玻璃含SiO299 9 即可以透红外线 又能透过紫外线 牌号 JGS1 JGS2 JGS3 光谱特性 0 2 4 7 m 2 铝酸钙玻璃以CaO Al2O3为主要成分透过波长 1 1 5 m 牌号 HWC31 第一章光学材料 3 高硅氧玻璃含SiO2达96 其性能接近于石英玻璃 它的膨胀系数小 软化温度高 化学稳定性好 熔制温度比石英玻璃低得多 四 石英玻璃1 优良的光谱特性 在0 2 4 7 m光谱范围内 2 耐高温 热膨胀系数小 它的熔化温度在1713 以上 软化温度是1580 10 3 化学稳定性好 耐碱性差 4 机械性能高 五 光学功能材料激光 电光 声光 磁光等光学功能材料 第一章光学材料 1 5微晶玻璃一 结构介于玻璃与晶体之间 玻璃陶瓷 按Li2O Al2O3 SiO2做系统的玻璃 在玻璃内部各处形成晶核 经历两个阶段 形成晶核的玻璃在晶体生长过程中逐渐转变为陶瓷 微晶玻璃与普通玻璃的区别主要是具有结晶的结构 而与陶瓷的主要区别是 它的结晶结构要比陶瓷细得多 第一章光学材料 二 微晶玻璃的性能1 热膨胀系数小温度 160 范围内 热膨胀系数均很小 室温膨胀系数接近于零 2 强度大微晶玻璃比普通压延玻璃的强度高八倍 3 硬度高 比重小硬度比熔石英玻璃高 比重小 约为2 44 2 62 比铝还轻 4 稳定性极高它比目前使用的其它反射镜材料都好 三 应用平晶 标准米尺 大型反射镜 激光制导陀螺等 第一章光学材料 1 6光学晶体一 概念晶体是具有格子结构的固体 定义 晶体的结构与玻璃不同 即构成晶体内部的质点 原子和离子 是以点阵的形式在三度空间作有规律的 重复的排列 构成所谓的格子结构 格子结构 空间格子中的点 称为结点 结点在直线上的排列称为行列 结点在平面上的分布称为面网 在三度空间中 空间格子的最小单位称为平行六面体 第一章光学材料 实际晶体的最小单位称为晶胞 组成晶体多面体外形的平面称为晶面 两个晶面相交而成的直线称为晶棱 三条晶棱会聚的点称为角顶 晶胞三个棱的方向称为晶轴 晶体分为三大晶族 七大晶系 光学晶体多属中级和高级晶族的晶体 如石英晶体是属中级晶族中的六方晶系 萤石是高级晶族 属立方晶系 二 晶体的基本性质 一 均匀性晶体内部质点性质和排列方式都是相同的 第一章光学材料 二 各向异性晶体内部不同方向上质点性质不同 排列方式也不同所引起的 三 对称性晶体光轴为对称轴单轴 四 自范性 自限性 晶体具有自发地形成封闭集合多面体外形的性质 五 最小内能行及稳定性 第一章光学材料 三 光学性质 一 双折射与晶体结构对称程度有关 二 旋光性当平面偏振波沿光轴方向传播时 偏振面旋转一定角度的现象 三 吸收性和多色性吸收性 各项异性 多色性 除等轴晶体外 同一晶体的不同方向上呈现出不同的颜色 第一章光学材料 四 力学性质 一 解理解理性 指晶体在外界定向机械力的作用下 按着一定的方向分裂成光滑平面的能力 解理面 因解理而成的平面 断口 依一定方向破裂而成的凹凸不平的表面 二 硬度硬度 表示物体对外来机械侵入所表现的抵抗能力 测定方法不同 硬度的标准也不同 对晶体最常用的是莫氏硬度 第一章光学材料 磷灰石 正长石 滑石 第一章光学材料 旧莫氏硬度 10种 滑石 石膏 方解石 萤石 磷灰石 正长石 石英 黄玉 刚玉 金刚石 新莫氏硬度 15种 滑石 石膏 方解石 萤石 磷灰石 正长石 熔融石英 石英 黄玉 石榴石 碳化锆 刚玉 碳化硅 碳化硼 金刚石 五 晶体的溶解度晶体的溶解度表示在一定的温度下 该晶体在100g水中所能溶解的克数 第一章光学材料 六 分类及应用 一 按晶体的用途分类1 紫外 红外晶体有石英 SiO2 萤石 CaF2 氟化锂 LiF 岩盐 NaCl 硅 Si 锗 Ge 等 石英 第一章光学材料 萤石晶体 岩盐 第一章光学材料 2 偏振晶体常用的偏振晶体有方解石 CaCO3 石英和硝酸钠 硝石 等 方解石 第一章光学材料 3 复消色差晶体利用晶体特殊的色散特性制造复消色差物镜 如萤石与玻璃组合制成复消色差系统 可以消除球差和二级光谱 4 激光晶体可用作固体激光器的工作物质 如红宝石 氟化钙和钇铝石榴石等 刚玉 石榴石 第一章光学材料 二 按硬度和工艺方法分类1 硬质晶体硬质晶体的硬度比玻璃高 玻璃的莫氏硬度约为6 石英晶体 红宝石 钇铝石榴石等 莫氏硬度在7 9之间 2 软质晶体大部分光学晶体均属软质晶体 莫氏硬度为2 4 常用的软质晶体有萤石和方解石等 3 水溶性晶体水溶性晶体的种类很多 例如氯化钠 氯化钾和ADP 磷酸氰氨 KDP 磷酸氰钾 等 第一章光学材料 1 7光学塑料一 光学塑料的组成及种类 一 组成在树脂中添加增强剂 增塑剂 稳定剂和润滑剂等 塑料的基本性质 