光學(xué)零件加工總.ppt

1、光學(xué)零件加工技術(shù),概述,光學(xué)零件加工技術(shù),光學(xué)零件加工技術(shù),光學(xué)零件加工技術(shù),光學(xué)零件（按形狀分） 透鏡： 棱鏡：,光學(xué)零件加工技術(shù),平面鏡： 工藝條件 特殊零件加工 形狀特殊、材料特殊,第一章 光學(xué)材料,一、光學(xué)材料的種類 光學(xué)玻璃： 光學(xué)晶體： KDP類型晶體,第一章 光學(xué)材料,光學(xué)塑料： 光學(xué)玻璃: 是光學(xué)設(shè)計最常用的光學(xué)材料； 為滿足光學(xué)設(shè)計對多種光學(xué)常數(shù)、高度均勻性、高度透明性及化學(xué)穩(wěn)定性的要求，應(yīng)具有復(fù)雜的組成和嚴格的熔煉過程。,第一章 光學(xué)材料,（一）光學(xué)玻璃與普通玻璃的區(qū)別: 折射率： 普通玻璃的組成：SiO2+Na2O+CaO 光學(xué)玻璃的組成：成分復(fù)雜 現(xiàn)代光學(xué)玻璃所含元素幾

2、乎遍及化學(xué)元素周期表，每一種光學(xué)玻璃都要由硅、磷、硼、鉛、鉀、鈉、鋇、鈣、砷、鋁等多種氧化物組成。 高度透明： 高度均勻性：各點各處的光學(xué)常數(shù)和其它一些物理化學(xué)性質(zhì)一致,第一章 光學(xué)材料,（二）光學(xué)玻璃的種類 按主要組成成份分： 以SiO2為主要成分的光學(xué)玻璃,稱之為硅酸鹽玻璃；占95% 以B2O3為主要成分的光學(xué)玻璃, 稱之為硼酸鹽玻璃； 以P2O5為主要成分的光學(xué)玻璃,稱之為磷酸鹽玻璃。 硅酸鹽玻璃是制造透鏡、棱鏡等光學(xué)零件的主要材料。 二、物質(zhì)的玻璃態(tài) 物質(zhì)按結(jié)構(gòu)分晶體和非晶體。 玻璃態(tài)的特點：物質(zhì)內(nèi)部氧化物的元素以元素的離子狀態(tài)存在，它們之間的排列是沒有規(guī)律的，無固化點和融化點。,第一

3、章 光學(xué)材料,玻璃態(tài)：玻璃在低溫固態(tài)下仍保留了高溫液態(tài)的無定形結(jié)構(gòu)。 又稱過冷卻液體。 三、玻璃的物理特性 各向同性：指玻璃內(nèi)部沿任何方向測得的物理性能（如折射率、熱膨脹系數(shù)、硬度等）都是同值。 各向異性：沿任何方向測得的物理性能都是不同值。 介穩(wěn)狀態(tài)：在一定條件下，物質(zhì)可能處于相對穩(wěn)定的狀態(tài)，但不是能量最低儲存狀態(tài)，叫介穩(wěn)狀態(tài)。 說明玻璃有像晶體轉(zhuǎn)化的趨勢。,第一章 光學(xué)材料,玻璃從熔融狀態(tài)向固態(tài)轉(zhuǎn)化是連續(xù)可逆的。 玻璃無固化點和熔化點。,第一章 光學(xué)材料,四、玻璃的結(jié)構(gòu) (一)無規(guī)則網(wǎng)絡(luò)學(xué)說認為： 1932年 荷蘭 查哈里阿生 1、內(nèi)容： 玻璃的原子、離子、或原子團之間的結(jié)合，構(gòu)成一個連續(xù)

4、的網(wǎng)絡(luò)體； 網(wǎng)絡(luò)體呈現(xiàn)出很大的不規(guī)則性。 2、一元體系玻璃特性（一元體系玻璃結(jié)構(gòu)）： 例如：SiO2 晶體：石英晶體 玻璃：熔石英玻璃,第一章 光學(xué)材料,由一個硅原子和四個氧原子構(gòu)成的硅氧四面體SiO4。 熔石英玻璃和石英晶體的結(jié)構(gòu)模型如下 石英晶體 熔石英玻璃,第一章 光學(xué)材料,化學(xué)結(jié)構(gòu)式： 由于在熔石英玻璃結(jié)構(gòu)中，只有Si0鍵，且鍵力平衡，結(jié)合牢固。因此，熔石英玻璃具有較高的軟化溫度、化學(xué)穩(wěn)定性、機械強度高以及較低的熱膨脹系數(shù)等特性。,第一章 光學(xué)材料,3、二元體系玻璃Na2OSiO2 化學(xué)結(jié)構(gòu)式,第一章 光學(xué)材料,（二）“晶子”學(xué)說 1921年 蘇聯(lián) 列別杰夫 內(nèi)容： 玻璃由無數(shù)“晶子”

5、組成； 所謂“晶子”不同于一般的“微晶”，而是帶有點陣變形的有序排列區(qū)； 它們分散在無定形介質(zhì)區(qū)； 從晶子區(qū)到無定形區(qū)的過渡是逐步完成的，兩者之間并無明顯的界限。 強調(diào)：遠程無序、近程有序。,第一章 光學(xué)材料, 1-2 無色光學(xué)玻璃 一、光學(xué)玻璃的組成 光學(xué)玻璃是由多種氧化物組成的，這些氧化物分為兩大類： 一類氧化物是能生成玻璃網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的氧化物，如SiO2、B2O3、P2O5等，屬AO2、A2O3、A2O5型氧化物，稱之為玻璃形成體或玻璃網(wǎng)絡(luò)體； 另一類氧化物，不能生成玻璃的網(wǎng)絡(luò)體，只是插入玻璃的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中間，如Na2O、K2O、CaO、BaO、PbO等，屬于A2O、AO型氧化物，他們稱之為玻

6、璃的網(wǎng)絡(luò)外體。,第一章 光學(xué)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%。 加入氧化鋁（Al2O3），能提高光學(xué)玻璃的化學(xué)穩(wěn)定性和機械強度； 加入氧化鉛（PbO）和氧化鋇（BaO），可增大光學(xué)玻璃折射率，但化學(xué)穩(wěn)定性降低； 加入氧化鈉（ NaCl ），使光學(xué)玻璃化學(xué)穩(wěn)定性和機械性能變差，但可降低熔煉溫度；等等。,第一章 光學(xué)材料,二、無色光學(xué)玻璃的分類及命名（牌號） 大都采用拉丁字母作為品種的標志，在品種標志之后附有牌號的標志。 1、分類劃分界限： 按光學(xué)玻璃折射率和阿貝數(shù)的

7、大小將其分為冕牌玻璃和火石玻璃兩大類。 例如：德國規(guī)定nd1.6，d50為冕牌類，其余則為火石類；日本規(guī)定nd1.6，d55為冕牌類，其余則為火石類。 我國光學(xué)玻璃標準規(guī)定：將玻璃分為2大類，用K代表冕牌玻璃，F(xiàn)代表火石玻璃。每一大類又進一步按nd及d分為18個品種。,第一章 光學(xué)材料,冕 牌 玻 璃（8個）：,火 石 玻 璃（10個）：,第一章 光學(xué)材料,2、牌號：ZF9（199） 其中F種類；ZF品種；ZF9牌號 同一品種玻璃，它的折射率大致相同相差不多。 三、無色光學(xué)玻璃的質(zhì)量指標（七項） （一）折射率、色散系數(shù)的允差及一致性 折射率：表示光在空氣中的傳播速度與在玻璃中的傳播速度之比。

