光学球面铣磨加工工艺毕业设计

河南工业职业技术学院HenanPolytechnicInstitute毕业设计题目＿＿球面铣磨加工工艺＿＿＿＿班级＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿姓名＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿指导教师＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿I设计任务书一题目：球面铣磨加工工艺二设计要求：熟悉球面铣磨的生产过程，达到图纸的设计要求三设计任务1.画出球面铣磨原理图2.根据图纸要求选用模磨具和金刚石铣磨磨片3.写出详细生产过程（不少于100004.画图要求：画图规范化，图形清晰，符号要采用国标统一，线条均匀，用计算机画图指导老师（签字）＿＿＿＿＿II摘要光学既是物理学中最古老的一个基础学科，有事当前科学研究中最活跃的前沿阵地，具有强大的生命力和不可估量的前途。光学的发展过程是人类认识客观世界的进程中一个重要的组成部分，是不断揭露矛盾和克服矛盾、从不完全和不确切的认识总部走向较完善和较确切认识的过程。它的不少规律和理论是直接从欧美和生产实践中总结出来的，也有相当多的发现来自长期的系统的科学实验。光学的发展为生产技术提供了许多精密、快速、的衡东的实验手段和重要的理论依据；而圣餐技术的发展，又反过来不断向光学提出许多要求解决的新课题，并为进一步深入研究光学准备了物质条件。光学的发展大致可换分为5个时期：一、萌芽时期；二、几何光学时期；三、波动光学时期；四、量子光学时期；五、现代光学时期。光学工业是生产工农业、国防、科研和人民生活所需要的各种光学仪器的，如显微镜、经纬仪、望远镜和照相机等。这些光学仪器的主要部分——光学系统由光学零件组成。现在科学技术的迅速发展，特别是手机摄像头、影碟机、背投电视、投影机、数码相机、激光、红外线、高空摄像机、激光输出、光电传感技术和宇宙空间探测等等所需要的大量的光学元件。光学零件生产批量小，品种多的特点，有各种形状和不同尺寸的光学零件，在个道工序上，配备了规格齐全的各种型号的机床，为了减少光学零件的品种和扩大它的加工批量。提高光学零件的生产率和降低成本，精密度较高的液体成型机和精密压型技术获得很大的发展。光学加工的技术水平和先进程度不断提高，正朝着高效、高密度。高精度和自动化程度等方面迅速发展。本设计选取光学零件抛光加工，首先，学习相应的理论知识，熟悉零件在加工过程的工艺流程，对每一步的原理有了较深的理解，对AtouCAD的用法和夹具制造熟悉，然后在进行设计。并逐步深入理解工艺设计，目的是通过毕业设计工作，熟悉抛光机床构成与基本工作原理，重点是掌握抛光加工技术，并将这些技术应用到实际的生产中去，提高直径理论联系实践知识的认识。关键词：基础、原理、球面、铣磨III＿＿＿＿＿＿＿河南工业职业技术学院毕业设计＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿球面铣磨加工工艺目录目录..................................................................................................................................................4第１章.研磨的本质.......................................................................................................................5１.1.散粒磨料的研磨...........................................................................................................5１.2.固着磨料的研磨...........................................................................................................7１.3.外圆铣磨工艺...............................................................................................................8第２章.铣磨加工原理.................................................................................................................112.1球面铣削原理.................................................................................................................112.2平面铣磨原理...............................................................................................................152.3铣槽及磨圆弧原理.........................................................................................................16第３章.磨料金刚石磨轮的选择.................................................................................................17３.1.磨料.............................................................................................................................17３.2.磨具.............................................................................................................................18３.3.