北理工珠海學院《光學工藝及測量》第08章課件

1、第八章 銑磨u銑磨是將光學材料的塊料或型料毛坯加工成具有一定幾何形狀、尺寸精度和表面粗糙度的加工工藝。u銑磨包括外圓銑磨、球面銑磨和平面銑磨。第1節(jié) 金剛石銑磨機理u磨輪上的金剛石顆粒具有鋒利的棱角，銑磨的實質(zhì)是利用無數(shù)的金剛石棱角高速銑削玻璃。u金剛石的作用原理是金剛石顆粒在玻璃薄面以一定的切削力運動，切削力的垂直分力使金剛石顆粒進入玻璃的深度t不超過最大顆粒尺寸的1/3，其破壞玻璃，形成相互交錯的錐形裂紋，裂紋角155，裂紋層深度為凹凸層的24倍，裂紋角的寬度a比金剛石顆粒寬度b大。u切削力的水平分量大小與切削的玻璃量和產(chǎn)生熱量所消耗的功成正比。在銑磨過程中，所產(chǎn)生的玻璃屑和熱量將被冷卻液

2、帶走。u磨輪的主要運動是旋轉(zhuǎn)運動，同時還存在零件的振動位移，致使劃痕邊緣不整齊，且方向紊亂。由于玻璃的脆性，磨輪銑磨的結果使玻璃表面產(chǎn)生凹凸層。u所謂光學零件的破壞層是指凹凸層和裂紋層的總稱。u隨著銑磨時間的增加，金剛石顆粒變鈍，切削力增加，磨料從磨輪上脫落，新的顆粒開始發(fā)揮作用，這種過程不斷反復，直至工件完工。第2節(jié) 磨外圓工藝 外圓銑磨就是用一定的工具加工零件的外形輪廓，使之成為圓形。 外圓銑磨有普通外圓銑磨和無心外圓銑磨兩種。一、普通外圓銑磨 是指用外圓銑磨機加工圓形零件的外形，主要用于棒料或膠條的外圓銑磨，工件外徑與長度之比一般不超過1:10。 外圓銑磨運動，主要包括磨輪高速轉(zhuǎn)動的主切

3、削運動，工件的轉(zhuǎn)動，工件的縱向進給，磨輪的橫向進給等。 主要參數(shù)及技術指標： 加工范圍、工件軸轉(zhuǎn)速、磨頭軸轉(zhuǎn)速、功率、進給速度。二、無心外圓銑磨 無心外圓銑磨時，零件自由放置在磨輪和導輪之間，由磨輪和導輪對其定位。 磨輪高速旋轉(zhuǎn)作主切削運動，導輪用耐磨橡皮制成，做低速旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)方向與磨輪相同，工件放置在磨輪和導輪之間，下面有支板擋住，支板和底座連在一起。 由于工件和導輪之間的摩擦力大，所以，工件被導輪帶動，并與導輪相反方向旋轉(zhuǎn)，做圓周進給，由磨輪將工件磨成圓柱。 磨輪軸與導輪軸保持一定的傾角，目的是使工件自動縱向進給，調(diào)整傾角的大小，可以改變工件的縱向進給速度。導輪可以做成橫向調(diào)整，滿足不同直

4、徑的玻璃棒料的銑磨。主要參數(shù)及技術指標： 加工范圍 導輪速度 砂輪尺寸 導輪尺寸 功率三、外圓加工余量與公差 在加工過程中，為了從光學毛坯獲得所需要的零件形狀、尺寸和表面質(zhì)量，必須去除一定量的材料層，這個被去除的材料層叫做加工余量。 根據(jù)光學零件加工工序，加工余量分為銑磨余量、精磨余量、拋光余量及定心磨邊余量。 從銑磨機理可知，玻璃銑磨后表面會產(chǎn)生一定深度的破壞層。后面的精磨拋光就是要去除這一破壞層，形成符合要求的光學表面。 銑磨外圓加工量是指毛坯直徑到零件定心磨邊工序之間的磨去量，其余量大小與工件直徑和加工方法有關。四、外圓加工中常見的問題 1.玻璃條斷裂 2.圓度、圓柱度不好 3.表面粗糙

