光学加工部门操作简单资料.doc

一.光学加工基础知识（一）光学玻璃基本知识1.基本分类和概念光学材料分类：光学玻璃、光学晶体、光学塑料三类。玻璃的定义：不论化学成分和固化温度范围如何，一切由熔体过冷却所得的无定形体，由于粘度逐渐增加而具有固体的机械性质的，均称为玻璃。光学玻璃分为冕牌K和火石F两大类，火石玻璃比冕牌玻璃具有较大的折射率nd和较小的色散系数vd。2.光学玻璃熔制过程将配合料经过高温加热,形成均匀的，高品质的，并符合成型要求的玻璃液的过程,称玻璃的熔制。大致可分为以下几个阶段。（1）.加料过程-硅酸盐的形成（2）.熔化过程-玻璃形成（3）.澄清过程-消除气泡（4）.均化过程-消除条纹（5）.降温过程-调节粘度（6）.出料成型过程总之,玻璃熔制的每个阶段各有其特点,同时,它们又是彼此互相密切联系和相互影响的.在实际熔制中,常常是同时或交错进行的,这主要取决于熔制的工艺制度和玻璃窑炉结构特点。3.玻璃材料性能指标（1）折射率nd、色散系数vd（2）.光学均匀性（3）.应力双折射（4）.条纹度（5）.气泡度（6）.光吸收系数（7）.抗潮湿、抗酸性能（8）.光学玻璃热性能（二）光学理论基础知识1.光学基本理论我们通常把光学分成几何光学、物理光学和量子光学。 （1）.几何光学光线的传播遵循三条基本定律：（1.1）光线的直线传播定律，既光在均匀媒质中沿直线方向传播；（1.2）光的独立传播定律；（1.3）反射定律和折射定律。（2）物理光学从光的波动性出发来研究光在传播过程中所发生的现象的学科，所以也称为波动光学。它可以比较方便的研究光的干涉、光的衍射、光的偏振，以及光在各向异性的媒质中传插时所表现出的现象。（3）量子光学 。 2.光圈概念（1）光圈：光圈被检表面与参考表面干涉产生的条纹数量N叫光圈。它分为：高光圈：中心高，空气间隙减小（加压）时，条纹从中心向边缘移。低光圈：中心低，空气间隙减小（加压）时，条纹从边缘向中心移。（2）象散偏差：被检光学表面在相互垂直方向上相对参考表面的偏差不相等，称象散偏差1N。（3）局部偏差：被检光学表面的局部区域相对参考表面的偏差，称局部偏差2N，分为（3.1）中心低：被检光学表面的中心部位相对于平滑干涉条纹凹陷。（3.2）中心高：被检光学表面的中心部位相对于平滑干涉条纹凸起。（3.3）塌边：被检光学表面的边缘部位相对于平滑干涉条纹塌陷。（3.4）翘边：被检光学表面的边缘部位相对于平滑干涉条纹翘起。（3.5）以上四类综合表现形式。3.抛光的影响因素（3.1）精磨表面结构：直接影响抛光效率和质量，其表面特性分为宏观和微观不规则性。精磨表面几何形状应具有一定的光圈数，否则降低抛光效率，抛光对精磨表面要求为有较大的凸凹层深度和较小的裂纹层深度，同时凸凹层深度应以不大于裂纹层深度为极限。（3.2）抛光模表面形状的影响：抛光模面形的凸凹与工件正好相反，并在抛光过程中互相变化，因此抛光模面形必然影响工件面形精度，通常情况下，抛光模为高（低）光圈，则工件产生低（高）光圈。抛光模的凸凹程度应合适，否则易产生部分未抛到的情况。（3.3）抛光剂的影响抛光剂：选择应合适。抛光液PH值及其成分的影响：氧化铁PH=7、氧化铈PH=6-6.5较合适。（3.4）抛光粉的浓度：对氧化铈抛光粉，重量比为1：5或略稀，浓度不符，将降低抛光效率。（3.5）压力的影响：一定条件下，效率随转速度和压力增加提高。（3.6）温度的影响：抛光过程中，温度将使工件产生热变形，温度变化越大，热变形越大；对一般精度抛光，温度为2023度左右。