主要取决于树脂的性质 添加剂对改善塑料的性能起着重要作用 第一章光学材料 二 分类光学塑料按其性质分为 热塑性塑料 是线性分子链结构 热固性塑料 是网状分子链结构 1 聚甲基丙烯酸甲酯 PMMA 高度透明 对可见光的透过率高达92 并能透过73 的紫外光 它的折射率为1 492 与冕牌玻璃相近 故称王冕塑料 缺点 表面硬度低 易划伤 优点 冲击强度高 不易碎 质轻 价格低 已成型 成型方法 浇注成型法 注射成型法 机械加工成型法 热成型法 第一章光学材料 2 聚苯乙烯它的折射率为1 591 与火石玻璃相近 故称火石塑料 缺点 强度低 耐热性差 优点 自由着色 无臭无味无毒 吸湿性小 3 烯丙基二甘醇碳酸脂 CR39 是目前使用的唯一的热固性光学塑料 通常采用浇铸成型 缺点 收缩率大 价格贵 优点 耐磨 抗冲击 抗化学腐蚀性强 4 苯乙烯 丙烯酸酯共聚物70 的苯乙烯和30 的丙烯酸酯的共聚物 可调其2者的成份 成份不同折射率不同 第一章光学材料 二 光学塑料的优缺点优点 1 比重小光学塑料的比重在0 83 1 4之间 而光学玻璃为2 5 4 7 2 耐冲击强度高3 透红外 紫外性能好4 耐温度骤变能力强5 易成型 成本低缺点 1 热膨胀系数高 吸水性大2 硬度低 易划伤3 光学常数选择范围有限4 耐溶剂性能差 第二章光学零件加工的技术要求 2 1光学零件及零件图一 光学零件种类1 透镜 第二章光学零件加工的技术要求 2 棱镜 3 平面镜 分划板 度盘 码盘 第二章光学零件加工的技术要求 表面作用 工作表面 有效表面 它用于光的透射 反射 改变光束方向或会聚光线等方面 辅助表面 用于连接 支撑和固定的 又称装夹或安装表面 自由表面 用于零件的夹紧或在完成零件基本加工后 为限制零件的形状和尺寸 去掉多余材料得到的表面 二 光学零件图在光学零件图中要反映以下内容 反映出零件的几何形状 结构参数和公差 反映出对光学材料的质量要求 反映出对光学零件加工精度和表面质量的要求 第二章光学零件加工的技术要求 第二章光学零件加工的技术要求 第二章光学零件加工的技术要求 第二章光学零件加工的技术要求 1 反映零件的几何形状 结构的主要尺寸 1 透镜 表面曲率半径R 曲率中心位置 透镜的中心厚度d 边缘厚度t 透镜外圆直径D 有效孔径D0 倒角的位置 角度和宽度等 倒角分工艺性倒角和装配性倒角 o1 o2 第二章光学零件加工的技术要求 2 棱镜 棱镜各面间的夹角 棱镜的厚度和高度 倒角和成形截面的位置 角度和宽度等 2 对光学材料质量指标和光学零件加工的要求 1 光学材料质量指标7项 第二章光学零件加工的技术要求 2 光学零件加工要求 透镜光圈数N 局部光圈数 N 中心偏差C 样板精度 R 表面疵病等级B 光学零件的气泡度q 棱镜N N B q 光学平行差 角度误差 两相同角度差值 如 45 尖塔差 平行平面的平行度公差 屋脊棱镜的双象差 有效孔径 第二章光学零件加工的技术要求 3 其它技术要求如镀膜 刻划及某些面的粗糙度要求等 增透膜外反光膜内反光膜分光膜滤光膜防水膜保护膜光热膜感光膜 第二章光学零件加工的技术要求 2 2光学玻璃的要求一 对折射率和色散系数的要求五类四级二 对光学均匀性的要求四类三 对应力双折射的要求五类四 对光吸收的要求八类五 对条纹度的要求四类3级六 对气泡度的要求三类7级 第二章光学零件加工的技术要求 2 3对光学零件的要求一 对光学样板的要求 R 光学样板半径所允许的半径偏差 R 根据其大小分为A B两级 它不仅能检查R的大小 还能检查 R的变化 第二章光学零件加工的技术要求 二 对光圈数N和局部光圈 N的要求零件表面与样板表面之间存在的偏差 用两表面间空气隙所产生的干涉条纹数N和 N表示 N表示整个表面的面形偏差 N表示零件表面的局部偏差 N1 3 N1 0 3N2 2 N2 0 2 第二章光学零件加工的技术要求 第二章光学零件加工的技术要求 三 对透镜中心偏差的要求C1 定义 指透镜外圆的几何轴与光轴在曲率中心处的偏离量 用C表示 中心偏差会使轴上象点产生慧差 象散等象差 第二章光学零件加工的技术要求 四 对透镜的厚度公差和空气间隙的要求厚度公差的最小单位 0 01 空气间隙 第二章光学零件加工的技术要求 五 对表面疵病的要求光学零件的表面疵病 系指抛光后的光学表面存在的麻点 划痕 开口气泡和破边等 用符号B表示 六 对光学零件气泡度的要求标注方法有三种 1 只规定气泡大小 不限数量 如q 0 01 表示整个表面只允许直径小于0 01mm的气泡 数量不限 第二章光学零件加工的技术要求 2 分区限制气泡的大小与数量如q 2 0 10 0 01 3 0 02 5 小于 2mm 不允许有气泡 2 10mm d 