光学零件加工技术.docx
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1、.光学零件加工技术邬建生二 00 四年元月目录一、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、机床的选择十四、机床的调整 十五、超声清洗原理十六、品质特别分析步骤十七、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,热加工目前多承受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展锯切、粗磨、精磨、抛光和定心磨边。特种加工仅转变抛光外表的性能,而不转变光学零件的外形
2、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:是使零件具有根本准确的几何外形和尺寸。精磨粗磨工序:是使零件加工到规定的尺寸和要求,作好抛光预备。抛光精磨工序:是使零件外表光亮并到达要求的光学精度。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,使其到达光轴重合或按确定方向转折。球面光学零件现行加工技术三大根本工序为: 1、范成法原理的铣磨切削2、压力转移原理的高速粗磨3、压力转移原理的高速抛光。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,到达较高精度和较粗糙度较困难。压力转移原理的准球心高速粗磨和高速精品抛光
3、,零件受力较均匀,加工效率也较高,但必需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阅历和技 巧,而且需反复修整。一、传统研磨与高速研磨特点1.传统研磨传统研磨也叫古典研磨,它是一种历史悠久的加工方法其主要特点是:1承受一般研磨机床或手工操作;(2) 要求人员技术水平较高;(3) 研磨材料多承受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,目前仍被承受。2. 高速研磨抛光一般是指准球心法或称弧线摇摆法。其主要特点是:(1) 承受高速、高压和更有效的利用抛光模,大大提高了抛光效率(2)
4、 压力头围绕球心做弧线摇摆,工作压力始终指向球心,也是靠球模成型的。3. 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,目前很少承受。二、准球心法和传统法较1. 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摇摆,而压力方向始终对准球心,因此镜盘所承受的是恒压,给均匀抛光制造了条件。2. 传统法是平面摇摆,重压块垂直加压,其压力随摆角而变化,因而简洁造成不均匀抛光。 加压承受弹簧或气压方式,力比较恒定.平稳。而传统研磨抛光法用重压块加压,体积大,振动大。三、球面研磨对镜盘的考虑1. 镜盘张角不宜过大,以便于光圈稳定,在多行的镜
5、盘中,张角不宜大于140;对于三块镜片一盘,假设超过 140影响也不大。2. 弹性上盘能承受高速研磨中的高速高压,但镜盘必需装得正。刚性上盘1. 胶球模轴向定位基准要符合,切削、粗磨厚度把握的基准面以及高速研磨中准球心所需要的基准面假设镜盘装在主轴上2. 承座定位孔轴线与球面法线重合、深度全都;3. 曲率半径与被粘结面曲率半径要合理4. 承座定位孔与胶球模轴向基准面间的相对尺寸全都,并有消气孔。5. 粘结胶程度足够;粘结面积足够;粘结温度适宜。三、对切削工序的要求一是切削出的球面面形要规章,曲率半径要到达工艺规定的公差范围; 二是外表粗糙度要符合粗磨的要求;三是要去除确定的余量,保证将毛坯杂质
6、层去除干净。假设镜片抛光后合格率降低,检查切削面的面形精度或许会找出问题的症结。1.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,同外表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外表构造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。粗磨外表的性质可由宏观的和微观的外表不规章性来表示。宏观不规章性是由磨削过程中磨具的偏差引起的,在精磨中通过选择适宜的抛光模材料能大大削减这种宏观不规章性。微观不规章性是由玻璃磨削的本质打算的。1.外表构造对精磨过程的影响玻璃