金刚石磨轮的选择.....................................................................................................19３.4.粒度.............................................................................................................................20３.5.结合剂.........................................................................................................................20３.6.硬度.............................................................................................................................22３.7.浓度.............................................................................................................................23第４章.铣磨加工中工艺参数的选择.........................................................................................23４.1.磨头转速.....................................................................................................................23４.2.工件转速.....................................................................................................................24４.3.铣磨深度.....................................................................................................................24４.4.冷却液.........................................................................................................................25第５章.铣磨球面产生的表面疵病.............................................................................................27５.1.菊花纹.........................................................................................................................28５.2.宽疏菊花纹.................................................................................................................28５.3.麻点.............................................................................................................................29５.4.几何形状的疵病.........................................................................................................30第６章.铣磨夹具的设计.............................................................................................................32６.1.铣磨夹具的设计的要求.............................................................................................32６.2.弹性夹具设计.............................................................................................................33６.3.真空装夹的夹具设计.................................................................................................33６.4.磁性装夹的夹具.........................................................................................................35第７章.铣磨面形的检验.............................................................................................................36１.1.斐索平面干涉仪检测面形偏差.................................................................................36１.2.泰曼干涉仪检测.........................................................................................................36结束语............................................................................................................................................38致谢............................................................................................................................................39参考文献.........................................................................................................................................404＿＿＿＿＿＿＿河南工业职业技术学院毕业设计＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿球面铣磨加工工艺研磨的本质散粒磨料的研磨散粒磨料研磨，是指用磨料加水配成的悬浮液对玻璃进行研磨加工。散粒磨料研磨加工的示意图见图1-1所示。图1-1散粒磨料研磨分布在磨盘1和工件2之间的磨料顯粒3，借助磨盘的法向力和磨盘与工件的相对运动，首先使玻璃表面形成交错的裂纹，其裂纹角大约是°?1500°，然后磨料继续滚动，再加上水渗入裂纹的水解作用，就加剧了玻璃的破碎，由于切向冲击力的作用，磨料将玻璃进行微量破碎，形成破坏层"，它由凸凹层k和裂纹层"组成。凸凹层的高度大约是磨粒平均尺寸的1/4~1/3裂纹层2的深度比凸凹层k约大1?3倍。下面分析研磨过程中受力情况。在图1-1(a）中，磨料在某一瞬间，上墙顶在磨具上，下端作用在玻璃上，R力的作用线为aa。作用力R分解成水平力Fx和垂直力Fy在图4-1(b)中，磨粒给予玻瑭F,的作用方向与相对速度Y的方向垂直，因此不可能为磨掉玻璃而作功，但是F.力能保征磨具、磨粒和玻璃之间的接舳，并会引起玻璃表面出瑰裂纹和磨具的弹性变形。磨粒给玻璃的作用力的分力F的方向与玻璃宏观表面相切，并与相对速度VE的方向相反。分力Ft能引起玻璃表面凸凹层的顶部被磨掉及磨具表面的磨损。另外，每5＿＿＿＿＿＿＿河南工业职业技术学院毕业设计＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿球面铣磨加工工艺个磨粒所受的F力和力构成两个力偶，其合力偶使磨粒滚动，这时产生的冲击力'不仅使玻璃表层被去除，而且大颗粒磨粒可能被破碎，于是，又有另外的磨粒重复上述过程。如图1-2所示。在1-2'由于冲击作用，玻璃表面的凸出部分被敲掉，这时则会引起磨粒的滑动或磨粒处于大的凹陷处而不起作用。在研磨过程中'仅有的磨粒在起研磨玻璃的作用，其余的磨粒不参与有效研磨，它们可能被水沖走，或者互相磨碎，最后与玻璃碎屑混在一起被水冲走。在研磨过程中，玻璃表面产生划痰的原因主要有两点，其一，冇个別的磨粒长时间粘固在磨具上，相当一把刀在玻璃表面滑动，则会产生划痕，其二，若有以上的磨粒尺寸，大于基本尺寸的3倍时，它们在玻璃表面滑动或滚动留下的痕迹很深，不易被正常尺寸的磨粒去掉。通常磨粒的最大尺寸与最小尺寸的比为一般研磨表面的凸凹层厚度与磨粒尺寸有关，所以磨粒愈小，表面粗糙度愈小。研磨过程的化学作用，主要是水参与了玻璃表层的水解反应，在裂紋缝蹐中形成硅酸凝胶膜，硅酸凝胶膜的体积膨胀，使玻瑭裂缝加深变宽，促进了玻璃碎屑的脱落。由此可见，研磨的过程主要是尖硬的磨料颗粒对玻璃表面璇芹的过程。水解作甩虽然起一定的作用，伹这是次要的。6＿＿＿＿＿＿＿河南工业职业技术学院毕业设计＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿球面铣磨加工工艺固着磨料的研磨它与金属的加工很相似。在磨具表面上固着的金刚石颗粒，具有锋利的棱角，就像用扁铲（錾子）錾削铸铁那样，又像车刀进行切削加工，如同1-3所示。在铣削加工中，磨具和工件的相对运动产生的切削力R可分解成水平力Fr和垂直分力Fn。在垂直分力Fn的作用下，磨粒进入玻璃的深处破坏玻璃，形成互相交错的锥形裂纹，裂纹角度大约为°，它的大小不随玻璃牌号和磨料种类改变。裂纹角度的宽度比磨粒角度大，当金刚石棱尖深入玻璃时，将玻璃劈出碎片而脱落。玻璃破碎情况如图1-4所示磨具的主要运动是旋转运动，但还存在工件与磨具的振动位移，致使划痕边錄不整齐'并且方向紊乱。由于玻璃是典型的脆性材料，因此，磨具磨削的结果使玻璃表面出现起伏的凸凹层k.工产生的破坏层n，是由凸凹层k和裂纹层m构成。磨具给予玻璃的水平分力Fk与加工表而平行，它与玻璃相对磨具的速度方向成。角。实际上是切削力，因此，切削玻璃和产生热量所消耗的功与Fk大小成正比。在铣削过程中，玻璃表面和结合剂基体之间有一定间隙，以保证充分供应冷却液，并避免结合剂与玟璃产生有害的摩擦。磨粒与玻璃相互泎用的部分,不超7＿＿＿＿＿＿＿河南工业职业技术学院毕业设计＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿球面铣磨加工工艺过磨粒最大尺寸的三分之一。随着磨具使用时间的增加，园着磨粒变钝，切削力增加，磨粒从结合剂中脱落，相邻的新颗粒开始起作用，这样的研磨过程反复继续下去，使玻璃表层不断被去除。在光学工艺中，采用固着的金刚石磨具加工玻璃，是提高生产效率最有效的加工方法。用固着磨料研磨玻璃效率高地原因是：1)固着的磨粒象无数把车刀，在玻璃加工表面留下相互交叉的、不间断的划痕。2)固着磨粒只作用于玻璩表面，直到表面硖坏，而不参于它们之间的互相磨碎3）磨具的工作压力，仅仅作用于突出的为数不多的顆粒上，因此磨粒受力很大。4）切削速度很髙，达到。5)磨粒尺寸不均匀对研磨影响不大，因为参加有效研磨的只是从结合剂中突出的颗粒梭尖部分。6)冷却液充分供给，可以及时将玻璃碎屑和热量带走.7）在采用较大粒度的磨料时，可用小的进给盘，则表面上会形成小的微观不平度.采用散粒研磨和铣磨，其表面质量不一样，铣磨比散粒研磨的砂面要细。当磨轮粒度为时，其铣蘑表面的凸凹层为27~53um，相当240#散粒磨枓研磨的砂面.