中等精度抛光，温度为3038度左右。抛光严禁温度过高（超过40度以上）。（3.7）材料性能的影响：玻璃化学稳定性与抛光效率有关，玻璃硬度、软化点等与抛光效率无关。（三）光学加工基本理论一、毛坯成型与切割工艺1.毛坯成型：一次压型法和二次压型法。1.1一次压型法（滴料成型法）工艺流程：配料熔炼流量控制滴料剪切压型退火检验。1.2二次压型法（热压成型法）工艺流程：切割重量调整加热软化压型退火检验。2.切割工艺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，前者为有屑切割，后者成无屑切割。2.1外圆切割：通过对机床采用金刚石锯片，对玻璃进行高速切割。公司采用金刚石锯片切割方式中，通过调整工作台，手动进给玻璃来完成。2.2内圆切割：通过采用内圆锯片进行切割，适宜于工件厚度薄、平面度要求高、材料贵重的玻璃。2.3外圆铣磨：包括磨轮高速旋转的主切割运动、工件低速度旋转的圆周进给。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，即吃刀深度。2.4无心外圆铣磨：主要用于玻璃棒料磨外圆。二、铣磨工艺1.主要针对工件外形尺寸、角度等保证，多数情况下铣磨完工后工件外部尺寸及角度将不再发生变化。2.铣磨工艺2.1铣磨成型目的：将工件加工成规定的几何形状，通常用于加工具有高精度角度要求、边长要求的长方体和正方体等。2.2铣磨误差产生原因：2.2.1工件轴与磨论轴夹角误差；加工过程中易产生轴向跳动，并切吃刀深度易产生变化，造成崩边、面；当工件轴与磨论轴平行且不相交时，铣磨出理想平面。2.2.2电磁盘面与磨轮面不共面误差。加工过程中易产生径向跳动，加工后角度难以保证。若电磁盘面与磨轮面夹角为，则加工后该角度误差将复制到工件上，工件角度误差将略大于。因此设备水平基准应得到保证，磨轮位置应得到保证。2.2.3铣磨夹具误差夹具角度应比工件小2-5；夹具角度精度应比工件高1-2，同时注意槽角度与止推基准面垂直，基准面应开沟槽，夹具同时耐磨、变形小。2.2.3.1槽角度误差引起工件角度偏差当槽角度为900+1（-1），则450=12.2.3.2槽沟不对称设900准确，有450=22零件加工过程中将出现累加角度误差。2.3工艺因素对铣磨工序的影响：铣磨指标：磨削效率、工件表面粗糙度、磨轮磨耗比（指每消耗1mg磨轮，所能磨去的玻璃的重量，以g/mg表示）等；影响铣磨过程的因素：设备、磨轮、冷却液；2.3.1磨头转速：磨轮边缘线速度的提高有利于磨削效率的提高和改善工件表面粗糙度。2.3.2工件轴转速：工件轴转速增加，磨轮磨耗比加大。2.3.3磨削压力：磨削压力增加，工件表面粗糙度加大。2.3.4吃刀深度：指工件每转的进给量，随铣磨压力、磨料粒度、磨轮转速增加成正比增加，而与工件转速成反比。2.3.5金刚石磨具粒度2.3.6金刚石磨具浓度：通常浓度100%比较合适。 2.3.7金刚石磨具结合剂：电镀磨具磨削效率最高，且耐磨，但表面粗糙度大；青铜结合剂，没有电镀耐磨，但表面粗糙度好。国内通常用青铜结合剂。2.4铣模夹具和工件定位：铣模夹具和工件定位是铣磨成型的必要保证，在铣磨成型加工过程中具有重要意义。2.4.1基准：点、线、面的综合，可以根据其来确定被考虑的其他点、线、面的位置分为设计基准和工艺基准2.4.1.1设计基准：任何一个点、线、面，根据其来确定零件图上其他点、线、面的位置。2.4.1.2工艺基准：加工工艺过程中的基准。可以分为：原始基准：任何一个点、线、面，来确定工艺要求的表面的位置。