5、度不好 4.端面與圓柱軸線不垂直 5.玻璃條不轉(zhuǎn)動第3節(jié) 面形銑磨工藝 面形銑磨包括球面銑磨和平面銑磨，平面銑磨又是球面銑磨的極限情況。一、球面銑磨原理 它是采用斜截圓原理，用筒形金剛石磨輪在球面銑磨機上加工球面零件。球面銑磨時，磨輪與工件軸交于O點，兩軸的夾角為a，筒形金剛石磨輪繞自身軸線高速旋轉(zhuǎn)，而工件繞自身軸線慢速回轉(zhuǎn)，則磨輪的切削刃口在工件表面上的磨削軌跡為一球面。rsin2DR 若磨輪中徑為D，磨輪端面切削刃口的圓弧半徑為r，磨輪軸與工件軸的夾角為a，則工件球面的曲率半徑R為當磨輪選定后，D和r均為定值，只要調(diào)節(jié)a，既可以得到不同曲率半徑的球面。在選擇金剛石磨輪時，其直徑應大于銑磨零

6、件直徑的一半。rsin2DR二、銑磨設備簡介 中光學廠制造的ZGX70球面銑磨機三、銑磨的誤差分析 1.角度調(diào)整誤差 2.中心調(diào)整誤差 即筒形磨輪r的中心不可能完全與工件的回轉(zhuǎn)軸線相重合drdDdrRdRsin21sin)(cos三、銑磨的誤差分析 1.角度調(diào)整誤差 2.中心調(diào)整誤差 3.工件軸與磨輪軸不共面誤差 4.磨輪軸與工件軸不共面誤差 5.軸向跳到對中心厚度的影響drdDdrRdRsin21sin)(cos四、銑磨工藝因素討論 除了控制的尺寸精度以外，銑磨的好壞常用磨削效率、工件表面粗糙度以及磨輪的磨耗比來衡量。 影響銑磨質(zhì)量和效率的主要因素有磨輪軸轉(zhuǎn)速、工件軸轉(zhuǎn)速、切削壓力、進刀深度

7、、冷卻液、磨輪粒度濃度等。 1.銑磨機性能對銑磨的影響 銑磨機性能有：磨輪軸轉(zhuǎn)速、工件軸轉(zhuǎn)速、切削壓力和進刀深度。 磨輪軸轉(zhuǎn)速用每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)或磨輪的邊緣線速度來表示。 在銑磨過程中，磨輪的轉(zhuǎn)速越大，磨削效率越高，表面的粗糙度越小 磨輪的邊緣線速度在20m/s35m/s時，磨削效果較好。 在相同磨削效率條件下，磨輪邊緣線速度越大，工件表面粗糙度越小。 工件表面的粗糙度在工件表面半徑方向上是不一樣的，假如磨輪與工件的相對位置使磨輪邊緣與工件邊緣相切，則加工出來的工件中心部位凹凸層最小，邊緣部位次之，中腰部位最大。 總的來講，磨輪邊緣線速度的提高，有利于磨削效率的提高，也有利于工件表面粗糙度的改善。但

8、是磨輪軸速度不能無限的增大，它受機床性能的限制。 這里給出磨輪轉(zhuǎn)速與邊緣線速度的關系是：100060Dn 工件軸轉(zhuǎn)速對銑磨效率也有影響。工件軸轉(zhuǎn)速可以根據(jù)工件直徑和進給速度調(diào)整。工件軸轉(zhuǎn)速越高，磨輪的磨耗比越大。 工件軸轉(zhuǎn)速對工件表面粗糙度也有影響。在其他相同的情況下，工件軸轉(zhuǎn)速越大，工件表面粗糙度越大。 工件線速度實際上是進給速度：150250mm/s較為合理。 在銑磨中，進給速度通常以加工時間來表示，如小球面銑磨機為：0.53min；中秋面：0.76min；大球面：420min 磨削壓力是指磨輪傳遞給工件的壓力，有的機床的磨削壓力是由磨頭的自重產(chǎn)生，有的由液壓或彈簧作為原動力。 磨削壓力大

9、小取決于生產(chǎn)效率、表面粗糙度、磨輪的性能，磨削壓力越大，磨削效率越高。但磨削壓力越大，工件的表面粗糙度越大。 一般磨削壓力為：24 kg/cm2 進刀深度是指工件每轉(zhuǎn)的進給量。進給量的選擇與銑磨壓力、磨輪粒度、磨輪轉(zhuǎn)速的增加成正比，與工件軸轉(zhuǎn)速成反比。 進刀深度增加，必然增加磨削效率，但是工件表面粗糙度隨進刀深度的加大也會變大，一般進刀量決定加工時間。 進給速度低，加工時間長，表面粗糙度好。 2.磨輪性能對銑磨的影響 銑磨機的磨輪是金剛石磨輪，其性能因素包括粒度大小、濃度和結合劑等。 粒度是指磨輪中金剛石顆粒的大小。在其他條件合適的情況下，金剛石磨具的粒度越大，磨削效率越高。但是，磨輪粒度越大