8、n=C/V （nd、nF、nc） 色散系數(shù)：不同波長的光經(jīng)過折射后，出射點不同。 用中部色散nF-nc衡量,第一章 光學(xué)材料, nd、d的允差（允許差值） 分 0 、 1 、 2 、 3 、 4 四類 例如：K9： nd=1.5163 0類K9的nd： 1.51581.5168 nd、d的一致性 同一批玻璃中要控制nd、d的差值不能過大。 分 A 、 B 、 C 、 D 四級,第一章 光學(xué)材料,例如：K9： nd=1.5163 0類A級時nd的大小 0類： 1.51581.5168 A級： 1.516251.51635 0類A級去它們交集。 選取時： 小批量生產(chǎn)時，高級照相機物鏡和高倍的望遠鏡

9、物鏡可選用nd為13類和d為23類玻璃。大批量生產(chǎn)時選用均為12類的玻璃。 對于望遠鏡的第二組分和光焦度不大的透鏡、目鏡、會聚光路上的棱鏡，可用nd 和d均為34類玻璃。 保護玻璃、分劃板、毛玻璃、反射鏡、聚光鏡、場鏡、平行光路中的棱鏡級彎月透鏡，對玻璃的nd 和d不做要求。,第一章 光學(xué)材料,（二）光學(xué)均勻性 1、定義：同一塊玻璃中，各部分折射率變化的不均勻程度。 依據(jù)/0的比值，分 1 、 2 、 3 、 4 四類。 /0 1.0 、1.1 、1.2 、1.5 根據(jù)光學(xué)系統(tǒng)選擇均勻性： 提高分辨率和高像質(zhì)觀察儀器的物鏡，如高精度干涉儀、天文儀、測地儀、準直儀和顯微鏡等應(yīng)用光學(xué)均勻性第1類的

10、玻璃。 制作精密的望遠鏡、瞄準鏡、觀察鏡以及具有高分辨和高像質(zhì)的復(fù)制鏡，用23類玻璃。 對普通的照相物鏡，應(yīng)使用第34類玻璃。,第一章 光學(xué)材料,對望遠物鏡的第二組分、廣角物鏡的彎月透鏡、位置靠近像平面的光學(xué)零件（場景、分劃板、棱鏡），均可采用第4類玻璃。 對于有一面為毛面的分化鏡，均勻性不作規(guī)定；對于保護玻璃、棱鏡和濾光鏡，其玻璃的均勻性要求可與其位置靠近的零件的均勻性要求相同。 （三）應(yīng)力雙折射 按o光、e光通過每1cm厚的玻璃產(chǎn)生的光程差大小 分 1 、1a、 2 、 3 、 4 五類 nm/cm 2 、 6 、10 、20 、50 以毛坯光程差最大方向之最大部分測的為準。,第一章 光學(xué)

11、材料,選取原則： 干涉儀和天文儀，只能使用雙折射為第1類的玻璃。 對于高精度的望遠鏡、準直鏡和復(fù)制顯微鏡的物鏡以及反射鏡，玻璃的應(yīng)力雙折射應(yīng)該是第23類。 照相物鏡使用雙折射第34類玻璃。 聚光鏡、普通儀器的目鏡、放大鏡采用雙折射第45類玻璃。 （四）光吸收系數(shù) E E：表示白光通過1cm厚的玻璃所吸收的光通量與進入該玻璃光通量之比。 E0.015=1.5%,第一章 光學(xué)材料,分 00、0、1、2、3、4、5、6 八類。 選取原則： 凡是與空氣臨接面較多，玻璃內(nèi)光程長度較短（2050mm）的復(fù)雜系統(tǒng)，光的主要損失是反射。因此，這種系統(tǒng)中以及較薄的光學(xué)零件，應(yīng)采用46類玻璃。 玻璃內(nèi)光程較長的零

12、件（棱鏡、天文和照相儀器的透鏡）、光的透過系數(shù)的降低主要是光的吸收造成的，因此這類零件應(yīng)選用003類玻璃。 （五）條紋度 按檢驗條件分 00、0、1、2四類； 按觀察方向分A、B、C三級。,第一章 光學(xué)材料,選取原則： 對于具有極限分辨率和高像質(zhì)的干涉儀、天文儀、平行光管以及顯微鏡的物鏡必須采用C級0類玻璃。 對于目鏡、聚光鏡、毛玻璃用的玻璃可選用條紋第2類的玻璃。 （六）氣泡度 首先按所含最大氣泡的直徑分為 0、1、2三類； 并按每100立方厘米玻璃內(nèi)允許含 有的氣泡總截面積（平方毫米）分 為A00、A0、A、B、C、D、E七級。,第一章 光學(xué)材料,選取原則： 對于位置靠近或處于像平面上的零

13、件，其材料不允許有氣泡，應(yīng)使用第0類玻璃。 大倍率觀察儀器的分劃板、分度盤、平行光管、分辨率板，應(yīng)采用0類和1類玻璃。 照相物鏡、雙筒望遠鏡和大地測量儀器的物鏡，允許選用2類D、E級玻璃材料。 在望遠鏡和大口徑照像物鏡中允許氣泡度為E級。,第一章 光學(xué)材料, 1-3 有色光學(xué)玻璃,第一章 光學(xué)材料,能選擇地透過特定波長的光線； 1、作用: 透過連續(xù)光譜中一定寬度的光譜范圍的光線； 均勻地減弱白光的光譜等。 2、組成: 是在基本的無色光學(xué)玻璃成分中，加入少量著色劑而 成。 （一）離子著色選擇吸收玻璃 著色劑在玻璃中呈離子狀態(tài)，稱離子著色選擇吸收玻璃，簡稱離子著色玻璃。 離子著色劑，通常采用金屬鈷

14、、鎳、鉬、錳、鉻、鈦、銅的氧化物。,第一章 光學(xué)材料,種類： 透紫外線玻璃（ZWB）、紫色玻璃（ZB）、青色（藍色）玻璃（QB）、綠色玻璃（LB）、透紅外線玻璃（HWB）、防護玻璃（FB）、透紫外線白色玻璃（BB等）。 （二）中性玻璃 特點：在可見光區(qū)域內(nèi)能比較均勻地降低光源的光強度，而不改變其光譜成分。 作用：主要是做中性濾光片、減光鏡。 牌號：AB1，AB2，AB3，AB10等。,第一章 光學(xué)材料,（三）硒鎘玻璃 著色劑是采用硒化鎘和硫化鎘，故稱硒鎘玻璃。 由于著色劑在玻璃中呈膠態(tài)，亦稱膠態(tài)著色玻璃。 品種：紅色（HB） 金色（JB） 橙色（CB） 1硒鎘玻璃；2離子著色選擇吸收玻璃； 3

