光学零件的毛坯成型与铣磨工艺

1、光学零件的毛坯成型与铣磨工艺第一节 型料毛坯的成型工艺一、 型料毛坯的成型工艺光学零件毛坯的型料化对于提高光学冷加工效率、提高光学玻璃的利用率，节约劳动力，降低成本具有显著的作用。国外自二十世纪七十年代以来，光学零件毛坯工艺完全突破古典法的束缚，实现了连续熔炼、滴料成型，使光学玻璃的利用率提高到90%以上，而型料毛坯的供应量达到整个光学零件毛坯的80%以上。光学零件的毛坯成型可以分为两种方法。即二次成型法和一次成型法。二次成型又叫热压成型法、一次成型又叫滴料成型。（一）热压成型法（二次成型）：热压成型的工艺流程是先将光学玻璃加工成块料，然后经过切割、调整重量，再将玻璃加热软化，压型，退火、检验

2、。在这整个过程中，有几个重要的概念需要加以介绍。毛坯精度：热压成型法加工的毛坯主要控制其几何形状精度、尺寸精度和表面质量。影响毛坯精度的主要因数是工艺条件。压型的玻璃零件料的重量波动、模具的热膨胀，玻璃压型后的收缩，压型后冷却速度等。直径公差：主要取决于模具材料的热膨胀系数、光学玻璃的热膨胀系数、压型时模具的温度和光学玻璃的温度，则压型件室温下的直径D与模枪室温下的内径D0之间的关系式为 曲率半径的公差：压型件的曲率半径一方面受模具曲率半径的影响，也受玻璃收缩的影响。当压型件开始冷却时，表面的冷却速度高于中心的冷却速度，从而在内外均冷到室温后，压型件表面收压应力，中心受张应力，于是造成压型面中

3、心部位的凹陷型收缩，玻璃料内部产生小气孔。因此，适当降低压型的温度是有利的，而磨具设计应将压型件的收缩量加以响应的补偿。厚度公差：厚度公差是压型件的关键精度。主要可以控制玻璃料的重量达到要求。但采用常规的天平称量，滚筒加工方法，无法达到精度要求。现在多用棒料加工，可以达到较高的精度。压型件的表面质量：一方面决定于型腔面的表面质量，另一方面也决定于压型温度和防粘剂。国外曾采用将型心施以微振，使压型件便于脱膜，而且能中心到位，保证压型件的几何形状。下表是常用材料的压型工作温度。序号玻璃牌号工作温度（0C）精密退火电炉粗退火拍型炉温压模工作面1QK14003701575020320-4002K360

4、05701591020520-6003K7、K95655401590020520-6004BaK25605301589020520-6005BaK75705401590020520-6006ZK46105801593020540-6007ZK6、ZK7、ZK106205901593020540-6208F2、F34604201584020400-4609ZF1、ZF24404101583020390-45010ZF5、ZF64003701581020360-42011耐2000C高温计玻璃5405201590020520-600（二）一次压型法（滴料成型） 滴料成型的工艺流程是：熔化玻璃原料辊

5、成长条加热熔炼滴料控制滴料剪切压型零件脱模退火检验。此方法的优点是生产率高、省料、加工余量小和表面质量好。但也具有如下缺点：1、压型适用的零件范围有限，一般为直径10-20mm的零件。2、只能有部分光学零件热压成型。3、切口处留有刀刃。一次压型法不仅可以生产毛坯，还可以生产棒料、板料、方料、三角料、管料等。如图所示为滴料、成型、退火的示意图。图6-1 从示意图可以看出，已熔炼好的玻璃熔体从炉体1的底部，经漏料管2流出，漏斗管外有电加热器，使漏料管内的玻璃熔体保持恒温，从而使玻璃保持一定的粘度。玻璃熔体自漏料管流出后，由气动剪刀机3根据玻璃的密度、粘度、压型件重量进行控制，剪切玻璃滴，滴入多工位

6、转盘压力机5的第一工位压模内。在压型大尺寸的毛坯时，接料的工位，其底座可以升降，随着玻璃液进入模具中数量的增加，底座逐渐降低，保持玻璃液流在空气中的流程不变，从而避免出现折叠。在转到第二工位后，为了减少剪刀印，并使玻璃液在模子中能均匀摊平以及改善外观质量，在第二工位进行火焰抛光，然后上模下落，使之压型。对于大尺寸毛坯，在压型以后，为了防止边部炸裂和压型件变形，在工位3和4，进行模边火焰加热，以减小压型件中心和边缘的温度差。工位3、4、5是使型料及下模逐步冷却。工位6是型料由下模取出，通过移料机6、皮带传输机7、拨料机8送入链带退火炉9，消除内应力，用偏光仪检查，装入成品箱。转盘压力机的工位7、