由于固着磨料加工具有效亊高等一系列优点,再加上人造金刚石的普及，因而且广泛用于高速精磨中，并开始用微细的固着磨料抛光玻璃。外圆铣磨工艺外圆铣磨可分为普通外圆铣磨和无心外圆铣磨。8＿＿＿＿＿＿＿河南工业职业技术学院毕业设计＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿球面铣磨加工工艺普通外圆铣磨普通外圆铣磨用于棒料或胶条的磨外圆，工件外径与长度之比为1:10。外圆铣磨主要包括磨轮高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，即当工件纵向行程终了时，磨轮作横向进给。光学玻璃外圆铣磨机一般是：磨头轴纵向水平布局，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，并采用筒形砂轮。Q818外圆铣磨机（如下图）用于磨削（Φ10-Φ80）×300的棒料或胶条。采用金刚石筒形磨轮，直径为Φ70mm8400r/min.磨头最大可调角度45°。用手轮通过两对齿轮、丝杆、螺母，实现磨头的横向进给。外圆铣磨机工件主轴传动示意图工件轴由马达1，通过二级皮带轮2传动，蜗轮、蜗杆副3减速，三联齿轮4、5调速，使主轴有六种转速，即40、57、78、91、、175r/min，工件支撑于工件轴与尾架间。工件的纵向进给由液压系统控制，液压无极调速范围在57-1730r/min.液压9＿＿＿＿＿＿＿河南工业职业技术学院毕业设计＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿球面铣磨加工工艺系统装于床身下面，床身上面而装置进给油缸及工作台面，由油缸活塞带动工作台面作纵向进给。无心外圆铣磨无心外圆铣磨用于玻璃棒料磨外圆。过去多用于磨小直径的棒料，目前，因棒料毛坯供应较多，中等直径的用的也较多，其加工椭圆度和锥度比外圆铣磨还好些。无心外圆磨的工作原理如图所示，磨轮1高速旋转作主切削运动；导轮3用耐磨橡皮制成，作低速旋转，旋转方向与磨轮相同；工件2放置在磨轮与导轮之间，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，作圆周进给，由磨轮将工件磨成圆柱；磨轮轴与导轮轴保持一倾角a1-6，目的是使工件自动纵向进给，调整倾角a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。无心外圆铣磨机原理示意图10＿＿＿＿＿＿＿河南工业职业技术学院毕业设计＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿球面铣磨加工工艺铣磨加工原理在铣磨机上，采用金刚石磨具成型加工玻璃的工序，称作粗磨的铣削加工，又称范成法加工。所谓范成法是利用磨轮刃口轨迹包络面成形球萌的方法，其原理是英国人泰勒（W.Tay-Lor）于1920年首先提出的。烧结金刚有磨具是内文（P.Neren1922年他就开始制造这种磨具。但当时在玻璃加工中并没有得到实际应用。直到五十年代，国外出现铁磨机，并且随着人造金刚石的大量生产和烧结磨具性能的改善，铣削加工方法才开始用于光学玻璃的粗磨加工。我国是六十年代中期才开始从国外引进这项新工艺的。现在，使用散粒磨料的手工操作方法已被金刚石磨具铣削加工所取化，基本上实现了粗磨机械化。无论是加工效率.还是加工精度，后者要比前者高的多。2.1球面铣削原理球面铣削加工原理如图2-1磨轮轴线和工件轴相交于0点，并旦两轴夹角为，磨具绕自身轴离速旋转，工件绕自身轴低速转动，这种运动轨迹的包铬面就形成球面，11＿＿＿＿＿＿＿河南工业职业技术学院毕业设计＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿球面铣磨加工工艺图2-1球面铣削加工图（）铣凸球面（b）铣凹球面铣削加工的磨具中径一般为铣磨透镜直径的四分之三。当透镜表面特别陡峭时，例如，1在加工超半球的工件时，对磨头中径的荽求很严格，而球面曲率半径较大或加工平面零件身，对磨具中径要求相对地说来就不那么严格，只要超过透锤直径的一半就可以了。球面半径的大小与两轴的夹角a有关。当磨具选定后，中径Dm和端面圆弧半径r为定值，调节不同的aR的球面，其R与a的关系式如下：（2-1）（2-2）下面通过几何解释和数学推导，说明铣削加工的运动轨迹形成球面的过程。(一）几何解释在铣削加工时，磨轮端面在工件表面上某一瞬间的切削轨迹是一个圆，此圆的回转轴线与工件轴倾斜a角，所以称为斜截圆。图2-2(a〕是加工原理的透视图，图2-2(b〕是图(a)中包含O'X'轴与0A轴所在平面的投影图。12＿＿＿＿＿＿＿河南工业职业技术学院毕业设计＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿球面铣磨加工工艺图2-2范成法铣削球面的原理在图2-2（a）中，垂直于直线OX并通过A点的平面将球切割，其切口形成一个圆，它相当于斜截圆。斜截圆与OX轴的交点为0、从0'点到圆周上的距离为ro，ro相当磨轮中Dm之半，即ro=Dm/2。从球心0到斜截圆周上任意点的距离相等，此距离定为R(相当工件半径），令、、、、为圆周上的点，那么亦即ABCD是以0为球心，R为半径的球上的圆，此圆半径为r。圆心0'是直线OX(相当磨轮轴线）垂直于此圆的垂足。角AOX=a(相当两轴夹角），面OA=ro=Dm/2,则在图2-2(b〉中,把斜截圆上的一点A与球心0相连的直线OA作为轴〈相当OX对OA回转，并保持角aOA=R的关系。若旋转一周，圆ABCD描述的轨迹，是以0为球心的球面，也就是球面ACEFG被加工出来。如果OX轴不绕OA轴回转，而是两者各绕OX轴和OA轴作自身转动，其运动轨迹与上相同。由此可见，铢削加工表面的形状，实际上是某一加工周期内，斜截圆运动轨迹的总和。如图2-3所示。13＿＿＿＿＿＿＿河南工业职业技术学院毕业设计＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿球面铣磨加工工艺图2-3斜截圆的运动轨迹图2-4磨轮轴与工件轴的坐标系(二）斜截圆的轨迹方程在图2-40为工件轴和磨轮轴的交点（即0点为工件表面的曲OZ为工件轴线，OA=R,OZ'磨轮轴线，0'为斜截圃的中心，ro为斜截圆半径，在’.Y’.Z’坐标系中，斜截圆的方程为X'Y'2r220Z'R2r02（2-3）设M为斜截圆上的一点，M点在X,Y.Z坐标系中的坐标为（X,Y,Z,M点在’,Y’,Z’坐标系中的坐标为（’,Y’,Z’）,满足（2-3）式，将M点的（’,Y’,Z’）转换到X,Y,Z坐标中，即求出M点两坐标的关系。