15、離子著色中性玻璃,第一章 光學(xué)材料, 1-4 特種光學(xué)玻璃 （一）耐輻射光學(xué)玻璃 加入多價離子做抑制劑。二氧化鈰（CeO2）就是抑制劑之一。 牌號：例如K609 。 Kn09 以K9玻璃為基底耐輻射能力為10倫琴，而且還保持K9玻璃的光學(xué)常數(shù)和其它性質(zhì)。 （二）防輻射光學(xué)玻璃 目前我國使用的防輻射玻璃是含鉛、含鋇量高、密度大的ZF1、ZF6、ZF7玻璃。,第一章 光學(xué)材料,（三）透紅外和透紫外玻璃 目前，國內(nèi)外紅外光學(xué)材料發(fā)展的重點是適用于13m、35m和814m波段的光學(xué)材料。 1、光學(xué)石英玻璃 含SiO2 99.9%，即可以透紅外線，又能透過紫外線。 牌號：JGS1、JGS2、JGS3 。

16、 光譜特性：0.24.7m。 2、鋁酸鈣玻璃 以CaO、Al2O3為主要成分 透過波長：11.5m。 牌號：HWC31。,第一章 光學(xué)材料,3、高硅氧玻璃 含SiO2達96%，其性能接近于石英玻璃。它的膨脹系數(shù)小，軟化溫度高，化學(xué)穩(wěn)定性好，熔制溫度比石英玻璃低得多。 （四）石英玻璃 1優(yōu)良的光譜特性，在0.24.7m光譜范圍內(nèi)。 2耐高溫、熱膨脹系數(shù)小，它的熔化溫度在1713以上，軟化溫度是158010。 3化學(xué)穩(wěn)定性好，耐堿性差。 4機械性能高。 （五）光學(xué)功能材料 激光、電光、聲光、磁光等光學(xué)功能材料。,第一章 光學(xué)材料, 1-5 微晶玻璃 一、結(jié)構(gòu) 介于玻璃與晶體之間玻璃陶瓷，按Li2O

17、-Al2O3-SiO2做系統(tǒng)的玻璃。 在玻璃內(nèi)部各處形成晶核； 經(jīng)歷兩個階段： 形成晶核的玻璃在晶體生長過程中逐漸轉(zhuǎn) 變?yōu)樘沾伞?微晶玻璃與普通玻璃的區(qū)別主要是具有結(jié)晶的結(jié)構(gòu)，而與陶瓷的主要區(qū)別是，它的結(jié)晶結(jié)構(gòu)要比陶瓷細得多。,第一章 光學(xué)材料,二、微晶玻璃的性能 1、熱膨脹系數(shù)小 溫度160范圍內(nèi)，熱膨脹系數(shù)均很小，室溫膨脹系數(shù)接近于零。 2、強度大 微晶玻璃比普通壓延玻璃的強度高八倍。 3、硬度高，比重小 硬度比熔石英玻璃高，比重小，約為2.442.62，比鋁還輕。 4、穩(wěn)定性極高 它比目前使用的其它反射鏡材料都好。 三、應(yīng)用 平晶、標準米尺、大型反射鏡、激光制導(dǎo)陀螺等。,第一章 光學(xué)材料

18、, 1-6 光學(xué)晶體 一、概念 晶體是具有格子結(jié)構(gòu)的固體。 定義：晶體的結(jié)構(gòu)與玻璃不同，即構(gòu)成晶體內(nèi)部的質(zhì)點（原子 和離子），是以點陣的形式在三度空間作有規(guī)律的、重 復(fù)的排列，構(gòu)成所謂的格子結(jié)構(gòu)。 格子結(jié)構(gòu)： 空間格子中的點，稱為結(jié)點；結(jié)點在直線上的排列稱為行列；結(jié)點在平面上的分布稱為面網(wǎng)；在三度空間中, 空間格子的最小單位稱為平行六面體。,第一章 光學(xué)材料,實際晶體的最小單位稱為晶胞。 組成晶體多面體外形的平面稱為晶面；兩個晶面相交而成的直線稱為晶棱；三條晶棱會聚的點稱為角頂。晶胞三個棱的方向稱為晶軸。 晶體分為三大晶族，七大晶系，光學(xué)晶體多屬中級和高級晶族的晶體，如石英晶體是屬中級晶族中的

19、六方晶系；螢石是高級晶族，屬立方晶系。 二、晶體的基本性質(zhì) （一）均勻性 晶體內(nèi)部質(zhì)點性質(zhì)和排列方式 都是相同的。,第一章 光學(xué)材料,（二）各向異性 晶體內(nèi)部不同方向上質(zhì)點性質(zhì)不同，排列方式也不同所引起的。 （三）對稱性 晶體光軸為對稱軸 單軸 （四）自范性（自限性） 晶體具有自發(fā)地形成封閉集合多面體外形的性質(zhì)。 （五）最小內(nèi)能行及穩(wěn)定性,第一章 光學(xué)材料,三、光學(xué)性質(zhì) （一）雙折射 與晶體結(jié)構(gòu)對稱程度有關(guān)。 （二）旋光性 當平面偏振波沿光軸方向傳播時，偏振面旋轉(zhuǎn)一定角度的現(xiàn)象。 （三）吸收性和多色性 吸收性：各項異性。 多色性：除等軸晶體外，同一晶體的不同方向上呈現(xiàn)出不同的 顏色。,第一章

20、光學(xué)材料,四、力學(xué)性質(zhì) （一）解理 解理性：指晶體在外界定向機械力的作用下， 按著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。 斷口：依一定方向破裂而成的凹凸不平的表面。 （二）硬度 硬度：表示物體對外來機械侵入所表現(xiàn)的抵抗能力。測定方法 不同，硬度的標準也不同。對晶體最常用的是莫氏硬度。,第一章 光學(xué)材料,磷灰石： 正長石： 滑石：,第一章 光學(xué)材料,舊莫氏硬度：（10種） 滑石、石膏、方解石、螢石、磷灰石、正長石、石英、黃玉、剛玉、金剛石。 新莫氏硬度：（15種） 滑石、石膏、方解石、螢石、磷灰石、正長石、熔融石英、石英、黃玉、石榴石、碳化鋯、剛玉、碳化硅、碳化硼、金剛石。

21、 五、晶體的溶解度 晶體的溶解度表示在一定的溫度下，該晶體在100g水中所能溶解的克數(shù)。,第一章 光學(xué)材料,六、分類及應(yīng)用 （一）按晶體的用途分類 1、紫外、紅外晶體 有石英（SiO2）、螢石（CaF2）、氟化鋰（LiF）、巖鹽（NaCl）、硅（Si）、鍺（Ge）等。 石英：,第一章 光學(xué)材料,螢石晶體： 巖鹽：,第一章 光學(xué)材料,2、偏振晶體 常用的偏振晶體有方解石（CaCO3）、石英和硝酸鈉（硝石）等。 方解石：,第一章 光學(xué)材料,3、復(fù)消色差晶體 利用晶體特殊的色散特性制造復(fù)消色差物鏡，如螢石與玻璃組合制成復(fù)消色差系統(tǒng)，可以消除球差和二級光譜。 4、激光晶體 可用作固體激光器的工作物質(zhì)，