7、8是使下模继续冷却，工位9和10下模关闭并锁紧。若制成条形料，则玻璃熔体自漏料管流出后，流入铝青铜材料制成的玻璃流液槽内，再经动力牵引轮，送入带有传送链带的保温炉内退火。对于棒料或管料，可以用牵引成型机。滴料成型也称直线成型，其特点是：熔炼玻璃出料、压型、移料和退火是连续的，便于自动化生产。二、 光学玻璃的精密退火玻璃从典型的液态转变成具有和脆性的固态，要经过一段过渡的温度区域，这一温度区域称为转变温度区域，其上限为软化温度，其下限为转变温度。在转变温度以下，外形可以认为不随温度变化。但在转变温度以下相当大的温度范围内，玻璃内部的结构组团仍具有一定的位移能力，可以消除以往所产生的内应力和结构上

8、的不均匀性。为了保证玻璃毛坯外形不变的情况下，消除玻璃的内应力及提高结构上的均匀性，只能在这一温度范围内进行退火。这一温度范围称为光学玻璃的退火温度范围。所对应的粘度范围为1012PaS-1016PaS之间。低于这一温度区域时，可认为玻璃的结构已被固定，称为玻璃的结构固定温度。当加热或冷却在低于结构固定温度以下时，玻璃只有弹性变形而没有塑性变形，温差所产生的内应力是弹性内应力。所以，在其产生的条件消失后，就不再存在了，称暂时应力。当把没有退火的玻璃，加热到退火区域中某一温度保持足够长的时间，玻璃中的内应力就会完全消失。这是由于退火温度区域内，分子的热运动动能大，玻璃的结构组团可以产生位移、极化

9、变形，使玻璃的内应力松弛。玻璃在高温下内应力松弛称为塑性退让。在退火温度范围内降温的过程中，由于玻璃温差所产生的应力可以被塑性退让掉，所以，在退火温度范围内虽有温差，但没有内应力。当退火温度范围的降温遗留下来的那部分温差在室温下继续均衡时，外层将受张应力，这种应力在室温下是不会消失的，称永久应力或残余内应力。从熔融状态或二次成型冷却下来的玻璃毛坯，内应力是很大的。如果把这样的玻璃升温到退火区域某一温度，保持足够的时间，使残余内应力完全塑性退让掉，再以很慢的冷却速度经过退火区域，使塑性退让的程度尽量小，那么冷却到室温以后，可以得到较小的残余内应力，这就是光学玻璃退火过程的实质。退火时，可以选择较

10、低的退火温度，经过保温将退火前的残余内应力完全塑性退让掉，以指数增加降温速率，这样虽然内外温差很大，但由于降温时间短，粘度又很大，温差所产生的内应力并没有被完全塑性退让掉，大部分表现为暂时应力，只有被塑性退让掉的那部分温差所产生的内应力在退火后才表现为不可消失的残余应力。经过退火区域降温后的残余应力，根据弹性力学理论导出了各种形状、尺寸、导温系数及降温速率对退火后残余内应力的影响，若有厚度为2a（m）大无限大平板，其线胀系数为（1/0C），导温系数k(m2/h)、弹性模量E（Pa）、泊松比、退火区域的降温速率系数为h(0C/h)，则在厚度截面上某点x(m)的应力P（Pa）为： 薄板表面与厚度中

11、心之温差为，则 由此得 x=a和x=0时的应力Pa和P0分别为 以上两式是假设退火过程中沿无限薄板表面没有温差，仅由于厚度方向的温差而产生的应力。而一般的平板，退火过程中沿直径方向也存在温差，使玻璃在降温后产生残余径向应力和残余切向应力。利用弹性力学对边缘应力进行计算，若玻璃圆盘的半径为R，厚度为2a，在退火过程中假设：1、保温阶段，中心和边缘无温差，仅在降温时产生温度差；2、温度梯度沿圆盘表面分布是轴对称的；3、温度沿半径的分布是简单的抛物线。则可以求得离中心距离为r处的径向应力和切向应力为：以一般玻璃的平均常数计算，这时，。代入上式，可以简化为 （单位：N/m2）第二节 块料毛坯的切割工艺

12、切割是固体材料的连续界面发生规则断开并有序分离。可分为锯片切割和静压切割两大类。用锯片切割由于切屑较多，又称为有屑切割。静压切割又叫无屑切割。块料毛坯的切割有多种方法，根据切割机的系列，可分为外圆切割机、内圆切割机、套割机以及静压切割机等。一、 手工切割手工切割的特点是设备简单，不需要装夹。缺点是劳动强度大，切口平整性差。在切割棱镜毛坯时，常利用专用夹具。下图是手工切割示意图。光学冷加工图5-1手工切割金刚石锯片基体选用A3钢。金刚石粒度60-80，浓度为75-100%，青铜结合剂。手工切割中常出现的问题见下表。常见的问题产生原因锯口不直1、推力不平衡；2、锯片摆动；3、推力过大崩角1、推力过

