第2章粗磨精磨抛光part2

1、光学光学加工加工v第2章 粗磨 精磨 抛光光学加工 Optical Fabrication 课程公共邮箱：讲授：郎贤礼单位：仪器科学与光电工程学院(HFUT)LOGO仪器科学与光电工程学院仪器科学与光电工程学院20092v2.3 抛光概述 光学零件的抛光是获得光学表面的最主要工序。其目的：一是去除精磨的破坏层，达到规定的表面质量要求；二是精修页型，达到图纸要求的光圈和局部光圈，最后形成透明规则的表面 抛光的过程十分复杂。并且对抛光机理未形成普遍的理论。 抛光机转速、压力、抛光模和抛光剂质量等都对抛光效率和零件有重要的影响。LOGO仪器科学与光电工程学院仪器科学与光电工程学院20093v2.3.

2、1抛光机理概述 迄今为止，对抛光的本质仍然没一个统一的看法。但大致可以归纳为三种理论：机械磨削理论、化学作用理论和热的表面流动理论。 抛光机转速、压力、抛光模和抛光剂质量等都对抛光效率和零件有重要的影响。 关于抛光的本质的三种基本假说，概述如下：一.机械磨削理论 机械磨削理论认为：抛光是研磨的继续，其本质与研磨是相同的，都是尖硬的磨料颗粒对玻璃表面进行微小切削作用的结果。由于抛光是用较细颗粒的抛光剂，所以微小的切削作用可以在分子大小范围内进行LOGO仪器科学与光电工程学院仪器科学与光电工程学院20094v一.机械磨削理论理 其主要实验依据如下： (一)抛光后的零件质量明显减轻 零件抛光后质量明

3、显减轻。通过实验测得，被抛掉的玻璃颗粒尺寸平均为112nm。 (二)抛光表面有起伏层和机械划痕 用氧化铈抛光时，零件表面凸凹层厚度为3090nm；用氧化铁抛光，凸凹层要2090nm .用电子显微镜观察玻璃表面发现：每平方厘米的抛光表面有3万至7万条深为0.008-0.070微米的微痕，约占抛光总面积的1020。综上说明，抛光是机械作用的过程。 (三)抛光剂的粒度和硬度对抛光效率的影响 抛光剂直接作用于玻璃表面，其粒度和硬度对机械磨削作用都有重要影响 实验表明LOGO仪器科学与光电工程学院仪器科学与光电工程学院20095v一.机械磨削理论 光粉粒度直径在一定范围内，粒度愈大，抛光速率愈高抛光速率

4、与颗粒大小成正比。抛光剂硬度愈高，抛光速率愈高，如目前广泛使用的氧化铈抛光粉(Ce0。)比氧化铁 (红粉)的硬度高，所以前者比后者的抛光速率高23倍。 (四)抛光速率与压力、速度成线性关系 在抛光过程中，压力和相对速度在一定限度内，抛光速率与压力、速度近似成线性关系。因此，通过增加压力和转速可以显著提高抛光速率，高速抛光就是依此发展而来。 LOGO仪器科学与光电工程学院仪器科学与光电工程学院20096v一.机械磨削理论 (五)磨料也能用作抛光剂 磨料很细而且加工压力很小时，也能作为抛光剂。如碳化硼(B4C)和刚玉(Al2O3)，本属磨料，但其粒度直径为0.5m左右时，也能用于玻璃抛光。 综上可

5、以说明，抛光过程机械磨削作用是基本的。但抛光的本质并不仅仅是微小切削作用，其理由是： (1)如果抛光仅仅是机械磨削过程，那么，抛光速率应与玻璃硬度有关，愈软的玻璃，抛光愈快，反之亦然。可是，这个结论不适用于硅酸盐玻璃ZK9和所有硼酸盐玻璃(仅研究18种玻璃)。 (2)机械磨削理论，尽管得到普遍承认，但它不能解释各种化学因素对抛光速率所声生的重要影响LOGO仪器科学与光电工程学院仪器科学与光电工程学院20097v二.化学作用理论二、化学作用理论 化学说认为：抛光过程是在玻璃表层、抛光剂、抛光模和水的作用下发生错综复杂的化学过程，主要是玻璃表面发生的水解过程。 纯粹的化学理论，力图把抛光过程都归结