22、如紅寶石、氟化鈣和釔鋁石榴石等。 剛玉： 石榴石：,第一章 光學(xué)材料,（二）按硬度和工藝方法分類 1、硬質(zhì)晶體 硬質(zhì)晶體的硬度比玻璃高。玻璃的莫氏硬度約為6，石英晶體、紅寶石、釔鋁石榴石等，莫氏硬度在79之間。 2軟質(zhì)晶體 大部分光學(xué)晶體均屬軟質(zhì)晶體，莫氏硬度為24。常用的軟質(zhì)晶體有螢石和方解石等。 3水溶性晶體 水溶性晶體的種類很多，例如氯化鈉、氯化鉀和ADP（磷酸氰氨）、KDP （磷酸氰鉀）等。,第一章 光學(xué)材料, 1-7 光學(xué)塑料 一、光學(xué)塑料的組成及種類 （一）組成 在樹脂中添加增強劑、增塑劑、穩(wěn)定劑和潤滑劑等。塑料的基本性質(zhì)，主要取決于樹脂的性質(zhì)，添加劑對改善塑料的性能起著重要作用。

23、,第一章 光學(xué)材料,（二）分類 光學(xué)塑料按其性質(zhì)分為：熱塑性塑料：是線性分子鏈結(jié)構(gòu)。 熱固性塑料：是網(wǎng)狀分子鏈結(jié)構(gòu)。 1、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA） 高度透明，對可見光的透過率高達92%，并能透過73%的紫外光。它的折射率為1.492，與冕牌玻璃相近，故稱王冕塑料。 缺點：表面硬度低、易劃傷。 優(yōu)點：沖擊強度高、不易碎、質(zhì)輕、價格低、已成型。 成型方法：澆注成型法、注射成型法、機械加工成型法、熱成型法。,第一章 光學(xué)材料,2、聚苯乙烯 它的折射率為1.591。與火石玻璃相近，故稱火石塑料。 缺點：強度低，耐熱性差。 優(yōu)點： 自由著色、無臭無味無毒、吸濕性小。 3、烯丙基二甘醇碳酸脂 （CR3

24、9） 是目前使用的唯一的熱固性光學(xué)塑料，通常采用澆鑄成型。 缺點：收縮率大、價格貴。 優(yōu)點：耐磨、抗沖擊、抗化學(xué)腐蝕性強。 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。 可調(diào)其2者的成份，成份不同折射率不同。,第一章 光學(xué)材料,二、光學(xué)塑料的優(yōu)缺點 優(yōu)點： 1比重小 光學(xué)塑料的比重在0.83-1.4之間，而光學(xué)玻璃為2.5-4.7。 2耐沖擊強度高 3透紅外、紫外性能好 4耐溫度驟變能力強 5易成型、成本低 缺點： 1熱膨脹系數(shù)高，吸水性大 2硬度低、易劃傷 3光學(xué)常數(shù)選擇范圍有限 4耐溶劑性能差,第二章 光學(xué)零件加工的技術(shù)要求, 2-1 光學(xué)零件及零件圖 一、光學(xué)零件

25、種類 1、透鏡,第二章 光學(xué)零件加工的技術(shù)要求,2、棱鏡： 3、平面鏡：分劃板、度盤、碼盤,第二章 光學(xué)零件加工的技術(shù)要求,表面作用： 工作表面：有效表面，它用于光的透射、反射、改變光束方 向或會聚光線等方面。 輔助表面：用于連接、支撐和固定的，又稱裝夾或安裝表面。 自由表面：用于零件的夾緊或在完成零件基本加工后，為限 制零件的形狀和尺寸，去掉多余材料得到的表面。 二、光學(xué)零件圖 在光學(xué)零件圖中要反映以下內(nèi)容： 反映出零件的幾何形狀、結(jié)構(gòu)參數(shù)和公差； 反映出對光學(xué)材料的質(zhì)量要求； 反映出對光學(xué)零件加工精度和表面質(zhì)量的要求。,第二章 光學(xué)零件加工的技術(shù)要求,第二章 光學(xué)零件加工的技術(shù)要求,第二章

26、 光學(xué)零件加工的技術(shù)要求,第二章 光學(xué)零件加工的技術(shù)要求,1、反映零件的幾何形狀、結(jié)構(gòu)的主要尺寸 （1）透鏡 表面曲率半徑R；曲率中心位置；透鏡的中心厚度d； 邊緣厚度t；透鏡外圓直徑D；有效孔徑D0； 倒角的位置、角度和寬度等。 （倒角分工藝性倒角和裝配性倒角）,o1,o2,第二章 光學(xué)零件加工的技術(shù)要求,（2）棱鏡 棱鏡各面間的夾角； 棱鏡的厚度和高度； 倒角和成形截面的位置、角度 和寬度等。 2、對光學(xué)材料質(zhì)量指標和光學(xué)零件加工的要求 （1）光學(xué)材料質(zhì)量指標 7項,第二章 光學(xué)零件加工的技術(shù)要求,（2）光學(xué)零件加工要求 透鏡 光圈數(shù)N；局部光圈數(shù)N； 中心偏差C；樣板精度R； 表面疵病等

27、級B；光學(xué)零件的氣泡度q 。 棱鏡 N、N、B、q；光學(xué)平行差、； 角度誤差；兩相同角度差值（如45）；尖塔差； 平行平面的平行度公差；屋脊棱鏡的雙象差；有效孔徑。,第二章 光學(xué)零件加工的技術(shù)要求,3、其它技術(shù)要求 如鍍膜、刻劃及某些面的粗糙度要求等。 增透膜 外反光膜 內(nèi)反光膜 分光膜 濾光膜 防水膜 保護膜 光熱膜 感光膜,第二章 光學(xué)零件加工的技術(shù)要求, 2-2 光學(xué)玻璃的要求 一、對折射率和色散系數(shù)的要求 五類四級 二、對光學(xué)均勻性的要求 四類 三、對應(yīng)力雙折射的要求 五類 四、對光吸收的要求 八類 五、對條紋度的要求 四類3級 六、對氣泡度的要求 三類7級,第二章 光學(xué)零件加工的技術(shù)

28、要求, 2-3 對光學(xué)零件的要求 一、對光學(xué)樣板的要求 （R） 光學(xué)樣板半徑所允許的半徑偏差R， 根據(jù)其大小分為A、B兩級。它不僅能 檢查R的大小，還能檢查R的變化。,第二章 光學(xué)零件加工的技術(shù)要求,二、對光圈數(shù)N和局部光圈N的要求 零件表面與樣板表面之間存在的偏差， 用兩表面間空氣隙所產(chǎn)生的干涉條紋 數(shù)N和N表示。 N表示整個表面的面形偏差； N表示零件表面的局部偏差。 N1=3，N1=0.3 N2=2，N2=0.2,第二章 光學(xué)零件加工的技術(shù)要求,第二章 光學(xué)零件加工的技術(shù)要求,三、對透鏡中心偏差的要求 C 1、定義：指透鏡外圓的幾何軸與光軸在曲率中心處的偏離量，用C表示。中心偏差會使軸上

29、象點產(chǎn)生慧差、象散等象差。,第二章 光學(xué)零件加工的技術(shù)要求,四、對透鏡的厚度公差和空氣間隙的要求 厚度公差的最小單位 0.01。,空氣間隙,第二章 光學(xué)零件加工的技術(shù)要求,五、對表面疵病的要求 光學(xué)零件的表面疵病，系指拋光后的光學(xué)表面存在的麻點、劃痕、開口氣泡和破邊等，用符號B表示。 六、對光學(xué)零件氣泡度的要求 標注方法有三種： 1、只規(guī)定氣泡大小，不限數(shù)量。 如q =0.01，表示整個表面只允許直徑小于0.01mm的氣泡，數(shù)量不限。,第二章 光學(xué)零件加工的技術(shù)要求,2、分區(qū)限制氣泡的大小與數(shù)量 如q =(2)0+(10)0.013+0.025。 小于2mm：不允許有氣泡； 210mm：d0.