定位基准：工件上任何一个表面，用来确定工件在夹具中的位置测量基准：测量加工面位置所依据的基准。2.4.2工件在空间的位置及六点定位原则：刚体在空间有六个自由度，即沿三个互相垂直的轴线的轴移动和转动。限制这六个自由度就必须有六个定点与工件相接触。2.4.3基面的选择：基面分为毛基面（未加工表面）、光基面（已加工表面）。选择基面原则：2.4.3.1非全部加工的工件，应取完全不需加工的表面；2.4.3.2全部加工的工件，取余量最小的表面作为毛基面；2.4.3.3取做毛基面的表面，制作过程中应尽量平整、光洁，并使其与其他加工表面偏差最小；2.4.3.4已加工一些表面后，毛基面必须用光基面代替。光基面选择时，应与待加工表面有公差要求，并尽量使全部工序在同一基准下进行；2.4.3.5主要定位基准应表面应尽量大，导向基准尽量长，止推定位基准尽量短、窄；2.4.3.6基准面应使夹具设计制造简单。铣磨工序中：1.工件胶条的定位、夹具精度直接影响胶条的精度，主要表现为基准面及胶条长度方向直角程度。胶条效果将直接影响该批工件在设备上的定位。2.安装定位，需要严格认真的态度，同时夹具也是实现安装定位的重要保证。三、研磨加工工艺1.研磨的目的：使工件表面凸凹层深度和裂纹层深度减小，提高表面面形精度。2.平面磨盘曲率考虑因素2.1工件要求高（低）光圈，盘面要求略凹（凸），曲率为。为便于流料及减少崩边，通常考虑下盘为凸盘。通常要求精磨后工件高（低）光圈较抛光低1-2道。2.2重点在于加工出高精度光学表面面形(N、N),磨削、研磨与抛光的运动形式很多,但其特点是一样的,光学平面精度的获得不主要依靠机床的精度,而主要依靠母板的精度的传递，研磨过程实质也是工件复制工作盘面形的过程应该重点研究与把握三个机理。 2.2.1轮廓复制2.2.2母板（修正轮）的产生、保持与修复 2.2.3三块平面（上下盘、休正轮）的对磨与修正 平面精磨模要用金属平磨来修磨,金属平模就是母板,母板最原始最基本获得的办法是三块平模的对磨与相互修正.研磨(精磨)与抛光过程就是母板的精度的保持、破坏与修复过程.精磨模与固体磨料接近刚体,所以母板面形保持的时间长,适合高效加工要求。3.工艺因素对平面研磨的影响3.1工件初始表面粗糙度的影响：相同工艺条件，磨料越粗，玻璃磨削量越大，加工后表面粗糙度越大；3.2加工时间的影响：玻璃的磨削量与加工时间不一定成正比，加工时间延长，表面粗糙度变好。3.3压强的影响：玻璃的磨削量随压强增加而增加，表面粗糙度略有降低。3.4设备转速的影响：转速增加，表面粗糙度略有降低。3.5温度的影响：一定温度（36度以下）范围内，温度升高，表面粗糙度略有降低。3.6玻璃材料性能的影响：在相同加工条件下，不同玻璃牌号其磨削量和加工后表面粗糙度值不同；研磨不同玻璃时破坏层深度与磨料粒度、玻璃相对研磨系数有关。4.操作因素对工件质量的影响4.1设备启动过程：应保证设备低速平稳运转，不能有抖动现象否则易产生崩边。4.2设备状态的影响：盘的面形、水平等。5.设备工作盘面形的影响和光圈保证 根据传统冷加工理论，工件的面形质量实际上就是一个复制面形的过程，因此设备上、下盘的面形质量状况将决定工件加工后的面形。 设备出厂后上、下盘的面形质量控制在0.05mm/m；实际上该面形不能保证加工出符合要求的产品，因此，作为精磨用设备，首先应对上、下盘进行修正处理，在进行处理前，必须调整设备的水平状态，并保证下盘运转平稳，不产生端面跳动，修盘才有意义。 