6、于化学作用，这当然是不全面的，但水解作用确实存在于抛光过程的始终，并起重要作用。 (一)抛光介质水对玻璃的侵蚀作用 1玻璃的亲水性 光学玻璃的表面结构和内部结构并不相同。表面结构往往处于不稳定状态，这是由于表面上每个金属阳离子所需要的氧离子数得不到满足，就出现不平衡，产生表面力。这个力决定了玻璃表面的张力和吸湿性，而最普遍最容易吸引的便是水。实验表明，水分子与玻璃表面的亲和力是相当大的，要从玻璃表面消除水迹，需要800C的高温。因此，处于室温下的玻璃表面，很容易吸附空气中的水分。况且，光学零件在加工过程中，时刻在与水接触，这更加剧了水对玻璃的侵蚀作用水解作用。 LOGO仪器科学与光电工程学院仪

7、器科学与光电工程学院20098v二.化学作用理论 (一)抛光介质水对玻璃的侵蚀作用 2玻璃的水解反应 许多学者在研究水对玻璃的侵蚀作用时，基本观点是一致的，认为水与玻璃表面的硅酸盐产生水解反应，结果玻璃表面的碱金属或碱土金属溶解出来，生成氢氧化物，使溶液成碱性。同时玻璃表面形成硅酸凝胶层，从而减缓了水的侵蚀作用。但由于硅胶层往往是多孔的或因龟裂而产生裂纹，于是在水溶液中OH-就会进一步侵蚀玻璃的网络内体。 硅酸凝胶层，在正常情况下，硅酸凝胶层能保护玻璃表面，大大减缓侵蚀速度。但在抛光粉的作用下，胶层不断被刮去，露出新的表面又被水解如此往复循环，构成抛光过程。因此，水解作用是非常重要的。如果用其

8、他介质代替水时，抛光速度显著下降，这是由于这些介质不能进行水解反应。此外，水能使抛光粉均匀分布在抛光膜的工作表面上，同时水还有良好的冷却和洗涤作用LOGO仪器科学与光电工程学院仪器科学与光电工程学院20099v二.化学作用理论 (二)光学玻璃化学稳定性与抛光速度的关系 实验表明：玻璃的抛光速度与玻璃的硬度和软化点无关，而与化学稳定性有关。如图6-2所示。 由此可以得出结论：玻璃是否容易抛光取决于表面水解后形成的腐蚀层，抛光速度则取决于破坏腐蚀层的难易程度。 一般来说，抛光困难的玻璃，不易出现表面疵病；反之，容易抛光的玻璃，也容易出现疵病球面铣削加工原理球面铣削加工原理图图6-1LOGO仪器科学

9、与光电工程学院仪器科学与光电工程学院200910v二.化学作用理论 (三)抛光液pH值的影响 实验表明：大多数光学玻璃是不耐碱的，至于耐酸的程度，则视光学玻璃的牌号不同而异。因此，光学加工中，大多数光学玻璃，在弱酸性抛光液中抛光(pH=5.5-7)，具有较高的速率和表面质量。 (四)添加剂对抛光过程的影响 在抛光液中加入少量的其他物质，以达到提高速率和改善表面质量的目的，这种物质称为抛光液的添加剂。 (五)抛光剂的作用 抛光剂两种作用：其一是以抛光剂颗粒的坚硬特性，在模具和机床的作用下，对玻璃表面的硅胶层进行微小的切削玻璃被去除，并使玻璃露出新表面，进而得以水解；其二是以抛光剂颗粒表面的吸附特

10、征，使硅胶层以分子级程度被抛光剂吸附而剥落。这两种作用在抛光剂使用寿命内，自始至终都存在。前者作用与抛光剂的粒度、硬度和形状有关；后者与抛光剂的化学活性有关，而化学活性与抛光剂颗粒的有效表面积有关。有效表面积是指单位质量的抛光剂所具有的外表面积总和。LOGO仪器科学与光电工程学院仪器科学与光电工程学院200911v二.化学作用理论 (六)抛光模的作用 光学零件的抛光，是在抛光机上，由模具对工件施加压力，使其与工件紧密接触，在抛光剂作用下，通过两者(模具和工件)的相对运动而达到抛光的。由此看来，抛光模层不仅起着承载抛光粉的作用，同时也起一定的化学作用，能与玻璃的阳离子发生交换反应使玻璃表面以微量

11、的分子形式进行剥落。 实验表明，使用柏油或毛毡抛光模抛光，不用抛光剂，只用清水也能抛光。由于毛毡抛光盘比柏油抛光模层有较多的活基性，所以它的抛光速率比柏油的高，这正是毛毡至今仍被国内外用于抛光的原因。用棉花植物纤维则不能进行抛光，因为它们不含有化学活性基。LOGO仪器科学与光电工程学院仪器科学与光电工程学院200912v三.热的表面流动理论三、热的表面流动理论 热的表面流动理论认为：玻璃表面由于高压和相对运动，摩擦生热致使表面产生塑性流动，凸起的部分将凹陷填平，形成光滑的抛光表面。这种理论的实验依据是：抛光表面用金刚石刀划成图案，然后抛掉，再用酸腐蚀，结果看到划痕再现。另一实验发现，由抛去厚度