13、大或不匀；2、锯片不圆；3、切削结束时用力过大切削率低1、锯片不锋利；2、冷却水不足；3、锯片粒度细，转速低二、 外圆切割 利用外圆切割机切割玻璃的特点是切口平整性好，劳动强度低。但是零件装夹比 较麻烦，对于小块零件更不方便。机床一般采用金刚石锯片，对玻璃进行高速切割。锯片可做下降切削，工作台做纵向进给。大多数工序由电器控制，实现半自动加工。图6-6 Q8404切割机用金刚石锯片 用切割机切割玻璃零件时，一般锯切宽度与锯片的厚度有如下关系：锯片金刚石层厚度11.52切口宽度1.41.92.5三、 内圆切割 内圆切割是采用如图所示的内圆锯片进行的。锯片基体选用45钢，粒度范围280-W40，每片

14、含金刚石0.1g。该方法的优点是切口平整，粗糙度好，锯口窄（约0.3mm），尺寸精度高，平行度好。缺点是不适于切大块料，锯片使用寿命短，工件装夹费事。一般用于工件厚度薄、平面度要求高，材料比较昂贵的情况，例如晶体加工。图6-10、6-11四、 静压切割（一） 切割原理当玻璃表面不存在任何缺陷的情况下，玻璃的强度由各组分之间的键强度决定，玻璃的理论强度是，而实际的强度比理论强度低几个数量级，一般在的范围。由于玻璃强度是以玻璃断裂而达到极限的。因此，按照力学的观点，在材料表面上预先制出预应力划痕，并施加与划痕走向相垂直的拉应力，可使材料在失稳状态下发生低应力脆断。单颗粒金刚石划割玻璃就是一个应用断

15、裂力学的简单例证。如图所示，裂纹尖端所受到的应力要比拉应力大得多。根据计算，一个的细微裂纹，其，而当达到玻璃的强度极限时，玻璃就发生断裂。由材料力学的拉压理论可知，当在棒料径向施以压应力P1，则其轴向必然产生拉应力P2，如图所示。只要P1值满足下式，棒料将被拉断。式中，拉伸强度极限。单位：Pa； 泊松比； P1径向压力，单位：Pa。图6-12、6-13对于常用玻璃的切断压力P1在的范围内。裂纹区域内的能量输入方式对裂纹的扩展和切断压力的大小是有影响的。假如在裂纹部分涂以粘度低，压缩系数小的液体，可使切断压力大大降低。所以，静压切割过程与两个因数有关：1、由径向压力P1产生的轴向拉应力P2；2、

16、划痕部位A内液体（图6-14）直接把P1作用到裂纹尖部，给裂纹扩展增加了大的能量。正是由于这两方面的作用，使玻璃产生低应力状态下的断裂。（二） 静压切割法静压切割法主要用于玻璃棒料。玻璃棒料滚圆后，按所需厚度用金刚石工具加工出预应力划痕，然后在棒料表面均匀涂以低粘度、压缩系数小的液体，然后送入静压切割机的相应切割器中，为保证划痕在切割器中处于正确位置，需要进行首片定位，如图6-15所示。图中6为工件，4为切割器座，2为盛压套，1为O型密封环，3为法兰盖，5为进油孔道。盛压套的轴向尺寸应小于二倍切片厚度。当机床液压系统工作后，高压油经进油孔5进入切割器，形成高压油腔，盛压套2在均匀径向压力的作用

17、下，沿轴向深长。承压套与棒料弹性模量不同，在两者之间产生很大的摩擦力，以拉伸的形式作用在棒料划痕两边。另外，划痕槽中的液体，直接向裂纹尖端提供扩展能，迅速使棒料断裂，并形成光滑表面。断面形成后，由光电自控卸压系统将断裂信号转变为液压系统的自动卸压信号，然后液压步进器送进一次，开始下一个工作循环。整根棒料自动切割完毕后，自动停车。玻璃的断裂速度极快，通常达。因此，不同直径棒料的切断时间几乎没有差别，能耗也近似相同。图6-14、6-15五、 毛玻璃板划切划切是用金刚石刀或硬制合金滚刀在毛玻璃上（表面已经磨过240号或更细的砂）划出痕迹处折断的方法。毛玻璃厚度小于10mm时，可用一般划玻璃的金刚石划