根据坐标转换公式'XYcosaZsina'ZYsinaZcosa'XX（2-4）将（2-3）式代入（2-4）式，并化简得（2-5）（2-5）式是以R为半径的球面方程，它说明斜截圆上任意一点的轨迹方程14＿＿＿＿＿＿＿河南工业职业技术学院毕业设计＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿球面铣磨加工工艺为球面，即铣削加工的运动轨迹为球面。2.2平面铣磨原理平面铣削加工的目的，是获得具有一定平面度或平行度要求的平面零件。平面零件实际上是曲率半径为∞的球面零件。按球面铣射原理公式（2-1当a=0.即工件轴与磨轮轴平行，并且处于两一平面内时，R=∞，则斜截圆在-工件表面上的轨迹是一个平面。因此，球面铣磨机可以铣磨平面零件.在生产中，很多光学厂是采用大型球面铣磨机加工平面或棱镜。目前国内已有专供加工平面零件的铣磨机，如PM500大型平面铣磨机，加工的直径范围为500mm2-5所示。工件绕自身轴转动，起进给作用。磨轮绕高速轴旋铣磨工件，同时磨轮叉沿轴向进刀，达到逐渐吃刀铣磨工件的目的。平行平面铣磨原理如图2-6面。磨轮绕自身轴线旋装，又沿轴向进刀。工件在工作台的拖到下，进行纵向送进或返回，国产PM25型就是专用于铣磨平行平面的铣磨机，它的加工范围是，厚度为5~100mm，长度为250mm.15＿＿＿＿＿＿＿河南工业职业技术学院毕业设计＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿球面铣磨加工工艺2.3铣槽及磨圆弧原理有些光学零件，如棱镜和平面镜等，为了便于安装固定或减轻重量等原因，往往需要进行铣槽、磨圆弧或其它成型表面的加工等。由于粗磨机械化加工工艺的发展，目前，对这类零件的加工也多采用金刚石磨具，代替手工研磨。图4-11所示，是采用成型金刚石磨轮铣圆弧面。图4-12所示，是采用平砂轮加工棱镜的圆弧面。图4-13所示是采用柱形金刚石磨轮铣槽。16＿＿＿＿＿＿＿河南工业职业技术学院毕业设计＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿球面铣磨加工工艺磨料金刚石磨轮的选择磨料(一)种类研磨光学玻璃所用的磨料有天然磨料和人造磨料两大类。主要的天然磨料有金刚石（AL2O3）和金刚砂（主要成分也是氧化铝，但含量低于60%常用的人造磨料有人造金刚石、人造刚玉、人造碳化硅（）和碳化硼（B4）等。在粗磨中，使用最多、效率最高地磨料是碳化硅（俗称金刚砂），其莫氏硬度为9.5‐9.75莫氏硬度为9价格便宜，使用广泛，金刚石的硬度最髙，莫氏硬度为10，它多以固着磨具的形式用于研磨和其他工序中。碳化硼的硬度仅次于金刚石，它适用于精磨。(二）粒度磨料的粒度是以颗粒的大小分类的。我国的磨料粒度号规定,对用筛逸法获得的磨料，粒度号用一英寸长度上有多少个筛孔数来命名的。如粒度是指一英寸长度上有60个孔，依次类推。而用“"表示的微粉粒度，是用水选法分级的，其粒度号表示磨料的实际尺寸，如W20，表示该号微粉主要组成粒度尺寸为。一些主要国家金刚石粒度表示法17＿＿＿＿＿＿＿河南工业职业技术学院毕业设计＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿球面铣磨加工工艺磨具通常采用的磨具有两种。一种是普通磨嵙制成的砂轮，另一种是用结合剂固着的金刚石磨具。金刚石磨具使用寿命长，生产效率高，它已成为粗磨机械化加工的主要工具。因此，深入了解、正确选择、合理使用金刚石磨具，对提髙生产效率和改善加工质量具有重要义。(一）金刚石磨具的结构金刚石磨具通常是由金刚石层、过渡层和基体三茚分抅成，如面3-1所示。1.金刚石层它是金刚石磨具的工作部分，由金刚石颗粒和结合剂组成。因为金刚石是一种稀有昂贵的材料，所以金刚石磨具只在金刚石层中含有金刚石。金刚石层的厚度，主要根据工件的磨削余量和深度而定，粗磨铣磨机上用的磨轮，金刚石层厚度一般在2~3mm左右。18＿＿＿＿＿＿＿河南工业职业技术学院毕业设计＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿球面铣磨加工工艺2.过渡层只含有结合剂，对金刚石层和基体之间起着连接固结作用。过渡层-般为1?2mm。3.基体用于承载金刚石层和过渡层，并在磨具便用时，牢固地将其固定在机床磨头轴上。一般金属结合剂的锯片和磨轮选用钢作基体，树脂结合剂磨轮选用铝、铜或电木等作基体。金刚石磨轮的选择金刚石磨具特性标志有粒度、硬度、浓度、结合剂种类和磨具形状尺寸等。金刚石磨具的特性由下述参数表示,金刚石种类有天然的和人造的，分别用JT和JR表示.金刚石磨具的特性标志及书写顺序如下:1)磨料:代号为JT,JR-1，JR-2，JR-32)粒度:常用80#W53)硬度:常用Z(ZY(中硬〉4)浓度:常用25%，50%，70%，100%5)结合剂：树脂结合剂（S)，青铜结合剂（Q)，陶瓷结合剂〔电镀结合剂(D)6)形状:（BW119＿＿＿＿＿＿＿河南工业职业技术学院毕业设计＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿球面铣磨加工工艺碗形二号轮(BW2D1，双面凹轮〔PSA）筒形轮（NP,NHPBG）等7)外径:代号D8)厚度:代号H9)孔径:代号d10)金刚石层环厚:代号b11)金刚石层层厚:代号h