根据机械原理，修正轮在运转过程中有两种方向，正转和反转；当修正轮处于反转状态时，修正轮与下工作盘运转方向相反，随着半径的增加，相互间线速度增加，修盘表现为下盘随半径增加磨削加快，当下盘要求凸形状时使用；相反当下盘要求凹形状时，修正轮采用正转。而上盘正好与上盘相反。 实际休正过程中，因修正轮过厚（T=20mm），且无流砂槽，上盘磨削效果基本可以忽略，只考虑下盘因素。但如果为获得某一面形情况，在修正过程中不考虑修正轮转向切换，极有可能产生偏斜，因此，根据下盘所要求形状，尽量多考虑修盘过程中有利于向所要求的趋势方向多设置转向，少量加入反向设置，更容易获得所要求的面形，在下盘修正达到要求后，上盘可根据要求将设备上下盘进行互研获得形状。 设备上、下盘的绝对平直是不存在的，控制在0.01mm/m以内，我们认为其是平盘。通常设备盘形表现为上、下盘凸凹形状相吻合，下凸则上凹，下凹则上凸。 只有通过加工工艺，合理设置工艺参数，保证设备盘面形状，尽量做到少修盘，通过加工过程来修正盘面才是最理想的方法，因为长期修盘对设备盘面有损伤，同时会降低其使用寿命。6.注意事项生产过程中划痕、崩边可以同时产生，也可以单独产生，以下主要介绍如何判断和处理。划痕的判断及处理：6.1设备正常、稳定生产情况下，玻璃渣产生的划痕较磨料（主要表现为混入粗的磨料）产生的划痕在长度、宽度、深度等方面都要大，短、浅、窄通常为磨料所致。一般情况下，正常、稳定的精磨设备其划痕通常由玻璃渣引起。处理：对短、浅、窄的划痕，处理时用手对产生划痕面的设备整个盘面进行细致清理，直到用手感觉不到有玻璃渣为止，然后再进行加工至划痕消除；对长、宽、深的划痕，处理时采用修正轮在重压、低速状态下修盘约2030分钟即可。为尽量避免玻璃渣的产生，设备启动过程应低速、平稳，并且设备不产生抖动；同时，上、下盘面的沟槽应经常清理，避免没有沟槽，这样一般的玻璃渣会被研磨液带走。6.2设备由粗磨设备向精磨设备转型过程中，通常为磨料所致，随加工时间的推移，划痕会逐渐变为短、浅、窄，直致最终消除。6.3由设备上下盘面引起的划痕表现为划痕有规律性、深度有一致性等。处理方式为采用修正轮在重压、低速状态下修盘，时间根据具体情况确定，但至少应修盘12小时以上，甚至更长时间。四、抛光工艺 1.双面抛光法 双面抛光工作原理与研磨基本相同。双面抛光法适用于平行度要求高的薄片,如石英波片、滤光片、平行平面窗等，行星式双面研磨抛光机使用很广泛,太多引进国外机床,国内风雷机械厂有这类机床产品. 通常上下抛光模用聚氨酯制造,中间工件隔离圈用聚四氟乙烯薄板或有机玻璃板、PVC 板制造,工件的面形主要是抛光模的轮廓复制,要求高时仍要做微量修正2.光圈抛光效果较均匀条件下：中心部位抛光多，易产生低光圈；边缘部位抛光多，易产生高光圈；抛光效果不均匀条件下：中心部位抛光多（少），易产生局部低（高）光圈； 边缘部位抛光多（少），易产生塌（翘）边；3.部分光圈的修正措施基本原则（可参考2.10述）：针对要修正的部位进行，同时兼考虑设备上下盘凸凹状况。由高（低）到低（高）：使高（低）的部位多（少）抛光。由塌（翘）到翘（塌）：使塌（翘）的部位少（多）抛光。在保证其他工艺参数不变情况下，通常通过调整压力，转速，载体转向来实现。多抛光：增加压力及转速、载体反转。少抛光：降低压力及转速、载体正转。以下为一些具体措施。工件光圈高（低）的修正是使工件中央部位相对于边缘部位多抛（少抛）。