18、切，厚度大于10mm时，用滚刀划切。厚度小于2mm的毛玻璃，划后用手掰开。大于2mm时，用小扁捶从划痕背面轻击，使之裂开。划切时应注意的是：1、 金刚石刀划到边缘时应提起，以免刀子撞到玻璃边缘而损坏刀刃。2、 不要重划同一划痕。划方料时，应从正反两面分别划线条后再断开。3、 划切一般适用于边长与厚度比大于3：1的工作。划切常见的疵病及其原因如下表所示。常见问题产生原因断裂面过大1、划切角度不对；2、划痕不深；3、滚轮左右摆动刀具损坏1、玻璃表面太粗；2、刀尖碰到有划痕的表面；3、划到玻璃末端仍用力，刀具碰到玻璃边缘不按划痕折断1、划痕间断，划切时用力不均匀；2、折断时划痕两侧用力不匀；3、敲击

19、扩大裂痕时用力过猛。第三节 光学零件磨外圆工艺一、 古典法磨外圆古典法磨外圆是用手工进行滚圆。它的特点是设备简单，但是加工的外圆精度低，效率不高。图示为滚圆示意图。滚圆前零件先用松香蜡胶成条，在平模上磨成四方、八方、十六方，然后滚圆。为了提高圆度，当滚圆余量在0.4-0.6mm时，进行转胶。其方法是在圆柱面上划一直线，经加热后使工件相互错开一个角度，放到直角槽中挤正。冷却后再滚圆到规定尺寸。转胶的次数越多，圆度越好。如果最后在V形槽或半圆槽中用木版加磨料搓，可以进一步提高圆度和圆柱度。二、 普通外圆铣磨 普通外圆铣磨主要用于棒料或胶条的磨外圆，工件外径与长度之比1：10。外圆铣磨主要包括磨轮高

20、速转动的主切削运动；工件转动的圆周进给；工件的纵向进给，即工件每一转期间沿自身轴线方向移动的距离；磨轮的横向进给，也称磨削深度或吃刀量，即工件纵向行程结束时，磨轮做横向进给。 光学玻璃外圆铣磨机一般具有这样的结构：磨头轴水平布局，可横向调整吃刀深度；主轴箱与尾架均水平布局，可随工作台在床身上纵向移动，工作台的位置和行程均可调整，采用平行磨轮。也有的外圆铣磨机的磨轮轴与工件主轴间成一适当的角度，并采用桶形砂轮。除此之外，也可以用外圆磨床加工外圆。三、 无心外圆铣磨无心外圆铣磨用于玻璃棒料磨外圆。以前，多用于磨小直径的棒料。现在，也用来铣磨中等直径的棒料。加工的椭圆度和锥度比外圆铣磨要好些。图6-

21、18是无心磨床加工外圆的示意图。磨轮1高速旋转作主切削运动；导轮3用耐磨橡皮制成，做低速旋转，旋转方向与磨轮相同；工件2放置在磨轮和导轮之间，下面有支板4挡住；由于工件与导轮之间的摩擦力大。所以，工件被导轮带动，并与导轮相反方向旋转，做圆周进给，有磨轮将工件磨成圆柱；磨轮轴与导轮轴保持一定的倾角，约为10-60，目的是使工件自动纵向进给，调整倾角的大小，可以改变工件的纵向进给速度；导轮可作横向调整，满足不同直径的玻璃棒料的铣磨。最大磨削量和进给速度见下表。图6-18 加工类别一次最大磨削量（mm）工件进给速度（mm/min）去棱角0.2-0.3140-180粗磨外圆0.2-0.3120-140

22、精磨外圆0.1-0.3110-120四、 外圆加工余量、公差及常见问题 外圆加工余量工件直径（mm）加工种类余量（mm）3-10无心磨床0.4-0.66-40手工滚圆、外圆磨床、外圆铣磨机1.5-2.5大于40外圆磨床、外圆铣磨机2.5-4 磨外圆公差表工件种类外圆公差（mm）一般透镜毛坯真空吸附装夹的透镜毛坯平面镜、分划板等不在加工外圆的零件按图纸要求常见的问题产生的原因玻璃条断裂1、砂轮表面不平；2、磨削量过大；3、玻璃条过长；4、玻璃条粘结强度不够（胶层不均匀，粘结温度低）圆度、圆柱度不好1、接头跳动；2、活顶尖松动；3、顶尖轴线与进给导轨不平行；4、无心磨床支板过低；5、手工滚圆时掉头

23、少，转胶次数少。表面粗糙度不好1、砂轮粒度粗、进刀过快、磨削量过大；2、砂轮钝化、冷却液不足。端面与圆柱轴线不垂直1、玻璃条夹紧时倾斜；2、胶层不均匀；3、胶条或转胶时端面与玻璃条轴线不垂直玻璃条不转1、玻璃条两端垫片的摩擦力小；2、被动顶尖的转动阻力大；3、玻璃条直径过小；4、夹紧压力不够大。第四节 光学零件球面的铣磨工艺一、 球面铣磨的基本原理用筒形金刚石磨轮在球面铣磨机上加工球面零件是利用斜截圆原理。如图所示，磨轮与工件轴交于O点，两轴的夹角为，1为筒形金刚石磨轮，绕自身轴线高速回转，2为工件，绕自身轴线极缓慢的回转。这样，磨轮的切削刃口在工件表面上的磨削轨迹的包络面为一球面。由于磨轮轴

