光学零件加工技术
邬建生
二 00 四年元月（整理）
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、品质异常分析步骤十七、工艺规程的设计
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。
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。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。
球面光学零件现行加工技术三大基本工序为：
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，达到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
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）采用普通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。
2. 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。
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，目前很少采用。
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。
2. 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。加压采用弹簧或气压方式，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。
2. 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。刚性上盘
1.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）
2.承座（定位孔）轴线与球面法线重合、深度一致；
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一致，并有消气孔
5. 粘结胶程度足够；粘结面积足够；粘结温度合适。
三、对切削工序的要求
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。
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。
1.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。
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，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。
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。
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。
五、如何保持粗磨皿表面曲率半径的精
度？粗磨是用磨皿与镜片面接触的方式进行。虽然，磨皿表面的曲率半径在开始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，逐渐地就不一定能保证镜片的加工精度。