7、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外表的凹凸层越小越好,这是无视了粗磨外表的微观构造对抛光过程的作用。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力气。而凹凸层有利于削减或消退这种钝化现象。抛光过程根本上可分成两个阶段,第一阶段去除凹凸层,其次阶段去除裂纹层。第一阶段开头时,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外表又供给了良好的条件,因此抛光格外快速。随着抛光过程的连续,接触面积增大,压强减小,抛光液的附着力气降低,使抛光过程减 慢。当抛光面到达裂纹层时,玻璃外表同抛光模外表全部接触,抛光过程趋
8、于稳定缓慢,而抛光模开头钝化,抛光连续,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,而持续时间直接打算于裂纹层的深度。这个凹凸层厚度的最正确值主要由抛光模材料的性质,以及与这个材料协作使用的抛光剂而定,其他因素还有主轴转速、压力和抛光液的进入力气等。承受不同的粗磨方法,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。五、如何保持粗磨皿外表曲率半径的精度?粗磨是用磨皿与镜片面接触的方式进展。虽然
9、,磨皿外表的曲率半径在开头使用时是修改得很好的,但是随着镜片的磨削,磨皿也在不断磨损,渐渐地就不愿定能保证镜片的加工精度。保持粗磨皿曲率半径不变或少变,就应实行:1. 合理选择工治具但凡位于上面的治具总要比下面治具的尺寸小,这是由于上面治具要摇摆的关系。假设上面治具尺寸与下面治具的尺寸一样,上面治具的边缘磨削时机太少,上面治具有翘边的趋势。假设上面治具尺寸比下面治具的尺寸小得太多,超过了规定的数据,上面治具在摇摆过程中,其边缘不露出来,上面治具的边缘会磨损过甚,上面治具有塌边的趋势。假设上面治具尺寸比下面治具的尺寸大,则在摇摆时,下面治具的边缘露出的时机又会太少,下面治具的边缘磨损过甚,下面治
10、具有塌边的趋势。六、修磨皿的技巧在修凹的磨皿时,镜片光圈细偏负,则应多磨削凹磨皿的中心局部。假设凸凹对修,应将凸在下,凹在上,摆幅要大,约为凹磨的 1/2。镜片光圈粗偏正,则应多磨削凹的磨皿边缘局部。假设凸凹对修,应将凹在下,凸在上,摆幅要大,约为凸磨的 1/3。在修凸的磨皿时,镜片光圈细偏负,则应多磨削凹的磨皿边缘局部。假设凸凹对修,应将凸在下,凹在上,摆幅要大,约为凹磨的 1/2。镜片光圈粗偏正,则应多磨削凸磨皿的中心局部。假设凸凹对修,应将凹在下,凸在上,摆幅要大,约为凸磨的 1/3。10,右摆 40。七、影响抛光的因素抛光的结果好坏受很多因素影响: 工件的粗糙度空气的温度及相对湿度空气
11、含尘量玻璃种类零件大小1. 零件与治具大小比列2. 抛光剂的性质3. 工作轴转速4. 摇摆的频率、摆幅及摆幅中心位置5. 抛光面的温度、压力6. 抛光剂的输入量及温度八、抛光剂研磨粉的影响研磨粉对不同类型的光学材料,或光学材料一样但外表质量要求不同的光学零件有着不同的影响。研磨粉的不同制法和不同的工艺处理,以及它的物理性能,对研磨效率有很大的影响,不同制法的氧化铁其结晶构造不同,其研磨力气不同; 不同制法的氧化铈,其研磨效率不同, 一样制法而得的研磨粉,经过烧制工艺处理后,其研磨力气比未经过烧制工艺处理的高。研磨粉颗粒的硬度应与玻璃的硬度、研磨皮的硬度、研磨压力等相适应。硬度太大会在玻璃外表产
12、生擦痕,硬度太低会将低研磨效率。(1) 研磨液的浓度对于氧化铁红粉研磨液,承受氧化铁与水的重量之比为1:3 1:4。对于氧化铈黄粉、白粉研磨液,承受氧化铈与水的重量之比为 1:5 或 稍稀。研磨液的浓度与抱负值不符,将导致研磨效率的降低。当浓度过高时,研磨效率反而降低,由于水量缺乏,导致热量难以散发。过多的研磨粉积存在玻璃外表上,研磨压力不能有效地挥作用。当浓度过低时,则外表温度下降,同时削减微小切削作用。(2) 研磨液的供给量在确定工艺条件下,使研磨效率最高所需的研磨液用量,为研磨液的适中量。研磨时保持适中的研磨液供给量。抛光液参数液温低易起划痕,过高易使抛光层变形,一般把握在 3038之间