24、和工件轴成角倾斜，所以，将磨轮刃口的圆称为斜截圆。若磨轮的中径为DM，磨轮端面切削刃口的圆弧半径为r，磨轮轴与工件轴的夹角为，则工件球面的曲率半径R为 （其中，凸面取“+”号，凹面取“”号）当磨轮选定后，DM和r均为定值，只要调节，即可以得到不同曲率半径的球面。下面，对斜截圆成型球面加以证明。设被加工的球面处于坐标系oxyz中，以o点为球心，筒形磨轮的切削刃（即斜截圆）处于坐标系中，磨轮轴为，与工件的oz轴交于o点，oz和间的夹角为，磨轮端面的圆半径为，如图所示，则磨轮切削刃所组成的圆在坐标系中的表达式为式中，R为O点到切削刃间的距离。为求得磨轮切削刃在坐标系oxyz中的表达式，可通过转轴进行

25、坐标转换。即令则， 以上两式相加，得到 这说明磨轮切削刃上各点（即斜截圆）处于以O为球心，R为半径的球面上。所以，用筒形金刚砂、石磨轮，当磨轮轴与工件轴夹角为时，工件与磨轮各绕自己的轴线转动，就能加工出球面的一部分。若磨轮切削刃上的某点通过球面的顶点，则为一球缺表面，也就是加工球面透镜。假如工件轴与磨轮轴的夹角为零度，即=0，则可以加工出平面。因此，加工球面，可以在球面铣磨机上进行；加工平面时，不仅可以在专用的平面铣磨机上进行，还可以在球面铣磨机上进行，只需将调为0即可。图6-19、6-20二、 球面铣磨工艺 铣磨机可以分为球面铣磨机和棱镜铣磨机。球面铣磨机是根据球面铣磨原理加工球面和平面。棱

26、镜铣磨机主要用于棱镜的成型铣磨。如下图是QM300球面铣磨机的传动图。图6-21铣磨机工作的主要参数，可以作为参考：砂轮线速度12-35m/s，工件边缘线速度150-250mm/min，真空吸附真空度Pa，冷却液喷射量视工件大小而定，为3-8L/min。三、 铣磨中常见的问题常见的问题产生的原因克服办法表面粗糙度不好1、砂轮粒度粗；2、机床震动大；3、冷却液不佳或流量不足；4、吃刀进给量过大；5、砂轮轴松动；6、砂轮轴轴承磨损或无润滑油；7、光刀圈数不够1、选择适当的磨轮粒度及转速；2、减小机床震动；3、调整冷却液的喷射位置，流量适当；4、进刀量适当，保证光刀时间。零件偏心1、夹具定位面与工件

27、轴不垂直；2、夹具与工件配合过松；3、橡皮垫圈不规则或不等厚1、夹正零件；2、修正夹具；3、装夹时要擦净零件和家具；4、胶层要均匀。面形不规则1、两个轴不在同一平面上；2、砂轮轴松动1、两轴线要调整到一个平面内；2、调整主轴间隙正常；3、控制主轴及磨轮轴径向跳动量在机床设计指标之内。表面有菊花形纹路1、机床震动较大；2、切削量较大；3、光刀时间短；4、滚动轴承的磨损会使磨头松动。1、调整机床，减小震动及磨轮轴间隙；2、切削压力要适当；3、保证光刀时间四、 面形检验（一） 样板检验对于曲率半径较小的球面，每道工序应该用专用的弧形样板进行检验。对于曲率半径较大的球面，如用曲率半径为基本尺寸的弧形样

28、板检验，则各道工序应按均匀磨损原则给出粘贴度。（二） 用简易球径仪测量矢高简易球径仪的示意图如图所示。用它测量出矢高h后，根据三角关系，可以得到下式，从而求出半径： 式中，球径计测环内径（测凸面时）或外径（测凹面时）的一半。或者用标准件做矢高比较测量，这时不用计算R值。对于面形的规则程度，可以通过测量表面不同区域的矢高，经比较而求得。光学冷加工图5-52用简易球径仪测量矢高五、 铣磨误差（一） 工件与磨轮轴夹角的误差 由于球面曲率半径R与夹角有如下的关系： 对上式取R的微分，有 = =由此可见，当磨轮中径DM与圆弧小半径r均一定时，夹角误差越大，球面半径的误差dR也越大。当角一定，越大，dR则