10、，獲得的工件表面粗糙度越大。 磨輪粒度的選擇原則是，在保證工件表面粗糙度要求的條件下，盡可能采用粒度較粗的磨輪。 磨輪中，金剛石的濃度是指，含有金剛石的結合劑中金剛石的含量。規(guī)定當結合層中金剛石的含量為4.4克拉/cm3時濃度為100%。 濃度太大，結合劑的粘結力不夠，金剛石顆粒沒有磨鈍就掉了，磨削效率較高，但磨具的損耗大；濃度太小，磨削刃少，磨削效率低。 另外濃度還與粒度有關，相同的濃度，若粒度大，顆粒數(shù)減少，對應的磨削效率就相對低。 結合劑是將磨料粘結成具有一定形狀的材料，它對磨輪的使用壽命和磨削能力影響越大。 結合劑的基本類型有樹脂結合劑、陶瓷結合劑、金屬結合劑、電鍍結合劑等。 其中，青

11、銅結合劑具有結合力強、耐磨性好、磨耗小、使用壽命長，可以承受較大的載荷磨削等優(yōu)點。 它的缺點是成本高、自銳性差、易堵塞和發(fā)熱、不易修正。 電鍍結合劑是用電沉積金屬的方法把金剛石顆粒鑲嵌在基體表面上，具有結合力強、磨削效率高、壽命長且可重復利用等特點。 缺點是由于鍍制的金剛石層不能太厚，只能制作特小的磨輪。3.冷卻液對銑磨的影響 冷卻液有冷卻、清洗和潤滑的作用。在光學銑磨加工中，由于去除量大，產(chǎn)生大量的摩擦熱，因此冷卻液主要起冷卻作用。 由于乳化液是由礦物質(zhì)和水在乳化劑作用下所形成的一種穩(wěn)定的液體，即含水又有油，兼有水基和油基冷卻液的優(yōu)點，因此，一般采用乳化液做冷卻液。 除需要選擇合適的冷卻液類

12、型外，還要考慮冷卻液的濃度、流速、流量和噴出位置。五、銑磨加工余量及公差 銑磨完工后的余量與磨料粒度、磨料材料、工件形狀等有關。六、銑磨面形的檢驗 有樣板檢驗和簡易球徑儀測量矢高兩種方法。樣板檢驗是每道工序用專用的弧形樣板進行檢驗。對于曲率半徑較小的球面，每道工序應有專用的弧形樣板。對于曲率半徑較大的球面，如用曲率半徑為基本尺寸的弧形樣板檢驗，則各道工序應按均勻磨損原則給出擦貼度。 測量矢高使用簡易球徑儀，如圖8-11. 用簡易球徑儀測量出矢高h后，根據(jù)三角關系，可以得到下式： r為球徑計測環(huán)內(nèi)徑（測凸面時）或外徑（測凹面時）的一半。222hhrR七、銑磨夾具種類：真空吸附夾具、彈性夾具、磁性

13、夾具和機械夾具。銑磨夾具應滿足的要求：夾具設計應滿足零件加工工序的精度要求；應能提高加工效率；操作方便、省力、安全；具有一定使用壽命和較低的夾具制造成本；夾具元件應滿足通用化、標準化、系列化的“三化”要求； 具有良好的結構工藝性，便于制造、檢驗、裝配、調(diào)整、維修。 1.真空吸附夾具 真空吸附夾具能把工件吸附的原因，是由于環(huán)境壓力大于吸盤與工件之間的壓力。 將吸盤與真空發(fā)生裝置連接，吸盤內(nèi)部空間的空氣被抽去，當吸盤接觸到工件時，大氣和吸盤之間形成了密封，吸力大小與大氣壓和吸盤內(nèi)部空間的壓力差成正比。 優(yōu)點：裝夾方便，易于實現(xiàn)自動化。 缺點： 對工件的直徑公差要求嚴格，直徑過大，放不進入；直徑過小，則容易偏心。 2.彈性夾具 主要是利用夾具的彈性收縮和彈性變形達到加緊的目的。 優(yōu)點：對工件直徑公差要求寬，不易偏心。 缺點：裝夾不方