12、计算的抛去质量比实测的大得多，于是认为抛去的玻璃填到表面凸凹层的谷部。由此说明抛光过程是流动作用的覆盖。但这与工件抛光后有质量减轻的事实相矛盾，另外，软化点高的玻璃，抛光速率低，这也可以说明这种理论的正确性LOGO仪器科学与光电工程学院仪器科学与光电工程学院200913v2.3.2样板检验原理概述 光学设计者要求透镜、棱镜等光学元件具有与理想的几何形状极接近的精度，两者之差往往以波长为计量单位计量，如/2， /10甚至更小。 对于这样高精度的抛光表面，检验面形偏差，常用的方法有干涉图样法和阴影法。 干涉图样法，又可分为接触法(即样板法)和非接触法(即干涉仪法)。本节着重讲样板检验，亦称光圈检验

13、。 样板检验是光学零件制造中使用最广泛、最简便的一种精密检测方法。LOGO仪器科学与光电工程学院仪器科学与光电工程学院200914v一.样板检验原理一.样板检验原理 被检验光学表面相对于参考光学表面的偏差称面形偏差。通常，在光学加工中，光学零件的面形偏差是通过与样板参考表面比较而鉴别出来的。若两者的面形(球面或平面)不一致，存在微小误差时，就形成一个楔形空气隙，类似一个薄膜，从而产生薄膜干涉现象，如图63(a)所示。若用单色光源，空气隙呈环形对称时，则产生明暗相间的同心圆干涉环，用白光照射产生彩色圆环。这些圆环称作光圈，又叫牛顿环。光学零件面形偏差是在圆形检验范围内，通过垂直位置所观察到的光圈

14、数目、形状、变化和颜色来确定的，并且面形误差用光圈数表示，所以，样板检验亦称“光圈检验”LOGO仪器科学与光电工程学院仪器科学与光电工程学院200915v一.样板检验原理一.样板检验原理光圈检验原理光圈检验原理图图6-3LOGO仪器科学与光电工程学院仪器科学与光电工程学院200916v一.样板检验原理 (一).光圈数与空气隙厚度的关系 考察(b)中的s1,s2两束光，产生干涉。两束光的光程差为 当 产生第k级亮条纹 当 产生第k级暗条纹 那么第k级和k+1级亮条纹所对应空气隙的厚度为： 光线垂直照射 ,则相邻亮条纹空气厚度2cos /2hi 2cos /2hik2cos /2(21) /2hi

15、k/22coskkkhi11(1)/22coskkkhi1cos1,kkkii(232)(233)(234)LOGO仪器科学与光电工程学院仪器科学与光电工程学院200917v一.样板检验原理 则相邻亮条纹空气隙厚度差近似为 由此可知相邻亮条纹空气厚度近似等于，即一道光圈相当于空气隙厚度厚度。总的光圈N与空气总厚度之间关系为 牛顿球干涉为等厚干涉。光圈，即干涉条纹的形状是由空气隙等厚层的轨迹决定的，即同一级干涉条纹对应的空气隙厚度是相等的。因此，对于规则平面干涉条纹为直线，若有微小不平度，则干涉条纹出现弯曲，根据不直度的方向和弯曲程度，即可判定面形误差。对于规则球面，空气隙的等厚层是环形，所以干

16、涉条纹为圆环状，利用干涉条纹的数量和不规则程度，可以判定球面的面形误差。由此可以判定面形误差。12cos 2kkhhhi 2hN(236)(235)LOGO仪器科学与光电工程学院仪器科学与光电工程学院200918v一.样板检验原理 (二).光圈数N与曲率半径偏差R关系 光学零件曲率半径尺与工作样板半径R0之间的偏差R，以干涉条纹数，即光圈数N表示。R值不仅取决光圈数N、零件与样板的接触口径D(在此口径范围内显示干涉环)和干涉光的波长，还取决于样板是沿边缘接触(低光圈)，还是在中部接触(高光圈)。 图64是样板与透镜沿边缘接触情况。 对上式微分2221112222ppRhhhhhh 222()R