0 01mm的气泡 少于3个 10mm以外 d 0 02mm的气泡至多5个 3 限制在一定面积内 所允许的气泡总面积如q 0 5 7 又如q 0 6 D0 第二章光学零件加工的技术要求 七 棱镜的制造公差棱镜的制造误差包括 平面制造误差 外形尺寸误差和角度制造误差 重要控制等效平行玻璃板的平行差 在光轴截面方向的偏差称为第一光学平行差 用 表示 垂直光轴截面方向上的偏差称为第二光学平行差 以 表示 第二章光学零件加工的技术要求 八 平板零件平行度公差九 光楔角度公差 第二章光学零件加工的技术要求 2 4加工余量一 基本概念概念 为了获得所需的一定零件形状 尺寸和表面质量 在加工过程中 必须从玻璃毛坯上磨去一定的玻璃层 此玻璃层 或其它材料层 通常称为加工余量 二 分类 一 线性尺寸余量 二 角度余量三 组成 1 锯切余量 依据金刚石锯片厚度确定余量 第二章光学零件加工的技术要求 2 滚圆余量 2 4mm 3 整平余量 0 5 1mm 4 厚度和平行度修磨余量1mm 面 棱镜 平面镜 5 粗磨余量 6 精磨抛光余量 7 定中心磨边余量 第二章光学零件加工的技术要求 四 确定加工余量的原则破坏层n 凹凸层 裂纹层抛光后 裂纹深度小于 4 否则发生反射或者折射现象 第二章光学零件加工的技术要求 五 各工序余量的计算1 锯切余量锯切余量与锯片的厚度 侧向振动 锯切深度等因素有关 一般可按经验公式计算确定 式中A 锯切余量 锯片的厚度 锯片转动时的振动余量 当锯切深度B 10mm时 1 5 10 B 65mm时 取 2 0 B 65mm时 取 2 5 第二章光学零件加工的技术要求 2 粗磨余量表面粗糙度达180 砂眼 单面手修余量0 30mm 240 0 20mm 280 0 10mm 第二章光学零件加工的技术要求 3 研磨 抛光余量当零件直径 边长 d10mm 单面余量为0 20 0 25mm 4 定心磨边余量最少0 6mm 最多3 0mm 六 光学零件毛坯尺寸的计算双凸透镜 双凹透镜 弯月透镜 第三章光学零件的毛坯生产 块料毛坯 小批量 毛坯是光学零件的初型 型料毛坯 大批量 棒料毛坯 3 1块料毛坯生产块料毛坯是用玻璃块加工而成的毛坯 主要加工工序有 锯切 整平 划割 滚圆 开球面 一 锯切玻璃的切割主要采用金刚石锯料机 第三章光学零件的毛坯生产 按其进给机构的特点 可分为重锤进给 丝杠进给和液压进给三种 一 重锤进给重锤进给又称弹性进给 锯料机的重锤进给机构工作原理如图 二 丝杠进给丝杠进给又称刚性进给 机构工作原理如图 第三章光学零件的毛坯生产 三 液压进给介于弹性进给和刚性进给之间 液压进给机构传动平稳 适合精密下料 锯切的线性尺寸精度可达0 05mm 角度精度可达5 常用的金刚石锯片有外圆锯料机上用的烧结金刚石锯片 如左图 和内圆切割机上用的电镀金刚石锯片 如右图 两种 第三章光学零件的毛坯生产 二 整平整平是把锯切后的坏料不平整的表面磨平 并修磨厚度和两面的平行度 或修磨角度等 整平的方法 散粒磨料研磨和金刚石磨轮铣磨两种 三 划割常采用金刚石玻璃刀 或滚刀 进行划割加工 第三章光学零件的毛坯生产 四 滚圆圆形零件的毛坯 整平后胶成长条进行磨外圆 称作滚圆 常用方法有 在平磨盘上用散粒磨料滚圆 在外圆磨床上用砂轮磨外圆 五 开球面透镜毛坯的开球面 是将滚圆后的毛坯磨成球面 使其达到零件粗磨完工后的曲率半径和中心厚度的要求 所以开球面亦称粗磨 开球面有两种方法 散粒磨料研磨法金刚石磨轮铣磨 第三章光学零件的毛坯生产 球面曲率半径的检验 金属弧形样板检验贴置模检查擦贴度厚度 用千分尺测量 表面粗糙度 用肉眼观察 无砂眼和擦痕即可 第三章光学零件的毛坯生产 3 2型料毛坯的生产光学玻璃零件的型料毛坯加工方法有 热压成型 浇铸成型等多种方法 热压成型毛坯的主要工艺过程包括 备料 加热 压制成型 退火 一 备料通过计算重量 下料 修选 滚磨等工序 制成热压成型的坯料 二 加热拍型加热是使坯料升温到塑性变形温度 以便软化成型 第三章光学零件的毛坯生产 三 压制成型料软化拍型后 即可送到压力机上的压模内压制成型 根据毛坯直径大小不同 压制时间一般在0 5 3s之间 四 退火退火的目的 为了消除玻璃在热压成型过程中产生的内应力和光学常数的不均匀性 退火可分为粗退火和精密退火两个阶段 第三章光学零件的毛坯生产 1 粗退火粗退火是为了防止刚脱模的压型毛坯因急冷而变形炸裂 粗退火的方式有两种 电炉退火和草灰退火 2 精密退火目的 使同一批玻璃的每块毛坯 达到光学常数的高度一致性 第三章光学零件的毛坯生产 3 3棒料毛坯的生产一 棒料的成型二 用棒料生产毛坯用棒料生产毛坯的一般工艺过程为 切割 开球面 第三章光学零件的毛坯生产 