30、01mm的氣泡， 少于3個； 10mm以外：d0.02mm的氣泡至多5個。 3、限制在一定面積內(nèi)，所允許的氣泡總面積 如q =0.5/7。 又如 q =0.6D0,第二章 光學(xué)零件加工的技術(shù)要求,七、棱鏡的制造公差 棱鏡的制造誤差包括：平面制造誤差、外形尺寸誤差和角度制 造誤差。 重要控制等效平行玻璃板的平行差： 在光軸截面方向的偏差稱為第一光學(xué)平行差，用表示。 垂直光軸截面方向上的偏差稱為第二光學(xué)平行差，以表示。,第二章 光學(xué)零件加工的技術(shù)要求,八、平板零件平行度公差 九、光楔角度公差,第二章 光學(xué)零件加工的技術(shù)要求, 2-4 加工余量 一、基本概念 概念：為了獲得所需的一定零件形狀、尺寸和

31、表面質(zhì)量，在加 工過程中，必須從玻璃毛坯上磨去一定的玻璃層。此玻 璃層（或其它材料層），通常稱為加工余量。 二、分類 （一）線性尺寸余量 （二）角度余量 三、組成 （1）鋸切余量：依據(jù)金剛石鋸片厚度確定余量。,第二章 光學(xué)零件加工的技術(shù)要求,（2）滾圓余量： 24mm （3）整平余量： 0.51mm （4）厚度和平行度修磨余量 1mm/面（棱鏡、平面鏡） （5）粗磨余量 （6）精磨拋光余量 （7）定中心磨邊余量,第二章 光學(xué)零件加工的技術(shù)要求,四、確定加工余量的原則 破壞層n=凹凸層+裂紋層 拋光后，裂紋深度小于/4，否則發(fā)生反射或者折射現(xiàn)象。,第二章 光學(xué)零件加工的技術(shù)要求,五、各工序余量的

32、計算 1、鋸切余量 鋸切余量與鋸片的厚度、側(cè)向 振動、鋸切深度等因素有關(guān)。 一般可按經(jīng)驗公式計算確定： 式中 A鋸切余量； 鋸片的厚度； 鋸片轉(zhuǎn)動時的振動余量。 當鋸切深度 B 10mm時，1.5； 10B 65mm時，取2.0； B65mm時，取2.5。,第二章 光學(xué)零件加工的技術(shù)要求,2、粗磨余量 表面粗糙度達180#砂眼，單面手修余量0.30mm； 240# 0.20mm； 280# 0.10mm。,第二章 光學(xué)零件加工的技術(shù)要求,3、研磨、拋光余量 當零件直徑（邊長）d10mm，單面余量為0.200.25mm。 4、定心磨邊余量 最少0.6mm，最多3.0mm。 六、光學(xué)零件毛坯尺寸的

33、計算 雙凸透鏡： 雙凹透鏡： 彎月透鏡：,第三章 光學(xué)零件的毛坯生產(chǎn),塊料毛坯（小批量） 毛坯是光學(xué)零件的初型： 型料毛坯（大批量） 棒料毛坯 3-1 塊料毛坯生產(chǎn) 塊料毛坯是用玻璃塊加工而成的毛坯。 主要加工工序有：鋸切、整平、劃割、 滾圓、開球面。 一、鋸切 玻璃的切割主要采用金剛石鋸料機。,第三章 光學(xué)零件的毛坯生產(chǎn),按其進給機構(gòu)的特點，可分為重錘進給、絲杠進給和液壓進給三種。 （一）重錘進給 重錘進給又稱彈性進給。鋸料機的重錘進給機構(gòu)工作原理如圖。 （二）絲杠進給 絲杠進給又稱剛性進給。機構(gòu)工作原理如圖。,第三章 光學(xué)零件的毛坯生產(chǎn),（三）液壓進給 介于彈性進給和剛性進給之間。液壓進給

34、機構(gòu)傳動平穩(wěn)，適合精密下料。鋸切的線性尺寸精度可達0.05mm，角度精度可達5。 常用的金剛石鋸片有外圓鋸料機上用的燒結(jié)金剛石鋸片（如左圖）和內(nèi)圓切割機上用的電鍍金剛石鋸片（如右圖）兩種。,第三章 光學(xué)零件的毛坯生產(chǎn),二、整平 整平是把鋸切后的壞料不平整的表面磨平，并修磨厚度和兩面的平行度，或修磨角度等。 整平的方法： 散粒磨料研磨和金剛石磨輪銑磨兩種。 三、劃割 常采用金剛石玻璃刀（或滾刀）進行 劃割加工。,第三章 光學(xué)零件的毛坯生產(chǎn),四、滾圓 圓形零件的毛坯，整平后膠成長條進行磨外圓，稱作滾圓。 常用方法有：在平磨盤上用散粒磨料滾圓。 在外圓磨床上用砂輪磨外圓。 五、開球面 透鏡毛坯的開球

35、面，是將滾圓后的毛坯磨成 球面，使其達到零件粗磨完工后的曲率半徑 和中心厚度的要求，所以開球面亦稱粗磨。 開球面有兩種方法: 散粒磨料研磨法 金剛石磨輪銑磨,第三章 光學(xué)零件的毛坯生產(chǎn),球面曲率半徑的檢驗: 金屬弧形樣板檢驗 貼置模檢查擦貼度 厚度: 用千分尺測量； 表面粗糙度: 用肉眼觀察，無砂眼和擦痕即可。,第三章 光學(xué)零件的毛坯生產(chǎn), 3-2 型料毛坯的生產(chǎn) 光學(xué)玻璃零件的型料毛坯加工方法有：熱壓成型、澆鑄成型等多種方法。 熱壓成型毛坯的主要工藝過程包括：備料、加熱、壓制成型、退火。 一、備料 通過計算重量、下料、修選、滾磨等工序，制成熱壓成型的坯料。 二、加熱拍型 加熱是使坯料升溫到塑

36、性變形溫度，以便軟化成型。,第三章 光學(xué)零件的毛坯生產(chǎn),三、壓制成型 料軟化拍型后，即可送到壓力機上的 壓模內(nèi)壓制成型。根據(jù)毛坯直徑大小不 同，壓制時間一般在0.53s之間。 四、退火 退火的目的：為了消除玻璃在熱壓成型過程中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力和 光學(xué)常數(shù)的不均勻性。 退火可分為粗退火和精密退火兩個階段。,第三章 光學(xué)零件的毛坯生產(chǎn),1、粗退火 粗退火是為了防止剛脫模的壓型毛坯因急冷而變形炸裂。 粗退火的方式有兩種：電爐退火和草灰退火。 2.精密退火 目的：使同一批玻璃的每塊毛坯，達到光學(xué)常數(shù)的高度一致性。,第三章 光學(xué)零件的毛坯生產(chǎn), 3-3 棒料毛坯的生產(chǎn) 一、棒料的成型 二、用棒料生產(chǎn)毛坯 用