12)金刚石角度:代号a粒度金刚石磨具的粒度对磨削效率和表面粗糙度的影响正好相反，粒度越细，工件表面粗糖度愈小，则效率越低，粒度对表面粗糙度的影响近似成直线关系。选择粒度的原则是：在保证工件粗糙度要求的前提下，尽可能采用粒度粗的磨轮加工，以提高磨削效率。但是，在浓度一定的情况下，粒度越大，粒数越小，每个颗粒上受到的压力加大，则造成磨具磨耗增大、铣磨用的磨具粒度，范围180#到200#。结合剂结合剂是把金刚石颗粒固结于磨具基体上的物质，结合剂对磨具的使用寿命和磨削能力影响很大。因此，合理地选择结合剂，对提高生产率和零件表面质量是很重要的。目前，国内外使用的结合剂共有四大类。耐麿性由弱到强的顺序为，树脂结合剂，陶瓷结合剂，金屑结合剂和电镀结合剂，金属结合剂又分为铜基、硬质合金基和铁基三种。一些主要国家结合剂代号对照表见表3-220＿＿＿＿＿＿＿河南工业职业技术学院毕业设计＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿球面铣磨加工工艺目前国内使用的磨具采用的结合剂有：（）青铜结合剂青铜结合剂，耐磨性好，磨耗小，使用寿命长，可以承受较大的载荷磨削。但是，青铜结合剂磨具成本髙，本身自锐性稍差，钝化的金刚石顆粒不能及时脱落，磨削过裎中不便充分冷却，易堵塞发热，有时需修整。青铜结合剂磨具使用很广泛。通常用于开料锯片、磨外圆的平形磨轮、铣磨平面、球面的金刚石磨轮以及高速精磨磨具等。(2)电镀结合剂电镀金刚石磨具是用电沉积金厲的方法，把金刚石颗粒"嵌接"在基体表面上。通常磨具表面只有一层金刚石顆粒，如图3-3所示。这种磨具结合力很强，磨削效率高。电镀磨具与同一浓度的压制磨具相此，有近10倍的金刚石颗粒参加磨削。金属结合剂的压制磨具，表面工作层仅有5%-10%的磨粒构成磨削刃。另外，电镀结合剂的镍结合层与工件之问并不接触，21＿＿＿＿＿＿＿河南工业职业技术学院毕业设计＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿球面铣磨加工工艺因此磨具的寿命长，直到金刚石颗粒被磨损到结合层为止。由于磨具的镍结合层与工拌不接触，摩擦力小，为高速磨削提供可能。麿具磨损后，可用重新镀制的方法使其复新，磨具不必报废。由于磨轮具有开放式结构，所以冷却液可以连续不断地与金刚石切削点充分接触，从而避免金刚石由于过热而引起碳化。它的缺点，一是磨具在使用末期，磨损至基底时，为防止突然发生卡死现象，必须采用监控表；二是金刚石磨损时性能会发生变化。金刚石层不能太厚。因此，电镀结合剂磨具，目前仅用于制作特小、特薄和其他特殊形状的磨具，如套料筒、内圆切割锯片等。但由于电镀金刚石磨具独特的优点，它具有广泛的发展前景。(3)树脂结合剂树脂结合剂的磨具，加工的表面粗糙度小，磨削中不易堵塞，容易修整，但其结合力小，耐磨性差，不适合于大负荷磨削。树脂结合剂磨具多用于精磨和初抛光（4）陶瓷结合剂陶瓷结合剂的金刚石磨具酎磨性强，磨削中不易堵塞和发热。耐磨性和磨削效率介于树脂结合剂和金属结合剂之间。同时，具有良好的耐热性、化学稳定性和耐水性，它不怕腐烛和潮湿。因此，可以使用任何一种冷却液。但是由于这种磨具的脆性大，在光学加工中应用裉少。硬度磨轮的硬度是指磨具表面的磨粒在外力作用下脱落的难易程度。磨粒易脱落则磨具软,反之则硬。磨轮硬度的选择，对磨削效率、加工质量和磨具寿命影响很大，若磨具硬度过高，则结合剂把已经磨钝而失去磨削能力的磨粒牢牢把持住而不让其脱落，这样会造成磨具与工件之间摩捺力增大，发热量大，严重时会使零件炸裂。同时，硬度过髙将大大降低磨削效率和表面.质量。相反，磨具硬度过低，磨粒还在锋利时候就会掉下来，这样不但会影响效率，而且还造成磨具不应有的损耗。磨具硬度等级由软到硬分为超软（CR)，软（，中（(ZY)，硬（）和超硬（CY22＿＿＿＿＿＿＿河南工业职业技术学院毕业设计＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿球面铣磨加工工艺玻璃材科较软时，磨轮硬度可选择硬些，工件加工面积大，磨具硬度可选软些。浓度金刚石磨具的浓度，是指在磨具金刚石层内每立方厘米的体积内，含有金刚石的重量，规定每立方厘米中含有4.4克拉金刚石作为100%浓度。"克拉"是金刚石重量的计暈单位，1克拉=0.2g50%12克拉/cm。若浓度过髙，结合剂相对减少，这样对金刚石顆粒的把持力减弱，使磨粒有过早脱落的可能，不能充分发挥磨料的磨削作用。若浓度过低，使磨轮表面金刚石頼粒减少，作用在每颗磨粒上的切削力相应增大，也有促使磨粒过早脱落的可能。铣磨加工中工艺参数的选择工艺参数是指在加工过程中影响效率和质量的独立参数。如磨头转速，工件转速，磨削深度，冷却液种类等。磨头转速磨头转速是由机床性能决定的，一般铣磨机不调速，磨头转速为定值，但适用范围大的机床如QM300大型铣磨机，设有两种转速。另外国外生产的铣磨机，加工范围较宽，因此很多机床都设有调速机构，如LOH厂制造的1、RF223＿＿＿＿＿＿＿河南工业职业技术学院毕业设计＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿球面铣磨加工工艺均有调速机构。磨轮边缘线速度又称磨削速度。磨削速度愈大，磨削效率愈高，表面粗糙度愈小。铣磨实验表明，磨轮边缘线速度在12~35m/s时，磨削效果较好。如果磨削速度过高，则机床震动加剧，会影响工件的质量;如果速度偏低，切削力增大，影响切削效率，而且金刚石颗粒易脱落。磨轮的转速与边缘线速度的关系为式中:Dm---磨轮中径，mmN---磨轮转速，r/minV---磨轮边缘线速度，m/s工件转速工件轴转速，可以拫据工件直径大小和进给速度加以调整。一般铣磨机均有调速机构，如QM30小型透镜铣磨机，工件轴转速为27r/min的无级变速。工件线速度实际上是进给速度，一般选250mm/min较为合理。在实际操作中，常以加工时间体现进给速度。加工一个面的时间，小球面铣磨机为0.5?，中球面为0.7?6min，大球面为4?。进给速度低，加工时间长，表面粗糙度高。铣磨深度铣磨深度是指工件转动一周的吃刀量。实践表明，吃刀量大，磨削效率愈高，但表面粗糙度愈大。在铣磨周期内，磨去量一般是经过多次铣削完成的。从磨具合理使用的角度考虑，铣磨深度不应超过金刚石层的厚度，否则易损坏磨轮。尤其在加工块料毛坯时，更应特别注意吃刀量不能过大。在弹性进给的条件下，铣磨深度与磨轮转速、工件线速度，磨削压力以及金刚石24＿＿＿＿＿＿＿河南工业职业技术学院毕业设计＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿球面铣磨加工工艺粒度和工件材料等有关。冷却液冷却液具有冷却、清洗和润滑作用。对于粗磨铣削加工来说，冷却液的主要作用是冷却。因为玻璃的导热性差，在高速磨轮作用下，玻璃去除量大，产生大量的摩擦热，如果不把这些热量及时带走，不仅使磨具磨损严重，而且工件的质量也难以保证。目前国内在铣削加工中，采用的冷却液主要有三大类：水溶性冷却液、乳化液冷却液、油性冷却液。、水溶性冷却液水溶性冷却液水溶性冷却液是一种含有表面活性剂的水溶液。它可以起到良好的冷却、清洗和润滑作用，使加工表面的粗糙度小。水溶性冷却液主要用于金刚石高速精磨和小球面铣磨加工。、乳化液冷却液乳化液冷却液，是由矿物油和水在乳化剂作用下所形成的一种稳定的乳化液。由于它既含有水又含有油，因此它兼有水和油做冷却液的优点，既冷却、清洗、润滑和防锈性好。