棒料的切割可采用如下方法 1 内圆切割法2 单锯片多棒切割法 第三章光学零件的毛坯生产 3 排锯切割法 第四章光学零件的粗磨 目的 是将块料或型料毛坯加工成具有一定几何形状 尺寸精度和表面粗糙度的工序 粗磨的方式 散粒磨料加工法固着磨料加工法 4 1散粒磨料粗磨散粒磨料粗磨是指用金刚砂和水搅拌而成的磨料在磨盘对玻璃工件进行的粗加工 一 加工原理仿型法 第四章光学零件的粗磨 1 粗磨球模形状 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从粗到细三道磨料加工 第一道磨料粒度的选择要根据加工工件弧高大小而定 单件弧高大于1mm时 第一道磨料粒度粗于180 单件弧高在0 4 1mm时 选用180 磨料 单件弧高小于0 4mm时 选用240 或280 磨料 第二道 第三道粗磨磨料力度选择比第一道磨料粒度要依次减小1 2个粒度号 粗磨完后表面粗糙度要求达1 6 m 相当于W40或W28磨料加工的表面 第四章光学零件的粗磨 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为铸铁 三道磨料不同 三道球模曲率半径也不一样 3 粗磨检验在粗磨过程中应随时检查偏心量和厚度公差 第四章光学零件的粗磨 检验 检验点对凸球面检验环对凹球面凸球面零件 第一道砂完后 中心留2 4mm圆台 第二道砂完后 检验点被磨去自身直径的1 2 2 3 第三道砂完后 检验点消失 查看擦贴度是否达1 2 2 3 凹球面零件 第一道砂完后 检验环宽度大于1mm 第二道砂完后 检验环宽度大于0 3mm 第三道砂完后 检验环消失 查看擦贴度是否达1 2 2 3 第四章光学零件的粗磨 二 散粒磨料研磨机理主要是尖硬的磨料颗粒对玻璃表面的机械破碎去除过程 水解作用是次要的 注意 在加工过程中 首先起作用是粒度较大的磨料颗粒 大致占所加磨料的15 左右 璃被去除的同时 磨盘表面也会有微量的磨损 研磨中水的作用 一是均匀分布磨料的作用 二是冷却作用 三是水解作用 第四章光学零件的粗磨 4 2球面铣削加工铣削加工 又称范成法加工 所谓范成法是利用磨轮刃口轨迹包络面成型球面的方法 是一种固着磨料加工方法 第四章光学零件的粗磨 一 球面铣削原理条件 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 两轴夹角为 磨轮绕自身轴高速旋转 工件绕自身轴低速转动 第四章光学零件的粗磨 二 磨削机理概括地讲 磨削是一种脆性材料的多刀刃切削去除过程 当在金刚石棱尖施加一定的压力 并沿玻璃滑动时 玻璃表面将被破坏 出现一个具有一定宽度和一定开裂角的划痕 同时在划痕下面有一深入玻璃表面内部的裂纹 第四章光学零件的粗磨 4 3球面铣削加工一 磨料 一 种类主要的天然磨料有 金刚石 刚玉 Al2O3 和金刚砂等 常用的人造磨料有 人造金刚石 人造刚玉 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 其莫氏硬度为9 5 9 75 二 粒度磨料的粒度是指其颗粒的大小 分为筛选法和水选法 筛选法 粒度号用一英寸长度上有多少个筛孔数来命名的 如60 粒度 是指一英寸长度上有60个筛孔 依次类推 第四章光学零件的粗磨 水选法 其粒度号表示磨料的实际尺寸 如W20 表示该号微粉的颗粒上限尺寸为20 m 二 磨具 一 金刚石磨具特征标志 1 磨料种类 人造金刚石磨料 标志为JR 天然金刚石磨料 标志为JT 2 粒度 常用80 W5 3 硬度 常用Z 中 ZY 中硬 Y 硬 4 浓度 常用25 50 70 100 5 结合剂 有树脂结合剂 S 青铜结合剂 Q 陶瓷结合剂 A 电镀结合剂 D 第四章光学零件的粗磨 6 形状 有平行轮 P 薄片轮 PB 杯形轮 B 碗形一号轮 BW1 碗形二号轮 BW2 蝶形一号轮 D1 蝶形二号轮 D2 单面凹轮 PDA 双面凹轮 PSA 简形轮 NP NH 切割轮 PBG 等 7 外径 代号D 8 厚度 代号H 9 孔径 代号d 10 金刚石层环厚 代号b 11 金刚石层层厚 代号h 12 金刚石角度 代号 第四章光学零件的粗磨 二 金刚石磨具特性参数的选择1 粒度金刚石磨具的粒度对磨削效率和表面粗糙度的影响正好相反 一般铣削用的磨具粒度 范围在80 120 2 结合剂目前 国内外使用四类结合剂 耐磨性由弱到强的顺序为 树脂结合剂 陶瓷结合剂 金属结合剂 电镀结合剂 3 硬度磨轮的硬度是指磨具表面的磨粒在外力作用下脱落的难易程度 第四章光学零件的粗磨 4 浓度浓度 是指在磨具金刚石层内每立方厘米的体积内含有金刚石的重量 规定每立方厘米中含有4 