光学零件加工技术

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
心部分。若凸凹对修，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部分。
修磨皿的技巧
若凸凹对修，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部分。 若凸凹对修，应将凸在下，凹在上， 摆幅要大，约为凹磨的1/2。
表面结构对精磨过程的影响
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？
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。
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，
采用氧化铈与水的重量之比为1：5或 稍稀。
抛光剂（研磨粉）的影响
研磨液的浓度与理想值不符， 将导致研磨效率的降低。
当浓度过高时，研磨效率反而 降低，因为水量不足，导致热量难 以散发。
抛光剂（研磨粉）的影响
过多的研磨粉堆积在玻璃表 面上，研磨压力不能有效地挥作 用。
• 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。
球面研磨对镜盘的考虑
刚性上盘
• 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）
• 承座（定位孔）轴线与球面法线重 合、深度一致；
球面研磨对镜盘的考虑
• 曲率半径与被粘结面曲率半径要合 理
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。
保持粗磨皿曲率半径不变或少变， 就应采取：
合理选择工治具
凡是位于上面的治具总要比下 面治具的尺寸小，这是因为上面 治具要摆动的关系。
影响表面光洁度的因素
抛光过程中有时会在镜片表面产生油斑 似的东西，这与玻璃的化学稳定性、抛 光粉的性能、抛光模得到吻合情况有关， 可以在抛光粉悬浮液中加少量硫酸锌加 以消除（约每升6克）。
在用原器（样板）检验镜片表面光圈 时，如果没有仔细地将原器（样板）和 镜片表面擦干净，也容易使镜片表面受 到损伤。
序言
球面光学零件现行加工技术 三大 基本工序为： • 范成法原理的铣磨（切削） • 压力转移原理的高速粗磨 • 压力转移原理的高速抛光。
序言
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。
序言
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。
假如上面治具尺寸与下面治具 的尺寸相同，上面治具的边缘磨 削机会太少，上面治具有翘边的 趋势。
合理选择工治具
假如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，上面治具在摆动过 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。
合理选择工治具
假如上面治具尺寸比下面治 具的尺寸大，则在摆动时，下 面治具的边缘露出的机会又会 太少，下面治具的边缘磨损过 甚，下面治具有塌边的趋势。
八、抛光剂（研磨粉）的影响
研磨粉对不同类型的光学 材料,或光学材料相同但表面 质量要求不同的光学零件有 着不同的影响。
抛光剂（研磨粉）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结构不 同，其研磨能力不同；
抛光剂（研磨粉）的影响
当浓度过低时，则表面温度下 降，同时减少微小切削作用。
抛光剂（研磨粉）的影响
（2）研磨液的供给量 在一定工艺条件下，使研磨
效率最高所需的研磨液用量， 称为研磨液的适中量。研磨时 应保持适中的研磨液供给量。
抛光剂（研磨粉）的影响
抛光液参数 液温低易起划痕，过高易使抛光层变
形，一般控制在30~38℃之间，流量为 900~1000L/min ，PH值为3~9。
不同制法的氧化铈，其研磨效率 不同, 相同制法而得的研磨粉，经过 烧制工艺处理后,其研磨能力比未经 过烧制工艺处理的高。
抛光剂（研磨粉）的影响
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。硬度太大会在玻璃表 面产生擦痕，硬度太低会将低研 磨效率。
抛光剂（研磨粉）的影响
（1）研磨液的浓度 对于氧化铁（红粉）研磨液，采用
修磨皿的技巧
镜片光圈粗（偏正），则应 多磨削凸磨皿的中心部分。若凸 凹对修，应将凹在下，凸在上， 摆幅要大，约为凸磨的1/3。
10°,右结果好坏受许多因素影响： 工件的粗糙度 空气的温度及相对湿度 空气含尘量 玻璃种类 零件大小
影响抛光的因素
• 零件与治具大小比列 • 抛光剂的性质 • 工作轴转速 • 摆动的频率、摆幅及摆幅中心位置 • 抛光面的温度、压力 • 抛光剂的输入量及温度
• 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。
• 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。
表面结构对精磨过程的影响
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。
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。
准球心法和传统法较
加压采用弹簧或气压方式，压 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。
球面研磨对镜盘的考虑
• 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。
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。
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。
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，达到吸水平衡的时间差别很大， 所以，在修模前应把抛光模放在抛光 液中浸泡，达到吸水平衡后再修模否 则，会引起抛光模的面形变化；
表面结构对精磨过程的影响
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。
影响表面光洁度的因素
镜片边缘有砂眼一种是因为细磨后光 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 另一种是因为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 表面有粗砂眼则往往是细磨不充分所造 成。
光学零件加工技术
邬 建生
目
录
序言
一、传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
目
录
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
目
录
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
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。
范成法
其特点： （1）用环状面接触的球模加工， 按加工轴轮对工件轴所成 的夹角确定工件表面形状； （2）机床的精度和调整对加工 质量起着很大的着用。
抛光剂（研磨粉）的影响
光学研磨中，添加在研磨液中能 够改变研磨工艺性能的物质，称为添 加剂。使玻璃稳定，减少对腐蚀的敏 感，从而进一步改善光学表面质量 的，称为稳定剂。
添加剂
对氧化铁研磨液，能提高研磨效 率和改善光学表面质量的添加剂：
硝 酸 锌 [Zn(NO3)2] 、 硫 酸 锌 [ZNSO4]、
抛光剂（研磨粉）的影响
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，则表面温度下降，不利与 化学作用，同时使吻合度变差。
抛光剂（研磨粉）的影响
（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。一般情况下 氧化铁研磨液为中性（PH=7）； 氧化铈研磨液略偏酸（） 较为好用。
氯 化 镍 [NICL3] 、 氯 化 铁 [FECL3]等。
添加剂
对于氧化铈研磨液，能提高研磨 率和改善光学表面质量的添加剂：
硝酸铈铵[（NH4）2CE(NO3)6]、 硫酸锌[ZNSO4]。
添加剂
添加剂的加入量不是任意的，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理想的 加入量。
目
录
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
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。
序言
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：
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
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。
准球心法和传统法较
粗磨（切削）工序：是使零件具有基 本准确的几何形状和尺寸。
序言
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。
一、传统研磨与高速研磨特点
也叫古典研磨抛光，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；
传统研磨抛光
（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。