37、棒料生產(chǎn)毛坯的一般工藝過程為：切割、開球面。,第三章 光學(xué)零件的毛坯生產(chǎn),棒料的切割可采用如下方法： 1、內(nèi)圓切割法 2、單鋸片多棒切割法,第三章 光學(xué)零件的毛坯生產(chǎn),3、排鋸切割法,第四章 光學(xué)零件的粗磨,目的: 是將塊料或型料毛坯加工成具有一定幾何形狀、尺寸精 度和表面粗糙度的工序。 粗磨的方式：散粒磨料加工法 固著磨料加工法 4-1 散粒磨料粗磨 散粒磨料粗磨是指用金剛砂和水攪拌而成 的磨料在磨盤對玻璃工件進行的粗加工。 一、加工原理 仿型法,第四章 光學(xué)零件的粗磨,1、粗磨球模形狀：磨凸面零件用凹球磨 磨凹面零件用凸球磨 2、粗磨工序 粗磨球面一般要用從粗到細三道磨料加工。 第一道磨料

38、粒度的選擇要根據(jù)加工工件弧高大小而定。 單件弧高大于1mm時，第一道磨料粒度粗于180#； 單件弧高在0.41mm時，選用180磨料； 單件弧高小于0.4mm時，選用240#或280#磨料。 第二道、第三道粗磨磨料力度選擇比第一道磨料粒度要依次減小1、2個粒度號。粗磨完后表面粗糙度要求達1.6m，相當于W40或W28磨料加工的表面。,第四章 光學(xué)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為鑄鐵。 三道磨料不同，三道球模曲率半徑也不一樣。 3、粗磨檢驗 在粗磨過程中應(yīng)隨時檢查偏心量和厚度公差。,第四章 光學(xué)零件的粗磨,檢驗：檢驗點 對凸球面 檢驗環(huán) 對凹球面 凸球面

39、零件：第一道砂完后，中心留24mm圓臺。 第二道砂完后，檢驗點被磨去自身直徑的1/22/3 。 第三道砂完后，檢驗點消失，查看擦貼度是否達1/22/3 。 凹球面零件：第一道砂完后，檢驗環(huán)寬度大于1mm。 第二道砂完后，檢驗環(huán)寬度大于0.3mm。 第三道砂完后，檢驗環(huán)消失，查看擦貼度是否達1/22/3 。,第四章 光學(xué)零件的粗磨,二、散粒磨料研磨機理 主要是尖硬的磨料顆粒對玻璃表 面的機械破碎去除過程，水解作 用是次要的。 注意：在加工過程中，首先起作用是粒度較大的磨料顆粒， 大致占所加磨料的15%左右 璃被去除的同時，磨盤表面也會有微量的磨損， 研磨中水的作用，一是均勻分布磨料的作用；二是冷

40、 卻作用；三是水解作用。,第四章 光學(xué)零件的粗磨, 4-2 球面銑削加工 銑削加工，又稱范成法加工。所謂范成法是利用磨輪刃口軌跡包絡(luò)面成型球面的方法。是一種固著磨料加工方法。,第四章 光學(xué)零件的粗磨,一、球面銑削原理 條件：金剛石磨輪刃口通過工件頂點。 磨輪軸線和工件軸線相交于O點。 兩軸夾角為。 磨輪繞自身軸高速旋轉(zhuǎn)，工件繞自身軸低速轉(zhuǎn)動。,第四章 光學(xué)零件的粗磨,二、磨削機理 概括地講，磨削是一種脆性材料的多刀刃切削去除過程。 當在金剛石棱尖施加一定的壓力，并沿玻璃滑動時，玻璃表面將被破壞，出現(xiàn)一個具有一定寬度和一定開裂角的劃痕，同時在劃痕下面有一深入玻璃表面內(nèi)部的裂紋。,第四章 光學(xué)零件

41、的粗磨, 4-3 球面銑削加工 一、磨料 （一）種類 主要的天然磨料有：金剛石、剛玉（Al2O3）和金剛砂等。 常用的人造磨料有：人造金剛石、人造剛玉、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。其莫氏硬度為9.59.75。 （二）粒度 磨料的粒度是指其顆粒的大小。 分為篩選法和水選法。 篩選法：粒度號用一英寸長度上有多少個篩孔數(shù)來命名的。 如60粒度，是指一英寸長度上有60個篩孔，依次類推。,第四章 光學(xué)零件的粗磨,水選法： 其粒度號表示磨料的實際尺寸。 如W20，表示該號微粉的顆粒上限尺寸為20m。 二、磨具 （一）金剛石磨具特征標志 （

42、1）磨料種類：人造金剛石磨料，標志為JR， 天然金剛石磨料，標志為JT。 （2）粒度：常用80W5。 （3）硬度：常用Z（中），ZY（中硬），Y（硬）。 （4）濃度：常用25%，50%，70%，100%。 （5）結(jié)合劑：有樹脂結(jié)合劑（S），青銅結(jié)合劑（Q）， 陶瓷結(jié)合劑（A），電鍍結(jié)合劑（D）。,第四章 光學(xué)零件的粗磨,（6）形狀：有平行輪（P）、薄片輪（PB）、杯形輪（B）、碗形一號 輪（BW1）、碗形二號輪（BW2）、蝶形一號輪（D1）、 蝶形二號輪（D2）、單面凹輪（PDA）、雙面凹輪 （PSA）、簡形輪（NP，NH）、切割輪（PBG）等。 （7）外徑：代號D （8）厚度：代號H （9）

43、孔徑：代號d （10）金剛石層環(huán)厚：代號b （11）金剛石層層厚：代號h （12）金剛石角度：代號,第四章 光學(xué)零件的粗磨,（二）金剛石磨具特性參數(shù)的選擇 1、粒度 金剛石磨具的粒度對磨削效率和表面粗糙度的影響正好相反。 一般銑削用的磨具粒度，范圍在80120。 2、結(jié)合劑 目前，國內(nèi)外使用四類結(jié)合劑。耐磨性由弱到強的順序為：樹脂結(jié)合劑；陶瓷結(jié)合劑；金屬結(jié)合劑；電鍍結(jié)合劑。 3、硬度 磨輪的硬度是指磨具表面的磨粒在外力作用下脫落的難易程度。,第四章 光學(xué)零件的粗磨,4、濃度 濃度：是指在磨具金剛石層內(nèi)每立方厘米的體積內(nèi)含有金剛石 的重量。規(guī)定每立方厘米中含有4.4克拉金剛石作為 100%濃度。