4克拉金刚石作为100 浓度 4 4铣磨加工中的工艺参数的选择一 磨头转速磨头转速是由机床性能决定的 CG2 0 CG W100S CG W30S LOH厂的RF1 RF2 磨轮边缘线速度又称磨削速度 其速度在12 35m s 磨削效果较好 第四章光学零件的粗磨 二 工件转速工件线速度实际上是进给速度 一般选150 250mm min较为合理 三 铣磨深度铣磨深度是指工件转动一周的吃刀量 四 冷却液1 作用冷却液具有冷却 润滑和清洗作用 2 种类水溶性冷却液 乳化液冷却液 油性冷却液 第四章光学零件的粗磨 4 5铣削球面几何形状精度分析铣磨球面的几何形状误差 包括球面曲率半径误差和厚度误差 一 影响球面曲率半径精度的误差 一 角度调整误差和磨轮刃口尺寸误差 1 d 0 即 比理论值大 则曲率半径R减小 反之则反 2 d 一定时 愈小 即R愈大 dR愈大 3 磨轮r误差dr对曲率半径的影响是 对凸球面 r增大 刃口变钝 R减小 对凹球面 r增大 R 增大 4 磨轮中径Dm的误差dDm对曲率半径误差的影响是dDm 0 则 R 增大 5 当d dr和dDm为一定时 越大 dR越小 第四章光学零件的粗磨 二 中心调整误差的影响中心调整误差是指经过角度调整之后 磨轮端面刃口并未正好处于工件表面中心 而存在一定的偏离差 外包内包 第四章光学零件的粗磨 三 磨轮轴与工件轴共面调整误差铣磨机使用时 一般不作磨轮轴与工件轴共面误差的调整 而由机床装校保证 如果存在磨轮轴与工件轴的共面误差h 球面方程将变为高次曲线的回转面 四 磨轮轴和工件轴径向跳动的影响径向跳动的影响 将使工件表面产生非球面误差 磨轮轴与工件轴径向跳动允差在0 005 0 01mm范围内 对球面半径精度影响不大 第四章光学零件的粗磨 二 影响透镜中心厚度误差的因素 一 磨轮轴和工件轴轴向跳动的影响一般铣磨机两轴的轴向跳动量均为0 005mm 因此 轴向跳动影响的最大误差是0 01mm 二 夹具精度对透镜中心厚度的影响主要是由于夹具制造误差和对夹具使用不当造成的 4 6铣磨球面产生的表面疵病铣磨球面产生的表面疵病常见的有 菊花纹 细密振纹 宽疏菊花纹 麻点 擦贴圈有缺口 或中间环带脱空 和球面偏心等 第四章光学零件的粗磨 一 菊花纹和宽疏菊花纹 一 菊花纹产生原因 是磨头误差与振动影响造成的 磨头预紧力的大小对菊花纹也有一定影响 判断内包与外包 二 宽疏菊花纹产生原因 工件主轴的轴向窜动 第四章光学零件的粗磨 二 麻点产生原因 磨轮线速度选择不当 进刀速度与工件转速配合不好 三 几何形状的疵病 一 擦贴环带有缺口产生原因 光刀时间不够或者密封圈过厚 检验方法 金属样板卡工件被加工表面 擦贴度法 简易球径仪测失高检查被加工表面 第四章光学零件的粗磨 二 擦贴环带脱空产生原因 机床工件主轴轴线与磨头轴线不相交 一般两轴线不相交允差0 03mm 三 球面偏心产生原因 夹具定位面的偏心 第四章光学零件的粗磨 作业 1 绘图说明凹球面铣削成型原理 推导计算 角公式 2 双凸透镜 外径 20mm R 24 21mm d 8mm 磨轮外径23mm 内径15mm r 2mm 求 第五章光学零件的精磨 目的 减小零件表面的凹凸层深度 并提高其均匀性 进一步改善零件表面的面形精度及有关尺寸精度 以满足抛光对零件表面结构和形状的要求 方法 散粒磨料精磨 固着磨料精磨 5 1散粒磨料精磨 第五章光学零件的精磨 光学零件的精磨一般用两道砂 即用两种粒度不同的磨料 若第一道砂的磨料粒度为W28 第二道砂的磨料粒度则为W14 有些特殊零件需要三道或四道砂 磨料粒度可选用W28 W14 W10 W7等 精磨工艺因素主要包括如下几点 精磨模与镜盘的相对尺寸 顶针的摆幅 顶针的前后伸缩量 主轴转数与顶针摆速 第五章光学零件的精磨 5 2金刚石高速精磨一 金刚石高速精磨磨具金刚石高速精磨磨具是采用金刚石精磨片 按一定的排列方式 用胶粘结在磨具基体上 并通过修磨而成 第五章光学零件的精磨 一 球面金刚石精磨模的形式无论是凸精磨模还是凹精磨模 均由精磨片 粘结剂和磨具基体构成 二 球面金刚石精磨模的曲率半径取被加工球面抛光完工后的曲率半径名义尺寸 并按精磨后的光圈比抛光完工后的光圈低几道光圈来修磨曲率半径 一般高速精磨预留3 5N 散粒磨料精磨预留5 10N 凸球面 Rcm Rtm Rjm1 Rjm2 Rpm凹球面 Rcm Rtm Rjm1 Rjm2 Rpm 第五章光学零件的精磨 三 精磨模与镜盘的相对位置和相对尺寸1 精磨模与镜盘的相对位置散粒磨料精磨 将凸面的安装在机床主轴上 金刚石高速精磨 将金刚石磨具安装在机床主轴上 2 精磨模与镜盘的相对尺寸 第五章光学零件的精磨 3 