表4-5：光圈高、低的修正措施：抛光模 原光圈状况 变化状况 措施 转速 压力 抛光液凸盘在下 高 高低 降低 宜轻 降低 低 低高 增加 略加量 增加凹盘在上 高 高低 降低 宜轻 降低 低 低高 增加 略加量 增加表4-6：局部光圈修正措施：工艺参数 改中心低和塌边 改中心高和翘边 改象散偏差转速 减小 增加 减小压力 减小 增加 增加4.注意事项4.1抛光过程中麻点、破点、划伤等的产生原因：玻璃渣、磨料、设备因素（主要为盘面情况）、操作因素等。4.2生产过程中麻点、破点、划伤可以同时产生，也可以单独产生，以下主要介绍如何判断和处理。4.2.1麻点的判断及处理：设备正常、稳定生产情况下，麻点的产生主要为尺寸未抛光到位。处理：继续抛光4.2.2破点的判断和处理：设备正常、稳定生产情况下，破点的产生主要为工件本身材料原因。4.2.3划伤的判断和处理设备正常、稳定生产情况下，划伤的产生主要为玻璃渣的产生。处理：人工先查找大玻璃渣，不可见玻璃渣通过刷盘、设备清洗。设备启动过程应低速、平稳，并且设备不产生抖动；同时，上、下盘面的应经常清理。另外，工件上盘前，应对工件进行检查，将可能产生玻璃渣的工件进行修整等。5.关于抛光垫其面形情况应与工件光圈要求相对应，应考虑下盘面形为“凸”，以便于磨料畅通和减少崩边、划盘等。经常通过设备转向控制抛光盘面形，并定期进行面形测试，尤其上盘，应控制其面形趋势，因为定量去测量存在困难。应定期对抛光垫进行打毛，以提高抛光效率。对抛光垫，应经常检查其脱胶情况，有此情况应立即进行处理，以尽量避免划盘。关于抛光垫的粘接：首先应保证盘面的清洁、无油污、干燥、无水等，粘接尽量避免有空隙，作到沟槽相对应。同时要保证足够的时间对其进行加压、压紧等。6.抛光模修整由于抛光垫为塑性材料，长时间使用易产生形变，同时表面容易钝化，造成抛光后工件面形发生变化，同时抛光效率降低，因此因经常对其进行修正和打毛，保证其表面形状并提高抛光效率。修正原理同研磨修正类似，应充分考虑其凸凹形状并对凸凹程度进行控制。7.抛光过程常见现象处理氧化铈抛光粉，较好的浓度为氧化铈与水比例为1：5或略稀；抛光过程中，浓度便高易产生塌边；抛光模在上，工件修改光圈由高到低，应修抛光模边缘；修正轮正转；抛光剂应淡；压力应增加；抛光模在下，工件修改光圈由高到低，应修抛光模中心；修正轮正转；抛光剂应淡；压力应增加；抛光模在上，工件修改光圈由低到高，应修抛光模中心；修正轮反转；抛光剂应浓；压力应减小；抛光模在下，工件修改光圈由低到高，应修抛光模边缘；修正轮反转；抛光剂应浓；压力应减小；抛光过程中，抛光剂不易加到的部位，抛光后出现局部高光圈误差；抛光模过硬，易产生局部高或塌边光圈；抛光液流量小时，抛光模发热量大，工件与抛光模吻合性好，抛光效率及速度高；抛光温度过高，抛光模变软，易产生光圈塌边、局部高光圈误差；抛光时，出现抛光模发亮，呈油状时，说明抛光模偏软；光学表面疵病应以透射光检验为主。五、研磨、抛光综合注意事项1.为提高生产效率和质量，针对设备工作盘面，应采取以下措施：2.所有工作盘面呈下凸上凹。3.修盘过程以控制工作盘面凸凹程度为主，同时考虑盘面的凸凹一致性，避免出现局部凸凹现象。4.无论修盘还是加工，应根据生产实际情况，设备应进行正转与反转的不定期切换。5.操作者应具备一定的理论与实践基础。六、清洗工艺在平面玻璃光学冷加工工艺中，清洗技术贯穿整个工艺过程。1.精磨后的清洗：精磨后的清洗非常重要，采用超声波清洗，使沉积于玻璃表面的残余金刚砂和其他杂质清除干净，以使洁净的精磨玻璃进入抛光工序。2.抛光表面的清洗。清洗过程的关键在于： 清洗溶剂的选择； 清洗溶液的浓度及配置； 清洗溶液在超声波清洗设备中的先后顺序； 水质要求高； 工艺参数（清洗时间、换液时间等）的选择。