主要缺点是配置困难，易油水分相不均匀，另外，容易堵塞磨轮。在光学加工中，主要使用水包油型乳化液，它是一种用少量的油分散在大量水中的乳化液。在配置水包油型乳化液时，首先配成乳化油，即母油，然后再将母液稀释20至50倍使用。乳化油的主要成分是基础油、乳化剂和防锈剂。此外，根据需要还可添加耦合剂、防霉剂和抗泡剂等。基础油的含量一般占乳化油的50%至70%常用的基础油为轻质润滑油。为了25＿＿＿＿＿＿＿河南工业职业技术学院毕业设计＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿球面铣磨加工工艺使乳化油流动性好，易于在水中分散乳化，大多选用粘度较低的5#，7#，10#轻质润滑油。油与水本来互不相溶，要使油与水乳化形成稳定的乳化液，必须添加乳化剂。它的主要作用在于降低表面张力和界面张力，并在水油界面形成一层保护性吸附膜，从而使水油不溶的两种液体能够均匀分散、乳化，并且在一定时间内不致因乳化液内部或外界条件如温度、湿度、浓度等的细小变化而发生油滴之间的聚集或胶凝现象。如果选用的乳化剂较大的降低了水的表面张力，使油的表面张力大于水的表面张力，水就会被油滴拉过去包着油滴，成为水包油型乳化剂，反之，则形成油包水性乳化剂。乳化剂是表面活性物质，是一种有机化合物。根据乳化剂活性基因的性质和分子结构的不同，乳化剂大体可分为四类——阴离子型、阳离子型、非离子型和两性离子型。在乳化油的配置下应用最广泛的是阴离子型和非离子型乳化剂。普遍趋向于将这两类乳化剂复合使用，以发挥各自的优点。、油性冷却液油性冷却液是以矿物油为主体的冷却液。它的表面张力小，润滑性好，对金刚石磨具有较好的防护作用。但由于它粘度大，清洗作用差，玻璃碎屑不易沉淀，油类的比热容、导热系数和汽化热的能力小，因此冷却作用差。另外，油类易着火，油雾对皮肤有损害，影响操作者健康，并且对环境污染严重。在粗磨铣削加工中由于玻璃磨削量大，磨具易磨损，因此，常用油性冷却液。主要是用机油和煤油：1混合，机油燃点较高，煤油粘度较小，两种相对密度相同，混合后的油性冷却液，既有较低的粘度又有较高的燃点。冷却液的喷射方式有内喷和外喷两种。因磨轮转速高，外喷易飞溅是，所以，以内喷为主。加工小零件可采用外喷，加工大零件，同时采用内外喷。26＿＿＿＿＿＿＿河南工业职业技术学院毕业设计＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿球面铣磨加工工艺六、金刚石磨具粒度---粒度大，磨削效率越高，但工件表面粗糙度会越大七、金刚石磨具浓度---浓度太大，结合剂少，金刚石颗粒还没有磨钝就掉了，磨具损耗大，磨削效率高。浓度太小，磨削效率低。铣磨球面产生的表面疵病铣磨球面产生的表面疵病常见的有：菊花纹（细密振纹）、宽疏菊花纹、麻点、擦贴圈有缺口（或中间环带脱空）和球面偏心等，如图5-1所示27＿＿＿＿＿＿＿河南工业职业技术学院毕业设计＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿球面铣磨加工工艺菊花纹菊花纹产生的原因比较复杂，主要是磨头误差与振动影响造成的。此外，磨头预紧力的大小对菊花紋也有一定影响。实践表明，当铣磨的透镜产生振纹时，检修磨头，使之恢复精度要求，则能有效地减少菊花纹。因此对于高速转动的磨头，必须具有较好的动平衡，特别是皮带传动的磨头，马达及皮带轮的平衡也要加以重视。磨头预紧力对菊花纹的影响表现在：如果压紧力小，那就会在光刀过程中，因磨削力减小而引起磨头振动增大，从而产生较密细密振纹。为了判断菊花纹的产生是否与预紧力有关,可以将光刀过的零件表面与未光刀的零件表面进行比较，如果后者的粗糙度比前者大.则可初步判断磨头的预紧力较小，这时应增大预紧力，直到显著减轻细密振纹为止。宽疏菊花纹铣磨表面，有时出现宽疏菊花纹，其产生的主耍原因工件主轴的轴向窜动。主轴在每转一转的过程中，虽然总的轴向窜动在0.005mm轴向窜动，见图5-3.这种小窜动的次数，正好与宽菊花瓣的数目相同，瓣纹的髙低不平也与工件主轴的微量轴向窜动的振幅相近。因此，当工件表而产生宽疏菊花纹时，可在其它因素不变的条件下，改变主轴转速。如果所磨出的透镜宽疏花紋数目仍然不变，则可以确定产生宽疏菊花纹的原因是工件主轴的轴向窜动。28＿＿＿＿＿＿＿河南工业职业技术学院毕业设计＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿球面铣磨加工工艺这时将主轴检修，消除上述微量小窜动之后，宽疏花纹也随之消除。上述两种菊花纹在外观上比较明显，一般容易引起重视。对于严重的菊花纹路是应该设法加以解决的，但是要完全消除它却是不可能的，也是没有必要的。通过对国内外几种铣磨机铣磨的透镜表面进行测试表明,菊花纹路的髙低不平度小于0.01mm，对于精磨影响不大。精磨所花费的时间主要是用来消除麻点，菊花纹的允许值究竟多大合适，是当前铣磨工艺中值得探讨的问题之一。麻点试验表明，磨轮线速度逸择不当，进刀速度与工件转速配合不好是形成麻点的主耍因素。在铣削加工中，磨轮基体上固结许多金刚石小顆粒，它相当于无数小金刚石钻在划玻璃，致使玻璃表面形成许多细密的玻裂层。如果工件转速过高，特别是进刀速度过快时，磨轮的铣削速度跟不上，也就是说前面该铣磨的玻璃还没去除，后面的玻璃又挤上来，致使金刚石磨轮过重地压在玻璃表面，引起挤压破裂，从而形成麻点。当磨头转速为1400r/min时，选择磨轮线速度为30m/s，这样就能比较充分地发挥金刚石磨轮对玻璃的磨削作用，此时工件表面的光洁度比较高。此外，冷却液冲喷的位置，应该对准磨轮铣削玻璃的接蝕部位；这样可以及时冲洗磨削下来的玻璃屑，保持金刚石磨轮刃口的锋利。否则，玻璃糊在工件表面及磨轮刃口上，不但影响铣磨效率，而且容易形成麻点。29＿＿＿＿＿＿＿河南工业职业技术学院毕业设计＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿球面铣磨加工工艺几何形状的疵病擦贴环带有缺口铣磨透镜时检查工件的几何形状通常采用三种方法，一种是样板法，即用金属样板卡工件设加工表面，观察两者曲率的吻合程度，这样方法精度不高，第二种方法是用简易球径仪测量矢高，检查被加工表面的曲率半径，这种方法不能检查零件表面形状的局部误差，第三种方法是擦贴法，即将贴置模表面涂上一层极薄的黄油．然后将工件表面与其对擦，观察工件表面与磨具的接触情况，一般要求工件外圆要均匀擦粘，并且环带要圆，其擦贴度约为1/2～1/3。如图5-3所示。