精磨模的基体曲率半径公式中凸模取 号 对凹模取 号 二 精磨片特性参数的选择 一 粒度的选择在高速精磨中 要求金刚石磨具既有较高的磨削效率 又能得到较好的表面粗糙度 第一道精磨 采用的金刚石磨片粒度为W28或W20为宜 第二道精磨 采用W10或W7为宜 如果只用一道精磨 则以W14为宜 第五章光学零件的精磨 二 浓度的选择浓度过低或过高对于精磨效率和质量影响都不利 最合适的浓度 国内外很不统一 国内为30 50 国际上定为45 三 磨片的结合剂在高速精磨中 国内外普遍采用金属结合剂 它包括青铜结合剂 钢结合剂等 国内主要采用青铜结合剂 四 精磨片的形状和尺寸精磨片的形状 一般为圆形 国外也有矩形 苏联 圆形有平 凸 凹三种形式 精磨片的尺寸 主要指磨片的直径和厚度 此外 还有金刚石层厚度和曲率半径等 第五章光学零件的精磨 精磨片的直径 取决于精磨模的曲率半径 口径和镜盘的直径 精磨片的厚度 主要取决于精磨片直径 五 覆盖比的选择覆盖比 指排列在磨具上的精磨片表面积之和与磨具整个球缺表面积之比 Z 精磨片的数目 Ap 每片精磨片的面积 AW 磨具球缺表面积 第五章光学零件的精磨 覆盖比的选择 主要取决于磨具的曲率半径 六 精磨片的排列方式应满足以下要求 保证磨具的形稳性 不应产生死点 冷却液畅通无阻 以利散热和排屑 1 同心圆排列两种情况 一种是在各同心圆上 相临两精磨片错开圆周线排列 即径向有重叠 另一种情况是在不同圆周上精磨片排列间隙不等 2 螺旋线排列 第五章光学零件的精磨 例题 双凸透镜R 24 21mm 镜盘口径42 00mm 一道模精磨模 设计高速精磨磨具 一 对磨片的设计1 粒度 W142 浓度 40 30 50 3 结合剂 青铜结合剂4 精磨片的形状和尺寸 形状 圆柱形尺寸 6x3 5mm 查表 第五章光学零件的精磨 5 覆盖比 取 40 查表 计算磨片数量6 排列方式 同心圆排列 且中心疏边缘密 第五章光学零件的精磨 二 对基体的设计1 精磨盘对镜盘的位置 磨具在下 2 相对尺寸 D精 1 1D镜 46 23 精磨盘的曲率半径 第五章光学零件的精磨 5 3球面金刚石模具的理想磨耗规律磨耗比 治模具与玻璃相磨 模具磨损量与玻璃去除量的比值 铸铁和玻璃相磨 磨耗比为1 100 金刚石磨片的为1 3000 一 金刚石磨片磨耗量与摩擦功的关系金刚石磨片的磨耗 主要是机械作用的结果 即金刚石颗粒的磨损 折断 脱落和结合剂的磨耗 实验表明 在一定压强范围内 磨片的磨耗量与压强成正比 在一定速度范围内 磨耗与相对磨削速度大小成正比 在玻璃原始表面粗糙度相同情况下 磨片的磨耗量与有效磨削时间成正比 第五章光学零件的精磨 由普雷斯顿假说提出的公式计算 上式说明 模具上某点的磨耗量与该点所承受的摩擦功成正比 二 球面金刚石模具的理想磨耗规律理想磨耗 如果模具磨损后的表面与磨损前的表面具有相同的曲率半径 第五章光学零件的精磨 在理想磨耗情况下 磨具表面上各点摩耗量之间的余弦关系 所以我们又把理想磨耗规律称作余弦磨耗规律 如何实现理想磨耗呢 主要有两个途径 1 在给定速度和压力分布的情况下设计磨具 使磨片的排列和分布满足余弦磨耗规律 2 在磨具已定的情况下 选择适当的速度和压力分布与磨具相匹配 从而达到余弦磨耗之目的 第五章光学零件的精磨 5 4金刚石高速精磨中的冷却液金刚石高速精磨冷却液具有四大作用 冷却 润滑 清洗和化学作用 一 冷却作用冷却作用 是指冷却液流经磨具和工件表面时 吸收和带走热量的能力 在一切液体中 水的比热最大 其值为油类的2 3倍 在标准大气压下沸腾时 水的蒸发热是油类的7 15倍 水的导热系数是油类的3 5倍 第五章光学零件的精磨 二 润滑作用润滑作用 是指它减少金刚石磨具与工件接触面摩擦的能力 即减小磨削阻力和磨具磨损的能力 三 清洗作用清洗作用 主要指它能否及时清除加工中产生的玻璃碎屑和磨具碎屑的能力 四 化学作用目前 国内外在高速精磨中广泛使用的冷却液是以水为主体 再加入少量的三乙醇胺 甘油 硫酸镍等 组成三乙醇胺 水 甘油 水 三乙醇胺 甘油 水等水溶性的冷却液 第五章光学零件的精磨 1 冷却液对金刚石磨具的化学自锐作用金刚石精磨片中的结合剂铜 能与空气中的二氧化碳 氧和冷却液中的水生成两种碱式碳酸铜 一种叫铜绿 CuCO3 Cu OH 2 H2O 另一种叫蓝色石青 2CuCO3 Cu OH 2 2 冷却液对二氧化碳的吸收作用玻璃水解后 除生成硅酸凝胶薄膜外 还生成氢氧化钠 它与空气中的二氧化碳作用 生成碳酸钠 这种盐类会对玻璃表面产生腐蚀作用 第五章光学零件的精磨 5 5光学零件的上盘一 平行平面上盘 一 松香蜂蜡胶上盘法方法一 先将粘结模擦干净 加热后涂上一层粘结胶 再放上已预热工件 