29、越小。而角大，对于一定的R来说，必须用DM磨轮。但是，DM的选取不能太大，否则容易磨到夹具边缘。加工平面时，取磨轮中径DM为镜盘外径的0.7倍；加工球面时，为镜盘外径的倍。（二） 球面产生凸包的误差在铣磨球面时，由于筒形磨轮r的中心不可能完全与工件的回转轴线相重合。这时，磨轮r的圆弧不会与工件表面相切，从而铣磨出的球面表面有一个明显的突起，称为凸包。如图所示。即使磨轮轴与工件轴共面，两者的夹角是准确的，但由于中心没有调整好，此时也会产生凸包。凸包有内凸包和外凸包之分。如图所示，如磨轮未磨到工件中心，则出现外凸包；如磨轮超过工件中心，则出现内凸包。图6-27出现凸包不仅使工件中心部分不处于同一球

30、面上，而且使球面部分的曲率半径也产生误差，如图所示。（a）是外凸包的情况；（b）是内凸包的情况。设磨轮轴OA的位置是正确的，工件轴的位置是在OB，但存在中心调整误差时，若为外凸包，工件轴处于的位置，存在中心调整误差。此时，工件绕转动，磨轮绕OA转动，球心必然是两轴之交点，则实际加工出来的球面，其曲率半径为，它比应有的曲率半径OD 为大。若为内凸包，则实际加工出来的曲率半径比应有的曲率半径为小。图6-28（三） 工件轴与磨轮轴不共面误差（不等高误差）从斜截圆原理证明能加工出球面时，工件轴与磨轮轴是共面的而且相交，如图（a）和（）所示。但实际上两轴不可能完全共面。即使新机床共面较好，但随着长期使用

31、，不共面的误差越来越大。图示（b）和（）表示表示卧式铣磨机磨轮轴偏低或立式铣磨机磨轮轴偏前，以致磨轮与工件开始铣磨时刀痕不完全，只有一半。而图（c）和（）说明磨轮轴的偏离方向与（b）和（）相反。图6-29如具有两轴不共面的铣磨机加工到最后，工件表面呈非球面。具体说明如下。如图所示，设磨轮轴为，处于坐标系中，与之间的夹角为，工件轴为，处于坐标系oxyz中，两轴在空间的垂直距离为e。椭圆为磨轮切削刃口在图中的斜截圆。斜截圆在坐标系中的表达式为图6-30 式中，为斜截圆的半径AB； R为的值。则斜截圆在坐标系中，可得球面方程 为了得到此球面在坐标系oxyz中的表达式，坐标平移 则可以得到， 由此可见

32、，当工件轴与磨轮轴不共面，在空间存在一垂直距离e时，将加工出高次非球面。工艺因数对铣磨工艺的影响如何衡量铣磨过程的好坏？我们可以用磨削效率、工件表面粗糙度以及磨轮的磨耗比来评价。磨削效率：单位时间内磨削量或者磨去单位体积的玻璃所用的时间；表面粗糙度：加工完工后零件表面凹凸层的深度，可以采用国标GB1031-83来评价，也可以用国标GB3505-83中的轮廓均方根偏差Rq；磨轮的磨耗比是：指每磨耗1mg磨轮（或1mg的金刚石）所能磨去的玻璃的重量，以g/mg表示，也有的是以磨去1g玻璃所消耗的磨轮重量或金刚石的重量表示，单位为mg/g。影响铣磨过程的因素包括铣磨机、磨轮和冷却液。铣磨机的影响因素

33、有磨头轴的速度、工件轴转速、磨削压力和吃刀深度等，磨轮的因素有金刚石磨轮的粒度、磨轮结合剂的种类、金刚石浓度等；冷却液的因素主要是其种类、流量对磨削的影响。（一）磨头轴转速对铣磨的影响图6-31磨头轴转速用r/min表示，或用磨轮的边缘线速度表示。图6-31表示磨轮边缘线速度对磨削效率的影响。表明磨轮边缘线速度越高，则磨削效率也越高。工件表面的粗糙度在工件表面半径方向上是不一样的，假如磨轮与工件的相对位置使磨轮边缘和工件边缘相切，则加工出来的工件中心部位凹凸是最小的，边缘部位次之，中腰部位最大，所以在讨论对工件表面粗糙度的影响时，应该按相同的部位进行比较。图6-32表示磨轮的边缘线速度岁工件表