17、Rhp222hpRh(239)(238)(237)LOGO仪器科学与光电工程学院仪器科学与光电工程学院200919v2.3.2样板检验原理 由 得 ，将此式代入(2-39)得 将(2-36)代入上式得 对于小曲率透镜，Rp,Rh,所以h/2可忽略， (2-39)可写成 由式(2-38)有11(22hRhRRhhhh 222phRh(238)2Rh NRh 222pRhh 2222228phpDRhhh28DhR(240)(241)(242)(243)LOGO仪器科学与光电工程学院仪器科学与光电工程学院200920v一.样板检验原理 将(2-36), (2-43),代入(2-42), 得 R透镜

18、曲率半径偏差 R透镜曲率半径 D零件与样板接触口径 p=D/2 N光圈数 波长 由(2-42), 光圈数与半径偏差关系224DNRR22222/2222/8DRNRNDDR (244)(245)LOGO仪器科学与光电工程学院仪器科学与光电工程学院200921v一.样板检验原理 (三)光圈半径与与波长的关系 假定hk第k级暗条纹所对应的空气层厚度，Rk为k级暗条纹对应的干涉条纹半径，R为透镜的曲率半径。 由图6-5的几何关系得 考虑到Rhk，故hk2可以舍去，即 在光垂直入射时，两表面光程差 将(2-36)代入(2-42), 得2222()2kkkkrRRhR hh(248)(247)(246)

19、2/(2 )kkhrR2/2kh 2/2krR(249)LOGO仪器科学与光电工程学院仪器科学与光电工程学院200922v一.样板检验原理 满足暗条纹条件为 由此得出，光圈半径与波长的平方根成正比。因此，对于同一级的干涉环，波长愈长，干涉条纹离接触点愈远。 (四)相邻光圈的间隔r与干涉级的关系 由(2-50)得 当k逐渐增大时， 愈来愈小，即r逐渐减小，以致以致眼睛无法分辩。K的极限可由物理光学得出(251)(250)krkR2/2(21)/2krkR11kkrrrRkk /k1kk (252)LOGO仪器科学与光电工程学院仪器科学与光电工程学院200923v一.样板检验原理 对人眼10nm,

20、白光平均波长500nm,则人眼分辨极限为 将k=50代入暗环为公式得 由此得出白光检验时所能检测最大厚度不能超过12.5um.(253)/500/1050k条2/2(21)2hk 12.52khm LOGO仪器科学与光电工程学院仪器科学与光电工程学院200924v二.光圈的识别与度量二.光圈的识别与度量 用样板检验工件时，如果两者在边缘接触，当空气隙缩小时，条纹从边缘向中间移动，则称低光圈，如图66(a)所示；如果两者在中间接触，当空气隙缩小时，条纹从中心向边缘移动，则称高光圈，如图66(b)所示。LOGO仪器科学与光电工程学院仪器科学与光电工程学院200925v二.光圈的识别与度量 (一)高

21、低光圈的识别 正确地识别光圈的高低，对于修改零件的面形偏差是非常重要的。通常是根据干涉条纹的特征、移动情况、弯曲方向、疏密程度、颜色和形状等来识别和度量光圈的。 识别光圈高低常用方法有三种。 1周边加压法 周边加压法是识别光圈高低最常用的方法。此方法适用于光圈N1的判断。 采用周边加压法识别光圈高低的原理是，将样板置于零件上，两者间存在空气隙在样板周边加压时，则使空气隙由厚变薄，即空气隙h由大变小。这样与h对应的干涉条纹也随之移动。对于低光圈，空气隙h等厚层的移动方向是由边缘移向中心，因此，与h等厚层对应的干涉条纹也随之从边缘向中心移动。高光圈识别，正好与此相反。LOGO仪器科学与光电工程学院

22、仪器科学与光电工程学院200926v二.光圈的识别与度量 (一)高低光圈的识别 2边缘点力法 边缘点力法，是在样板边缘某一点轻轻加压，使其另一端浮起，则形成楔形空气隙，从而产生干涉条纹。它是根据干涉条纹的弯曲方向和弯曲程度来识别和度量光圈的。如果工件为理想平面，用平面样板(平晶)检验零件时，则呈现平直条纹，由于浮起程度不同，条纹数目也随之增减，如图67所示。LOGO仪器科学与光电工程学院仪器科学与光电工程学院200927v二.光圈的识别与度量 2边缘点力法 如果工件为高光圈，如图68所示，设样板面为A、B、C、D，加工面为E、F、G、H，边缘一点加压后C和G点接触，则两面之间形成楔形空气层，从