13、,流量为 9001000L/min ,PH 值为 39。研磨液供给量太小,不利于机械磨削和散热;研磨液供给量过大时,则外表温度下降,不利与化学作用,同时使吻合度变差。(3) 研磨液的 PH 值不同类型的光学玻璃对研磨液的 PH 值要求不同的。一般状况下氧化铁研磨液为中性PH=7;化铈研磨液略偏酸PH=66.5为好用。光学研磨中,添加在研磨液中能够转变研磨工艺性能的物质,称为添加 剂。使玻璃稳定,削减对腐蚀的敏感,从而进一步改善光学外表质量的,称为稳定剂。添 加 剂对氧化铁研磨液,能提高研磨效率和改善光学外表质量的添加剂:硝酸锌Zn(NO3)2、硫酸锌ZNSO4、氯化镍NICL3、氯化铁FECL
14、3等。对于氧化铈研磨液,能提高研磨率和改善光学外表质量的添加剂:硝酸铈铵NH42CE(NO3)6、硫酸锌ZNSO4。添加剂的参与量不是任意的,每一 种添加剂对于不同品位的抛光粉, 不同类型的光学玻璃都有其抱负的 参与量。影响外表光滑度的因素镜片边缘有砂眼一种是由于细磨后光圈高正,当中间已抛亮时,边缘尚有砂眼,另外,当镜片发生“走动”时,也会引起边缘有砂眼。镜片中间有砂眼另一种是由于细磨后光圈低得太多,边缘已抛亮中间尚未抛到,镜片“走动”也会有可能造成镜片中间有砂眼。镜片外表有粗砂眼则往往是细磨不充分所造成。抛光过程中有时会在镜片外表产生油斑似的东西,这与玻璃的化学稳定 性、抛光粉的性能、抛光模
15、得到吻合状况有关,可以在抛光粉悬浮液中加少量硫酸锌加以消退约每升 6 克。在用原器样板检验镜片外表光圈时,假设没有认真地将原器样板和镜片外表擦干净,也简洁使镜片外表受到损伤。九、 研磨皮及选择抛光模:聚氨酯聚氨基甲酸乙酯,按使用的原料不同,分为聚醚型和聚酯型。但当配料和制模工艺稍有偏差时 ,性能差异则很大。研磨皮抛光模由于不同的聚氨酯抛光材料吸水性不同,到达吸水平衡的时间差异很大, 所以,在修模前应把抛光模放在抛光液中浸泡,到达吸水平衡后再修模否则, 会引起抛光模的面形变化; 使用后应浸泡在抛光液中,否 则,由于水份蒸发,造成面形变化,再次使用时会降低抛光模镜片的吻合性。聚氨酯抛光模必需与光学
16、玻璃的牌号、氧化铈磨粉的规格,相互匹配好。抛光模的选择1. 太厚,则硬度太小,简洁变形、加工的零件易塌边;2. 太薄,又使抛光模与镜片的吻合性不好,零件外表易产生划伤。十、传统加工要求抛光胶的选择抛光胶的硬度对抛光工作能否顺当进展是格外重要的,当单位面积的压力大及转速快、室温高时,抛光胶选用硬些;相反,则选用软些的。抛光直径大的镜盘所用抛光胶应选择软一些。抛光胶硬度是否合 适,可依据抛光一段时间后,抛光模层外表状况确定。在掠射光下,当抛光模层外表有些微微的发亮,胶层颜色同抛光粉相近,则硬度较适宜;当抛光模层外表发毛时,则胶层太硬;当抛光模层外表发亮呈油光的沥青色时,则胶层太软。另一种方式:用小
17、刀在抛光模层外表划出浅槽后的变化状况,当抛光胶太软时,浅槽很快被磨平。十一、计算公式每圈张贴数计算: an=A+n-1ran:为第n 次圈上的工件数A:为最内第一圈的工件数,它一般是 3 件或 4 件、1 件R:为常数 6,即每圈件数62 N:为第几圈例:a9=3+(9-1)*6=3+8*6=3+48=51张贴 9 圈,在第 9 圈上可贴 51 个镜片整体张贴数计算:Sn=n1+r/2n(n-1)Sn=3D/4dnd2DD:为治具的直径d:为零件直径加 2 Sn 为各圈零件的总数S9=9*3+6/2*9*(9-1)3*144/4*(6+2)=27+27*8=3*20736/4*64=27+21
18、6=62208/256=243 pcs=243pcs镜片直径为 6 ;治具直径为 144 ;张贴 9 圈合计 243pcs 张贴量计算;d1179R 只能单件1.035Rd1179R 可三件d1.035R 可四件D/R 比越小越易用多件。0.7d/R0.78 六件,中一外五0.66 d/R0.7 七件,中一外六0.6d/R0.66 十一件,内三外八0.55d/R0.6 十三件,内四外九当用。=arcSinb/2R表示时半张角都在 30以上,b 表示零件口径的一半 。半张角 R 表示零件被加工面的曲率半径此时依据阅历进展凸、凹面的磨皿口径比照量、磨皿偏转角度、磨皿与零件的相对转速、磨削压力等参数
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