34、面粗糙度的影响。在相同磨削效率条件下，磨轮边缘线速度越大，则工件表面粗糙度越小。所以，总的来说磨轮边缘线速度的提高，有利于磨削效率的提高，也有利于工件表面粗糙度的改善。但是，磨轮轴速度不能无限的增大，磨头轴转速越高，机床的震动、噪音、磨损均增大，所以，磨头轴转速的提噶袄也受机床工业水平的限制，目前一般认为24m/s为好。（二）工件转速对铣磨的影响图6-33图6-32工件轴转速越高，磨轮的磨耗比加大，就是磨去单位重量的玻璃，磨轮的磨耗加大，如图6-33所表示。工件转速对工件表面粗糙度的影响应该在工件每转进给量相同的条件下所得的规律，如QM300大球面铣磨机即如此。所得的结果，如图6-34所表示。

35、工件轴转速越大，工件表面粗糙度越大。但是有的机床，如QM80中球面铣磨机，大昂从满进给开始到光刀、停机之间的时间间隔一定，则工件轴转速越高，工件每转的进给量降低。这样，虽然工序周期不变，工件的表面粗糙度不仅不会变粗，还会变细。工件边缘线速度一般认为取150¬250mm/min较为合适。（三）磨削压力对铣磨的影响磨削压力是指磨轮传递给工件的压力，有的 机床由磨头的自重产生，有的由液压或弹簧作为原动力。磨削压力越大，磨削效率越高，如图6-35所表示。磨削压力越大，工件表面的粗糙度加大，如图6-36所表示。图6-35图6-34（四）吃刀深度对铣磨的影响吃刀深度是指工件每转的进给量。吃刀深度

36、的选择随铣磨压力、磨料粒度、磨轮转速的增加成正比，而与工件转速成反比。所以，吃刀深度的增加，必然使磨削效率增加。迟到深度对工件表面粗糙度的影响如图6-37所表示，粗糙度随吃刀深度的加大而变大图中所表示的工序周期是定值，每一工序周期工件的转数为6.11转。吃刀深度的调节随各种铣磨机结构的不同而不同，QM300球面铣磨机慢进给机构有进给丝杠控制，QM80中球面铣磨机由油压阻尼器控制，Q826球面铣磨机有液压油缸控制，也有如QM08-A中球面铣磨机用端面凸轮控制。图6-36、6-37（五）金刚石磨具粒度对铣磨的影响金刚石磨具的粒度是指磨具中金刚石颗粒的大小。总的来说，金刚石磨具的粒度越大，磨削效率越

37、高，如图6-38所表示，但是只有其他条件相匹配、相适应的情况下，而不是除粒度以外其他条件都固定的情况下。图中相当部分的粒度尺寸比粗磨铣磨所蚕蛹的小，因为这里主要研究粒度影响的规律。金刚石粒度对工件表面粗糙度的影响如图6-39所表示。同样、，不同粒度加工时，其他的磨削条件应该是匹配的、适应的。图6-38、6-39（六）金刚石磨具浓度对铣磨的影响金刚石磨具的浓度是指含有金刚石的结合剂层中金刚石的含量，规定结合剂层中金刚石含量为4.39car/cm3(克拉/ cm3)时，浓度为100%，1car=0.2g。弄地太大，结合剂把持能力不够，金刚石颗粒没有磨钝就掉了，磨具的损耗大，当然磨削效率还是比较高的

38、；弄地太小，磨削刃少，磨削效率低。浓度还与粒度有关，相同的浓度，若粒度大，颗粒数减少，所以，粒度大时，粒度相对应高，对于粗磨铣磨金刚石的颗粒以100#、80#为宜，则浓度以100%为宜，如图6-40所表示。浓度对工件表面粗糙度的影响如图6-41所表示。浓度对K9玻璃粗糙度影响不大；对于ZF1玻璃，粗糙度随浓度加大而变小。浓度对磨具磨耗比的影响如图6-42所表示。当弄多为100%时，磨具单位重量的磨削量最大，所以，100%的浓度最合适。图中P4、P6表示加工压力为40N或60N。图6-40、6-41（七）金刚石磨具结合剂对铣磨的影响结合剂的作用是将金刚石颗粒把持住，结合剂的种类氛围四类，按耐磨性

39、由强到弱为电镀、金属、陶瓷、树脂。金属结合剂有分为青铜、钢和硬质合金。图6-43所表示为结合剂对磨削效率的影响，电镀NI的效率最高，钢其次，青铜较低。结合剂的种类对工件表面粗糙度的影响如图6-44 所表示。电镀结合剂加工后工件表面粗糙度较大，青铜较小。结合剂种类对磨耗比的影响如图 6-45所表示，磨去同样重量的玻璃，电镀磨具的磨耗比青铜小。由此可见，电镀磨具的磨削效率是最高的。而且耐磨，但工件的表面粗糙度大；青铜结合剂虽然效率没有电镀高，也没有电镀耐磨，但表面粗糙度较好。粗磨铣磨很少用陶瓷和树脂结合剂。目前，我国电镀磨具供应不多，主要用青铜结合剂。图6-42、6-43、6-44、6-45七、铣