44、 4-4 銑磨加工中的工藝參數(shù)的選擇 一、磨頭轉(zhuǎn)速 磨頭轉(zhuǎn)速是由機床性能決定的。 CG2.0、CG-W100S、CG-W30S、LOH廠的RF1、RF2。 磨輪邊緣線速度又稱磨削速度，其速度在1235m/s，磨削效果較好。,第四章 光學(xué)零件的粗磨,二、工件轉(zhuǎn)速 工件線速度實際上是進給速度. 一般選150250mm/min較為合理。 三、銑磨深度 銑磨深度是指工件轉(zhuǎn)動一周的吃刀量。 四、冷卻液 1、作用 冷卻液具有冷卻、潤滑和清洗作用。 2、種類 水溶性冷卻液、乳化液冷卻液、油性冷卻液。,第四章 光學(xué)零件的粗磨, 4-5 銑削球面幾何形狀精度分析 銑磨球面的幾何形狀誤差，包括球面曲率半徑誤差和厚

45、度誤差。 一、影響球面曲率半徑精度的誤差 （一）角度調(diào)整誤差和磨輪刃口尺寸誤差 （1）d0(即比理論值大)，則曲率半徑R減?。环粗畡t反。 （2）d一定時，愈?。碦愈大），dR愈大。 （3）磨輪r誤差dr對曲率半徑的影響是：對凸球面，r增大（刃口變鈍），R減??；對凹球面，r增大，|R|增大； （4）磨輪中徑Dm的誤差dDm對曲率半徑誤差的影響是dDm0,則|R|增大。 （5）當d、dr和dDm為一定時，越大，dR越小。,第四章 光學(xué)零件的粗磨,（二）中心調(diào)整誤差的影響 中心調(diào)整誤差是指經(jīng)過角度調(diào)整之后，磨輪端面刃口并未正好處于工件表面中心，而存在一定的偏離差。 外包 內(nèi)包,第四章 光學(xué)零件的粗

46、磨,（三）磨輪軸與工件軸共面調(diào)整誤差 銑磨機使用時，一般不作磨輪軸與工件 軸共面誤差的調(diào)整，而由機床裝校保證。 如果存在磨輪軸與工件軸的共面誤差h， 球面方程將變?yōu)楦叽吻€的回轉(zhuǎn)面。 （四）磨輪軸和工件軸徑向跳動的影響 徑向跳動的影響，將使工件表面產(chǎn)生非球面誤差。 磨輪軸與工件軸徑向跳動允差在0.0050.01mm范圍內(nèi)，對球面半徑精度影響不大。,第四章 光學(xué)零件的粗磨,二、影響透鏡中心厚度誤差的因素 （一）磨輪軸和工件軸軸向跳動的影響 一般銑磨機兩軸的軸向跳動量均為0.005mm。因此，軸向跳動影響的最大誤差是0.01mm。 （二）夾具精度對透鏡中心厚度的影響 主要是由于夾具制造誤差和對夾具

47、使用不當造成的。 4-6 銑磨球面產(chǎn)生的表面疵病 銑磨球面產(chǎn)生的表面疵病常見的有： 菊花紋（細密振紋）、寬疏菊花紋、麻點、擦貼圈有缺口（或 中間環(huán)帶脫空）和球面偏心等。,第四章 光學(xué)零件的粗磨,一、菊花紋和寬疏菊花紋 （一）菊花紋 產(chǎn)生原因：是磨頭誤差與振動影響造成的， 磨頭預(yù)緊力的大小對菊花紋也有一定影響。 判斷內(nèi)包與外包： （二）寬疏菊花紋 產(chǎn)生原因：工件主軸的軸向竄動。,第四章 光學(xué)零件的粗磨,二、麻點 產(chǎn)生原因：磨輪線速度選擇不當，進刀速度 與工件轉(zhuǎn)速配合不好。 三、幾何形狀的疵病 （一）擦貼環(huán)帶有缺口 產(chǎn)生原因：光刀時間不夠或者密封圈過厚。 檢驗方法： 金屬樣板卡工件被加工表面 擦貼

48、度法 簡易球徑儀測失高檢查被加工表面,第四章 光學(xué)零件的粗磨,（二）擦貼環(huán)帶脫空 產(chǎn)生原因：機床工件主軸軸線與磨頭軸線不相交。 一般兩軸線不相交允差0.03mm。 （三）球面偏心 產(chǎn)生原因：夾具定位面的偏心。,第四章 光學(xué)零件的粗磨,作業(yè)： 1、繪圖說明凹球面銑削成型原理，推導(dǎo)計算角公式。 2、雙凸透鏡，外徑20mm，R=24.21mm，d=8mm，磨輪外徑23mm，內(nèi)徑15mm，r=2mm，求？,第五章 光學(xué)零件的精磨,目的：減小零件表面的凹凸層深度，并提高其均勻性； 進一步改善零件表面的面形精度及有關(guān)尺寸精度，以 滿足拋光對零件表面結(jié)構(gòu)和形狀的要求。 方法：散粒磨料精磨、固著磨料精磨。 5

49、-1 散粒磨料精磨,第五章 光學(xué)零件的精磨,光學(xué)零件的精磨一般用兩道砂，即用兩種粒度不同的磨料。 若第一道砂的磨料粒度為W28，第二道砂的磨料粒度則為W14。 有些特殊零件需要三道或四道砂，磨料粒度可選用W28、W14、W10、W7等。 精磨工藝因素主要包括如下幾點： 精磨模與鏡盤的相對尺寸； 頂針的擺幅； 頂針的前后伸縮量； 主軸轉(zhuǎn)數(shù)與頂針擺速。,第五章 光學(xué)零件的精磨, 5-2 金剛石高速精磨 一、金剛石高速精磨磨具 金剛石高速精磨磨具是采用金剛石 精磨片，按一定的排列方式，用膠 粘結(jié)在磨具基體上，并通過修磨而 成。,第五章 光學(xué)零件的精磨,（一）球面金剛石精磨模的形式 無論是凸精磨模還是

50、凹精磨模。均由 精磨片、粘結(jié)劑和磨具基體構(gòu)成。 （二）球面金剛石精磨模的曲率半徑 取被加工球面拋光完工后的曲率半徑名義尺寸。并按精磨后 的光圈比拋光完工后的光圈低幾道光圈來修磨曲率半徑。 一 般高速精磨預(yù)留35N，散粒磨料精磨預(yù)留510N。 凸球面：RcmRtmRjm1Rjm2Rpm 凹球面：RcmRtmRjm1Rjm2Rpm,第五章 光學(xué)零件的精磨,（三）精磨模與鏡盤的相對位置和相對尺寸 1、精磨模與鏡盤的相對位置 散粒磨料精磨，將凸面的安裝在機床主軸上。 金剛石高速精磨，將金剛石磨具安裝在機床主軸上。 2、精磨模與鏡盤的相對尺寸,第五章 光學(xué)零件的精磨,3、精磨模的基體曲率半徑 公式中凸模