当工艺参数选择后，将清洗溶液配置好后按一定顺序放入清洗机中，工件被清洗最后烘干。通常清洗工艺流程：下盘后水清洗弱碱清洗弱酸清洗水清洗多次脱水清洗烘干清洗过程中尽量保证工件在溶液中；多次脱水清洗过程中，溶液随超声波槽逐级增加。七、抛光表面的腐蚀和防护1.生成及检查当温度高、湿度大时容易形成。斑点是抛光表面腐蚀区域的总称，分为白斑和青斑，采用哈气观察。青斑：表面受腐蚀形成的低折射率表层；白斑：表面受腐蚀形成的白色物质。2.表面腐蚀分类碱液腐蚀；酸液腐蚀；水腐蚀；3.防护硅酸盐玻璃不耐碱，在碱液中被溶解，并不是生成斑点；大部分硅酸盐玻璃不耐酸，腐蚀后形成青斑，青斑表面生成结晶后，即为白斑，玻璃受酸腐蚀是严重的。大部分硅酸盐玻璃耐水性比耐酸性好。4.处理方法抛光法：假如少许交换树脂；用乙醇乙醚混合液擦拭；涂擦法：脱脂棉取少许处理液涂擦，静止2-3分钟，再擦净；浸泡法：浸入处理液中10分钟左右，取出擦净。二.光学零件加工技能知识（一）基本问答1.粗加工主要内容和常用装夹方法主要内容：玻璃的划切、粗磨或铣磨平面（球面）、粗磨外圆、钻孔、零件倒角等；装夹方法：弹性装夹、真空吸附、刚性装夹、磁性吸附等。2.检测粗磨零件角度的方法使用固定角度、活动角度、万能角尺、测角仪、厚度差等。3.为什么精磨后零件表面通常为低光圈在抛光时，零件边缘部分和抛光模先接触，则接触稳定、磨削均匀、厚度尺寸也容易控制。同时下盘为凸盘也有利于抛光液的回流。4.精磨时如何控制表面光圈的高低主要与精磨盘面形有关，应修好精磨盘；同时通过设备转速比例的调整，使工件中间或边缘部分相对多磨削来保证。5.识别光学表面零件的印迹零件表面的粘附物或霉雾，具有各种形状，颜色多为黑色、白色或其他颜色，一般在自然光或用薄纸遮挡的灯光下，用反射光观察。6.水印产生的原因7.1抛光时温度较高而忽然冷却；7.2抛光液碱性过大；7.3玻璃材料化学性能。7.边缘抛光过强或由高向低修改光圈未到位时，产生的现象和解决方法产生局部低或塌边；通过减压、降低转速、修正抛光模等方法实施。8.抛光液浓度对抛光的影响10.1浓度低，降低零件表面温度，降低了生产效率；10.2太高，水含量降低，使零件产生局部误差。9.胶条过程中产生炸裂的原因11.1零件预热温度过高或升温太快；11.2玻璃内应力大或本身有小裂纹；11.3局部遇冷；11.4夹紧力过大11.5零件表面不平产生局部接触；11.6表面不干净等。10.磨具硬度对加工的影响12.1硬度过高，已经失去磨削力的磨粒不能脱落，使摩擦力增加，发热量加大，可能引起材料性能发生变化、零件炸裂，降低磨学效率；12.2硬度过低，有磨削力的磨粒过早脱落，影响加工效率，加快磨具的磨损。11.散粒磨料粗磨加工时表面粗糙度不好的原因13.1磨料及粒度不纯；研磨时间短，未能消除上道工序遗留痕迹；13.2磨料粒度间隔大或加工余量小；13.3设备盘面有缺陷，不规则。12.抛光压力和速度过大对抛光质量的影响产生切削热太大而使抛光柏油层流动加快，难于加工出理想面形，同时压力大使零件发生应力变形，薄零件更严重。13.影响抛光面型误差的工艺因素；15.1抛光垫面形；15.2抛光垫材料硬度；15.3环境温度；15.4压力；15.5抛光液PH值及浓度等。14.超声波清洗后产生的脏点、灰印、水印等如何消除用4-5%的结晶碳酸钠水溶液浸泡1-1.5小时，再用超声波清洗。15.铣磨过程中零件脱胶或折段的原因17.1夹具或零件不干净；17.2粘结面不平或胶层太厚；17.3粘结力