40、磨夹具的设计（一）机床夹具的定义 凡能按照机械加工工艺规程的要求，来正确地确定工件及刀具的位置，并迅速地将它们夹紧的机床附加装置，统称为机床夹具。由此可知，机床夹具可以分为两类：用来安装和加紧工件用的；用来安装和加紧刀具用的。前者一般简称为机床夹具或夹具，后者又称辅助工具。所以，机床夹具、切削刀具和辅助工具三者合称为机床的工艺装备。（二）基准所谓基准，是指一些点、线后面的综合，可以根据它来确定被考虑的其它点、线或面的位置。基准按它的任务可以分为设计基准和工艺基准两大类。设计基准为任何一个面、线或点，可以根据它来确定零件图上其它表面、线或点的位置。工艺基准是用在加工过程中的基准，可以分为以下三种

41、：原始基准 为任何一个面、线或点，用来确定在工艺卡片上要求加工的表面的位置。定位基准 为工件上的一个表面，用来确定工件在夹具中的位置。光学加工中定位基准一般有：零件的外圆和端面；零件的两个端面；两个相互垂直的平面和第三个相互垂直面上的一个支点。度量基准 是测量加工面位置所依据的基准。如图6-46所表示，玻璃棒的外圆铣磨，中心线是原始基准，而锥面A和B是定位基准。（三）、工件在空间中的位置以及六点规则在机械加工中，是否能使工件获得所需的尺寸和相互位置精度，主决定于所选择的基准和定位方式。零件定位的基本原则就是理论力学中的六点规则。凡是刚体均有六个自由度，即沿三个互相垂直的轴线的轴向移动和饶着三个

42、轴线的转动。为了确保工件的位置不变，则必须将这六个自由度予以限制。要限制这六个自由度就必须有六个定点与工件相接触。这就是通常所谓的六点规则。如图6-47所表示，xoy面上的三点，可以限制三个 自由度，即沿oz方向的移动，饶ox、oy轴的转动；xoz面的两个点，可以限制两个自由度，即沿oy方向的移动及饶oz轴的转动。Yoz面的一个点，可限制沿ox方向的最后一个自由度。图6-46、6-47如果把坐标平面看作是夹具平面，用支撑点代替坐标点如图6-47(b)得到一个六面体工件在夹具中定位的典型方式。由图中可见六面体在夹具中定位时，起位置完全决定于它的三个表面：既表面A它有三个支承点，限制工件的三个自由

43、度，这个表面叫做主要定位基准。表面B，它有两个支承点，限制工件的两个自由度，这个表面叫做导向定位基准。常选工件上最长的表面作为导向面，因为长表面可使这两个支承点距离较远，而使工件对侧坐标平面的位置较准确，较可靠。表面C，它有一个支承点，限制工件最后一个自由度，这个表面叫止推定位基准。常选工件上最狭最短的表面作为止推表面。W1、W2、W3为加紧力，保证工件与夹具上的支承点相互接触。所以定位是使工件在夹具中占有某一正确的位置，而夹具加紧机构的主要作用是消除工件在加工时的移动。工件、按六个点来定位，称为完全定位法，当被加工表面在零件图 上的位置是由三个尺寸决定时，采用这种定位法，这时工件应按三个基准

44、面定位，如图6-48(a)所表示。道威棱镜DI-0°槽的位置由三个尺寸x、y、z决定。要想在调整好的机床上自动获得这些尺寸，必须根据完全定位法来设计夹具。如果工件的被加工表面与工件沙锅内某两个或一个尺寸有关系，则这种工件定位只用两个或一个基准面，这种定位方法叫做不完全定位，工件定位所需要的基准面减少了。图6-48(B)所表示加工透镜的第二球面，它需要保证中心厚度y和2面对1面的偏心差，选B面圆孔棱边为基准，限制了沿x轴、y轴和z轴移动的三个点；另外，选内短圆柱面A为基准，限制了饶x轴和饶z轴转动的两个点；最后一个自由度是饶y 轴的转动，没有必要限制，授予不完全定位。有如图6-48(c)，加工平面B。要求厚度z和B面对A面的平行差为0.02，则只要用A面一个面作基准，三个点，限制三个自由度，即沿z轴的转动、饶x轴和y轴的转动。剩下的三个组有度，即沿x轴、y轴的移动以及饶z周的转动不用限制，也是不完全定位。图6-48（四）、基准面的选择基准面分为毛基准面和光基准面。尚未加工的表面作为基准面，称为毛基准面，如压型材加工第一面时的基准面；已经加工过的表面作为基准面，称光基准面。选择基准面的一般原则是：非全部加工的工件，照样应去完全不需要加工的表面作为毛基准面，因为在这种情况下，非加工表面和已经加工表面在加工后的变动最小。全部加工的零件，应去余量最