51、取“-”號，對凹模取“+”號。 二、精磨片特性參數(shù)的選擇 （一）粒度的選擇 在高速精磨中，要求金剛石磨具既有較高的磨削效率，又能得到較好的表面粗糙度。 第一道精磨，采用的金剛石磨片粒度為W28或W20為宜； 第二道精磨，采用W10或W7為宜。 如果只用一道精磨，則以W14為宜。,第五章 光學(xué)零件的精磨,（二）濃度的選擇 濃度過低或過高對于精磨效率和質(zhì)量影響都不利。最合適的濃 度，國內(nèi)外很不統(tǒng)一。國內(nèi)為3050%；國際上定為45%。 （三）磨片的結(jié)合劑 在高速精磨中，國內(nèi)外普遍采用金屬結(jié)合劑，它包括青銅結(jié)合 劑，鋼結(jié)合劑等。國內(nèi)主要采用青銅結(jié)合劑。 （四）精磨片的形狀和尺寸 精磨片的形狀：一般為

52、圓形，國外也有矩形（蘇聯(lián)）。圓形有 平、凸、凹三種形式。 精磨片的尺寸：主要指磨片的直徑和厚度。此外，還有金剛石 層厚度和曲率半徑等。,第五章 光學(xué)零件的精磨,精磨片的直徑：取決于精磨模的曲率半徑、口徑和鏡盤的直徑。 精磨片的厚度：主要取決于精磨片直徑。 （五）覆蓋比的選擇 覆蓋比：指排列在磨具上的精磨片表面積之和與磨具整個球缺 表面積之比。 Z精磨片的數(shù)目；Ap每片精磨片的面積；AW磨具球缺表面積。,第五章 光學(xué)零件的精磨,覆蓋比的選擇，主要取決于磨具的曲率半徑。 （六）精磨片的排列方式 應(yīng)滿足以下要求：保證磨具的形穩(wěn)性；不應(yīng)產(chǎn)生死點，冷卻液暢通無阻，以利散熱和排屑。 1、同心圓排列 兩種情

53、況：一種是在各同心圓上，相臨兩精磨 片錯開圓周線排列，即徑向有重疊；另一種情 況是在不同圓周上精磨片排列間隙不等。 2、螺旋線排列,第五章 光學(xué)零件的精磨,例題：雙凸透鏡R=24.21mm，鏡盤口徑42.00mm，一道模精磨模，設(shè)計高速精磨磨具。 一、對磨片的設(shè)計 1、粒度：W14 2、濃度：40%（30%50% ） 3、結(jié)合劑：青銅結(jié)合劑 4、精磨片的形狀和尺寸： 形狀：圓柱形 尺寸：6 x 3.5mm（查表）,第五章 光學(xué)零件的精磨,5、覆蓋比：取=40% （查表） 計算磨片數(shù)量 6、排列方式： 同心圓排列，且中心疏邊緣密,第五章 光學(xué)零件的精磨,二、對基體的設(shè)計 1、精磨盤對鏡盤的位置：

54、 磨具在下。 2、相對尺寸：D精=1.1D鏡=46.2 3、精磨盤的曲率半徑：,第五章 光學(xué)零件的精磨, 5-3 球面金剛石模具的理想磨耗規(guī)律 磨耗比：治模具與玻璃相磨，模具磨損量與玻璃去除量的比值。 鑄鐵和玻璃相磨，磨耗比為1：100；金剛石磨片的為1：3000。 一、金剛石磨片磨耗量與摩擦功的關(guān)系 金剛石磨片的磨耗，主要是機械作用的結(jié)果，即金剛石顆粒的 磨損、折斷、脫落和結(jié)合劑的磨耗。 實驗表明： 在一定壓強范圍內(nèi)，磨片的磨耗量與壓強成正比； 在一定速度范圍內(nèi)，磨耗與相對磨削速度大小成正比； 在玻璃原始表面粗糙度相同情況下，磨片的磨耗量與有效磨削時間成正比。,第五章 光學(xué)零件的精磨,由普雷

55、斯頓假說提出的公式計算： 上式說明 ，模具上某點的磨耗量 與該點所承受的摩擦功成正比。 二、球面金剛石模具的理想磨耗規(guī)律 理想磨耗：如果模具磨損后的表面與磨損前 的表面具有相同的曲率半徑。,第五章 光學(xué)零件的精磨,在理想磨耗情況下，磨具表面上各點摩耗量之間的余弦關(guān)系， 所以我們又把理想磨耗規(guī)律稱作余弦磨耗規(guī)律。 如何實現(xiàn)理想磨耗呢？主要有兩個途徑： （1）在給定速度和壓力分布的情況下設(shè)計磨具，使磨片的排列和分布滿足余弦磨耗規(guī)律； （2）在磨具已定的情況下，選擇適當?shù)乃俣群蛪毫Ψ植寂c磨具相匹配，從而達到余弦磨耗之目的。,第五章 光學(xué)零件的精磨, 5-4 金剛石高速精磨中的冷卻液 金剛石高速精磨冷

56、卻液具有四大作用：冷卻、潤滑、清洗和化 學(xué)作用。 一、冷卻作用 冷卻作用：是指冷卻液流經(jīng)磨具和工件表面時，吸收和帶走熱 量的能力。 在一切液體中，水的比熱最大，其值為油類的23倍； 在標準大氣壓下沸騰時，水的蒸發(fā)熱是油類的715倍； 水的導(dǎo)熱系數(shù)是油類的35倍。,第五章 光學(xué)零件的精磨,二、潤滑作用 潤滑作用：是指它減少金剛石磨具與工件接觸面摩擦的能力， 即減小磨削阻力和磨具磨損的能力。 三、清洗作用 清洗作用：主要指它能否及時清除加工中產(chǎn)生的玻璃碎屑和磨 具碎屑的能力。 四、化學(xué)作用 目前，國內(nèi)外在高速精磨中廣泛使用的冷卻液是以水為主體，再加入少量的三乙醇胺、甘油、硫酸鎳等，組成三乙醇胺水，

57、甘油水，三乙醇胺甘油水等水溶性的冷卻液。,第五章 光學(xué)零件的精磨,1、冷卻液對金剛石磨具的化學(xué)自銳作用 金剛石精磨片中的結(jié)合劑銅，能與空氣中的二氧化碳、氧和冷 卻液中的水生成兩種堿式碳酸銅： 一種叫銅綠CuCO3Cu(OH)2H2O，另一種叫藍色石青2CuCO3Cu(OH)2。 2、冷卻液對二氧化碳的吸收作用 玻璃水解后，除生成硅酸凝膠薄膜外，還生成氫氧化鈉，它與空氣中的二氧化碳作用，生成碳酸鈉，這種鹽類會對玻璃表面產(chǎn)生腐蝕作用。,第五章 光學(xué)零件的精磨, 5-5 光學(xué)零件的上盤 一、平行平面上盤 （一）松香蜂蠟?zāi)z上盤法 方法一： 先將粘結(jié)模擦干凈，加熱后涂上一層 粘結(jié)膠，再放上已預(yù)熱工件，加一定壓 力擠出多余的膠。 特點：這種方法常用于粗磨過程的上盤及光圈平行度要求不高 的零件精磨上盤。,第五章 光學(xué)零件的精磨,方法二： 先將粘結(jié)模擦干凈，然后放上擦凈 的工件，將粉末狀的粘膠撒在零件的 縫隙處，加熱粘結(jié)模，使粘結(jié)膠融化 從零件邊緣滲入。 優(yōu)點：操作方便。 缺點：平行度不高，不適用于面型精度較高的薄片。,（二）點膠上盤法 加熱工件到能粘住粘結(jié)條