加一定压力挤出多余的胶 特点 这种方法常用于粗磨过程的上盘及光圈平行度要求不高的零件精磨上盘 第五章光学零件的精磨 方法二 先将粘结模擦干净 然后放上擦净的工件 将粉末状的粘胶撒在零件的缝隙处 加热粘结模 使粘结胶融化从零件边缘渗入 优点 操作方便 缺点 平行度不高 不适用于面型精度较高的薄片 二 点胶上盘法加热工件到能粘住粘结条的温度 视工件大小 均匀排列胶条 冷却后 将它贴在贴置模上 再放上已加热的粘结模 让其自然下落到贴置模四周的定位条上 自然冷却后 沿水平方向拉下镜盘即可 优点 可获得较好的面形 N 0 5 和平行度 30 缺点 承受不了高压高速的加工条件 怕震动 对室内温度梯度要求较高 第五章光学零件的精磨 第五章光学零件的精磨 三 浮胶上盘法先将粘结垫板擦干净 再放上擦净的零件 如果是抛光面 即能看到清晰的光圈 然后将粘结胶滴入零件间的空隙处 冷却后刮净零件待加工表面的胶即可 优点 工件及粘结平板都不需加温 工件可达到较高的平行度和面形精度 N 0 5 10 缺点 承受不了高速高压的加工条件 易走动 第五章光学零件的精磨 四 光胶上盘法将零件光胶面擦净后 放到光胶垫板上 呈现清晰的光圈后 从零件的一边稍许加压 如发现光胶面间有气泡 白点 可用酒精灯局部加热工件 拆胶后重新擦净 重新光胶 优点 平行度和平面度可达到很高精度 N 0 5 5 缺点 对光胶表面的疵病等级有一定的影响 怕剧烈震动 骤冷周热 第五章光学零件的精磨 二 透镜上盘 一 弹性上盘先按透镜形状做好火漆团 将火漆团放到预热的透镜上 冷却后取出 然后擦净待加工面 按确定好的排列方式 将透镜贴到已涂有一层薄油的贴置模内 放上已加热的粘结模待其下沉到四周边缘的定位件处 冷却后取出 特点 以被加工面为基准 粘结模简单 通用性较大 第五章光学零件的精磨 二 刚性上盘先将粘结模加热到能融化粘结胶的温度 将粘结纸贴上或用粘接胶棒涂在固定槽内 再将预热的工件粘在粘结模上 冷却即成 如果粘结的抛光面 应注意保护 特点 以粘结面为基准面 上盘过程简单 粗磨可成盘加工 能承受较高的速度和压力 粘结模专用性强 加工模具成本高 第五章光学零件的精磨 三 棱镜上盘 一 夹模上盘弹性法 将零件加热后 在粘结面上粘上火漆条 待其冷却后 按夹槽位置在贴置平模上排列好 四周放上厚约2mm的限位条 将夹模加热到能融化火漆的温度后 准确放置到排好的零件上 直到限位条处 然后自然冷却即可 第五章光学零件的精磨 刚性法 只需将零件放入夹模槽内 用螺钉压紧即可 将夹模加热后 在粘结槽内涂上粘结胶 放上已预热的毛坯棱镜冷却 优点 上盘操作简单 缺点 只适合用于中低精度的零件 对形状复杂的零件也有一定的局限性 第五章光学零件的精磨 二 石膏上盘将待加工面擦净放在涂有一层薄油的贴置模上 在棱镜间空隙处洒上厚约2mm的石蜡 在贴置模周围放上橡皮圈 放上托置模 将调好的石膏浆倒入 淹没棱镜约30mm 待石膏浆凝固后 去除橡皮圈 沿水平方向从贴置模上拉下 熔去表面石蜡 再在裸露的石膏模表面涂一层石蜡 以防水的侵蚀 特点 通用性强 角度精度不高 3 需对抛光面做好防腐蚀保护 第五章光学零件的精磨 三 光胶上盘将光胶工具擦净后放到垫板上 再将擦净的棱镜光胶面贴到工具光胶面上 这时出现清晰的干涉条纹 轻轻挤压去光胶面的空气 条纹即消失 就形成光胶 再将光胶工具光胶到垫板上 最后再所有的光胶面缝隙处涂保护漆即可 优点 能得到较高的角度精度 缺点 要求光胶工具精度高 对表面疵病要求高的棱镜 其光胶面有一定的局限性 光胶盘不宜受到剧烈震动和温度骤变 第五章光学零件的精磨 四 靠体上盘以靠体的角度精度和平行度来保证工件的精度 实际上 光胶上盘也是靠体上盘的一种 将工件胶到靠体上 然后将靠体固定到平模上 优点 加工精度高 对抛光面不易腐蚀 不需单件手工修整角度 有些工件胶上靠体后 只需翻动靠体就可连续加工多个面 缺点 靠体精度要求高 制造困难 第五章光学零件的精磨 5 6影响精磨的工艺因素一 散粒磨料加工 一 摆幅的大小摆幅就是上模摆动的幅度 摆幅越大 上模的中部与下模的边缘磨削较多 因此摆幅大小应合适 对于平模 上模摆动的距离为下模直径的0 45 0 65范围内 对于球模 上模摆动的角度为下模张角2 的0 4 0 55范围内 第五章光学零件的精磨 二 顶针的前后伸缩上模中心与下模中心的偏离 偏离越大 上模的中部和下模的边缘磨削较多 对于平面 偏离量可取摆幅大小的0 0 1 对于球面为0 0 4 三 主轴转速与上模摆速之比就是主轴转速与偏心轮转速之比 主轴转速越大 下模边缘磨削越大 偏心轮转的越快 上模与下模中心部分磨的越快 对于平面为 主轴转速为摆幅的0 4 0 8倍 对于球面为 主轴转速为摆幅的1 