这种检查方法精度较高。用擦贴法检查零件表面时，有时会出现擦贴环带有缺口(图5-3(d)过说明加工表面有局部凹陷。产生原因大致有：1．光刀时间不够铣磨时是螺旋形进刀，光刀的作用在于将螺旋形进刀所产生前痕迹铣去。一般情况所采用的光刀时间为工件转一周多所需的时间。2．密封垫圈过厚在铣磨工序中，常采用真空吸装夹，要求在零件与夹具之间垫密封圈。如果橡皮圈过厚，在铣磨进刀过程中，作用在工件上的轴向力台引起密封圈严重不均30＿＿＿＿＿＿＿河南工业职业技术学院毕业设计＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿球面铣磨加工工艺匀压缩，导致工件的偏斜，如图5-4所示。在光刀肘轴向力减小，橡皮圈在弹力作用下又恢复到原来的位置，这样作用的结果势必造成零件表面有局部凹陷，即擦贴环带有缺口。建议采用厚度为的耐油橡皮作密封圈。真空吸夹口与工件外径的间隙不能过大，过大的间隙容易引起零件的偏斜，从而也会造成擦贴环带有缺口，一般建议这个间隙为O.1mm。图5-4夹口尺寸过大、密封圈过厚引起的误差擦贴环带脱空用擦贴法检查工件时，还会出现擦贴环带脱空现象，即工件边缘及顶部与精磨磨具擦贴，而其余部分不擦贴(见图5-3种疵病的原因是机床工件主轴轴线与磨头轴线不相交。从球面范成法铣磨原理可知，两轴线相交是形成球面的必要条件。目前，在铣磨机的设计中，一般两轴线不相交的允差为0.03mm。实践证明，此误差控制在以内，擦贴环带脱空的现象不明显。球面偏心在铣磨中，对球面的偏心量也有一定的要求。过大的偏心量将增大磨边的磨削量，甚至造成零件的报废。造成球面偏心的重要原因是夹具定位面的偏心。因此在夹具制造中，要特别注意夹具定位面d与口径D对工件回转轴线的同心度。如图5-5所示。31＿＿＿＿＿＿＿河南工业职业技术学院毕业设计＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿球面铣磨加工工艺图5-5偏心的影响铣磨夹具的设计在透镜铣磨中，所用的夹具通常有弹性装夹、真空吸附装夹和磁性装夹。铣磨夹具的设计的要求在光学零件铣磨中，通常采用真空夹具、弹性夹具、磁性夹具和机械夹具。32＿＿＿＿＿＿＿河南工业职业技术学院毕业设计＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿球面铣磨加工工艺铣磨夹具应满足的要求：a.夹具设计应满足零件加工工序的精度要求；b.应能提高加工效率；c.操作方便、省力、安全；d.具有一定使用寿命和较低的夹具制造成本；e.夹具元件应满足通用化、标准化、系列化的“三化”要求；f.具有良好的结构工艺性，便于制造、检验、装配、调整、维修。弹性夹具设计弹性夹具是利用弹性夹头上的三个槽和夹头外圆锥面与夹帽内圆锥面配合产生的弹力，来达到加紧零件的目的。弹性夹具的结构如图6-1所示。图6-1弹性夹具（a）夹具口径＞14~15mm;(b)夹具口径＞45~100mm1—夹帽；2—夹头通常夹头是由黄铜H62＜0.01mm，并且轴线与端面要垂直，其允差为0.01mm弹性夹具的优点是对工件直径公差要求宽，一般公差在±1mm情况下均能加工；弹性装夹不易产生偏心。33＿＿＿＿＿＿＿河南工业职业技术学院毕业设计＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿球面铣磨加工工艺真空装夹是利用真空吸附的作用力，将工件固定在夹具上，其工作原理如图6-2所示。图6-2真空吸附装夹原理真空装夹的空心夹头通过阀门与真空是相通。当真空阀门打开时，工件下面的空心腔被抽成真空，要求夹头工作的真空度﹤40kPa。此时，工件在大气压力当真空阀门关闭时，工件下面的空心腔与真空室切断，换与大气相通，解除真空吸附作用，工件被取下。真空吸附装夹的优点是：操作方便，易于实现自动化，不仅能单件加工，而且也适用于立式铣磨机上成盘加工，生产效率高。其缺点是：对工件的直径公差要求严格，一般要求直径公差在-0.02--0.05mm。如果直径过大，则放不进夹头里；直径过小，则装夹不牢，且易偏心。另外，要求工件直径≥15mm，否则会吸附不住。真空吸附夹具的结构形式如图6-3所示。图6-334＿＿＿＿＿＿＿河南工业职业技术学院毕业设计＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿球面铣磨加工工艺磁性装夹的夹具磁性装夹是利用电磁吸力将共建固定的一种装夹方式，如图6-4所示。图6-4磁性装夹透镜的磁性装夹，是将工件先粘在具有一定平度要求的金属导磁圆盘上，然后把粘好零件的导磁圆盘放到铣磨机的磁性工作盘上，并使二者对好中心，接着，打开磁力开关，将粘有透镜的导磁圆盘吸住。取下工件前，需先用手扶住导磁圆盘，然后再关闭磁力开关，以防工件摔坏。由此看来，在卧式铣磨机上使用磁性装夹很不方便。另外，采用磁性装夹铣磨球面时定中心较困难，而且粘接上盘下盘和清洗等辅助工序又费工时，因此，球面铣磨很少用磁性装夹，它多用于平面的铣磨中。35＿＿＿＿＿＿＿河南工业职业技术学院毕业设计＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿球面铣磨加工工艺铣磨面形的检验光学面形状、检测是光学零件检测中、最基本最重要的检测项目之一，它直接影响光学零件的质量，并且也是光学检验水平的重要标志。检验光学玻璃面形的方法常用的有两种：简易球径仪检测和擦贴法检测。１.1.斐索平面干涉仪检测面形偏差用以检测光学元件的面形、光学镜头的波面像差以及光学材料均匀性等的一种精密仪器。其测量精度一般为/10～/100,为检测用光源的平均波长。常用的波面干涉仪为泰曼干涉仪和斐索干涉仪。斐索干涉仪有平面的和球面的两种，前者由分束器、准直物镜和标准平面所组成，后者由分束器、有限共轭距物镜和标准球面所组成。单色光束在标准平面或标准球面上，部分反射为参考光束；部分透射并通过被测件的，为检测光束。检测光束自准返回，与参考光束重合，形成等厚干涉条纹。用斐索平面干涉仪可以检测平板或棱镜的表面面形及其均匀性。用斐索球面干涉仪可以检测球面面形和其曲率半径，后者的测量精度约1微米；也可以检测无限、有限共轭距镜头的波面像差。泰曼干涉仪检测曼干涉仪由两个准直透镜、分束器、标准平板以及标准球面镜所组成。单色光经小孔、光源准直透镜后被分束器分解成参考光束和检测光束。二者分别由标准平面和检测系统自准返回后，再经分束器，通过观测准直透镜重合，形成等厚干涉条纹，如图8-136＿＿＿＿＿＿＿河南