2 5倍 第五章光学零件的精磨 四 注意事项 磨料粒度要均匀 它是精度质量的关键之一 每次加磨料时 要均匀散开 不宜成团的添加 磨料悬浮液不应太稀或太稠 否则易划出划痕 每次更换磨料时 工件及镜盘应刷洗干净 机器台面也应擦拭干净 精磨完毕 应用放大镜检查表面有无粗砂眼或划痕 应经常检查精磨面的曲率半径或平面度 发现变化较大时 应及时修整模具 第五章光学零件的精磨 五 常见疵病及产生原因 第五章光学零件的精磨 二 高速金刚石磨具加工 一 机床主轴转速玻璃的磨削量与机床主轴的转速成正比 二 镜盘压力玻璃的磨削量与镜盘的压力成正比 三 加工时间的影响玻璃的磨削量与加工时间成正比 四 工件初始表面粗糙度工件初始表面粗糙度影响高速精磨的精度 粗糙度越大 玻璃的磨削量越大 精磨后的粗糙度越大 第五章光学零件的精磨 五 光圈匹配光圈匹配指被加工镜盘的曲率半径与最后完工的曲率半径之间的差别 一般情况 镜盘的要比完工的光圈低3 4个光圈 六 金刚石精磨片的覆盖比覆盖比与磨削量成反比 对于大球面 覆盖比取小些 对于小球面 覆盖比取大些 第五章光学零件的精磨 七 常见疵病及产生原因 第五章光学零件的精磨 第六章光学零件的抛光 目的 去除精磨的破坏层 达到规定的表面疵病等级要求 精修面形 达到图纸要求的光圈和局部光圈数 形成光滑透明的表面 抛光方法 古典抛光法 高速抛光法 计算机数控抛光法 本章的学习重点 1 抛光机理 2 光圈识别 3 准球心高速抛光工艺 4 抛光模层材料与抛光剂 5 抛光液的PH值控制 难点 1 抛光机理 2 光圈识别 3 抛光液的PH值控制 第六章光学零件的抛光 6 1抛光机理大致可以归纳为三种理论 机械去除理论 化学作用理论 热的表面流动理论 一 机械去除理论认为 抛光是研磨的继续 抛光与研磨的本质是相同的 都是尖硬的磨料颗粒对玻璃表面进行微小切削作用的结果 由于抛光是用较细颗粒的抛光剂 所以微小切削作用可以在分子范围内进行 由于抛光模与工件表面相互吻合 抛光时切向力特别大 因此使玻璃表面的凹凸结构被切削掉 逐渐形成光滑的表面 第六章光学零件的抛光 机械去除理论的主要实验依据 一 与研磨一样 零件抛光后重量明显减轻 通过实验测得 被抛掉的玻璃颗粒尺寸平均为1 1 2nm 二 抛光表面有起伏层和机械划痕用氧化铈抛光时 零件表面凹凸层厚度为30 90nm 用氧化铁抛光 凹凸层厚度为20 90nm 三 抛光剂的粒度和硬度对抛光速率有重要影响实验表明 抛光粉粒度在一定范围内 粒度愈大 抛光速率愈高 第六章光学零件的抛光 四 抛光速率与压力 相对速度成线性关系 五 磨料也能用作抛光剂磨料很细而且加工压力很小时 也能作为抛光剂 如碳化硼 B4C 和刚玉 Al2O3 本属磨料 但其粒度直径为0 5 m左右时 也能用于玻璃抛光 二 化学作用理论认为 抛光过程是在玻璃表层 抛光剂 抛光模和水的作用下 发生错综复杂的化学过程 主要是玻璃表面发生的水解过程 是水解生成物 硅酸凝胶薄膜不断生成和不断刮除的过程 第六章光学零件的抛光 化学作用理论的实验依据如下 一 水与玻璃的作用1 水的作用用纯乙二醇代替水 抛光速率低 含水量增加 抛光速率增大 2 玻璃的水解反应Na2SiO3 2H2O H2SiO3 2NaOH 二 抛光液PH值的影响理论分析和实验结果表明 大多数光学玻璃时不耐碱的 至于耐酸的程度 则视光学玻璃的牌号不同而异 大多数光学玻璃 在弱酸性 PH 5 5 6 5 抛光液中抛光 具有较高的速率和表面质量 第六章光学零件的抛光 三 添加剂对抛光的影响添加剂包括加速剂 稳定剂 消泡剂等 结果表明 硝酸锌是一种比较有效的添加剂 在氧化铈抛光液中 加入5 的硝酸锌 对氧化铈的重量比 使火石玻璃抛光速率提高一倍多 钡冕玻璃也提高近一倍 四 抛光剂的作用在抛光过程中抛光剂基本上以两种作用参与抛光 其一是以抛光剂颗粒的坚硬特性 在模具和机床的作用下 对玻璃表面的硅胶层进行微小的切削 使玻璃露出新表面 进而继续水解 其二是以抛光剂颗粒表面的吸附特征 使硅胶层以分子级程度被抛光剂吸附而剥落 第六章光学零件的抛光 五 抛光模的作用光学零件抛光时 抛光模层不仅起着承载抛光粉的作用 用时也起一定的化学作用 抛光柏油中含有树脂酸 其官能团为 COOH 而毛毡抛光模的羊毛纤维中 也含有官能团 COOH和 NH2 它们都是化学活性基 能与玻璃的阳离子发生交换反应 使玻璃表面以微量的分子形式被去除 三 热的表面流动理论认为 玻璃表面由于高压和相对运动 摩擦生热使表面产生塑性流动 凸起的部分将凹陷填平 形成光滑的抛光表面 第六章光学零件的抛光 热的表面流动理论的实验依据是 实验发现抛光表面用金刚石刀划成图案 然后抛掉 再用酸腐蚀 结果看到划痕再现 另一