23、而产生干涉条纹。如将干涉图形向平面上投影，那么各带条纹势必弯向受力点，这是由与其对应的空气隙等厚层的轨迹方向决定的，此弯曲程度与条纹间隔之比为光圈数。低光圈干涉条纹弯曲方向与上相反，它是背向受力点，如图69所示。 这种方法适用于N1时光圈高低的识别，而且也可用于N1的情况 在光圈数多的情况下(N1)，以有效检验范围内，直径方向上最多条纹数的一半来度量.LOGO仪器科学与光电工程学院仪器科学与光电工程学院200931v二.光圈的识别与度量 (二)光圈的度量 1光圈数N的度量 (2)光圈数N1的情况 在光圈数少的情况下(N1)，光圈数以通过直径方向上干涉条纹的弯曲量(h)相对于条纹的间距(H)的比

24、值(N=hH)来度量， 如果对光圈的精度要求不高时，也可根据干涉色度量光圈数。LOGO仪器科学与光电工程学院仪器科学与光电工程学院200932v二.光圈的识别与度量 (二)光圈的度量 1光圈数N的度量 (2)光圈数N1的情况 在光圈数少的情况下(N1)，光圈数以通过直径方向上干涉条纹的弯曲量(h)相对于条纹的间距(H)的比值(N=hH)来度量，如图6一11所示(一05)。 如果对光圈的精度要求不高时，也可根据干涉色度量光圈数。 用样板检验。以荧光灯作光源时，当边缘接触其颜色为灰白色时，则可根据中间颜色(见表 61)确定光圈数。与空气隙厚度相对应的光圈数和颜色见表62。LOGO仪器科学与光电工程

25、学院仪器科学与光电工程学院200933v二.光圈的识别与度量 (二)光圈的度量 2.光圈数1N的度量 1N以两个互相垂直方向上光圈N的最大代数差的绝对值来度量。 (1)椭圆形像散光圈数的度量 椭圆形像散光圈数1N的度量如图所示。被检光学表面在xx和yy方向上的光圈数Nx和Ny不等，偏差方向相同，图中的像散光圈数12( 3)1xyNNN LOGO仪器科学与光电工程学院仪器科学与光电工程学院200934v二.光圈的识别与度量 (二)光圈的度量 2.光圈数1N的度量 （2）马鞍形像散光圈数的度量 。 被检光学表面在xx和yy方向上的偏差方向相反。图中的马鞍形像散光圈数11 ( 2)3xyNNN LO

26、GO仪器科学与光电工程学院仪器科学与光电工程学院200935v二.光圈的识别与度量 (二)光圈的度量 2.光圈数1N的度量 (3)柱形像散光圈数的度量 被检光学表面的XX和yy方向上的光圈数Nx和Ny不等。其中，某一方向上的光圈数N=O。图中的柱形像散光圈数11 01xyNNN LOGO仪器科学与光电工程学院仪器科学与光电工程学院200936v二.光圈的识别与度量 (二)光圈的度量 2.光圈数1N的度量 (4)在光圈数N1的情况下，像散光圈的度量。 Nx和Ny都小于1,这时可根据两个方向的干涉条纹的弯曲度来确定Nx和Ny 。而像散偏差光圈数1xyNNNLOGO仪器科学与光电工程学院仪器科学与光

27、电工程学院200937v二.光圈的识别与度量 (二)光圈的度量 3局部光圈数 2N 的度量 (1)中心局部光圈数的度量 中心局部光圈数 2N ，以局部不规则干涉条纹对理想平滑干涉条纹的偏离(e)与相邻条纹的间距(H)的比值(2Ne/H)来度量.LOGO仪器科学与光电工程学院仪器科学与光电工程学院200938v二.光圈的识别与度量 (二)光圈的度量 3局部光圈数 2N 的度量 (2)边缘局部光圈数的度量 (3)中心及边缘均有局部偏差的局部光圈的度量 2N取二者(中心低，塌边)的最大值。LOGO仪器科学与光电工程学院仪器科学与光电工程学院200939v二.光圈的识别与度量 (二)光圈的度量 4.弓

28、形和S形光圈数N和局部光圈数2N的度量 对被检测的光圈可能全因弓形光圈而对N的取值方向有争议，因此，规定根据2N为最小的原则来取值N和2N.LOGO仪器科学与光电工程学院仪器科学与光电工程学院200940v二.光圈的识别与度量 (二)光圈的度量 5无规律性光圈数N的度量 光圈数多时，而且光圈的变化没有一定规律的情况下，规定光圈数N以半径范围内存在条纹最大数来度量，被检面的N=6(对。和z没要求)。LOGO仪器科学与光电工程学院仪器科学与光电工程学院200941v二.光圈的识别与度量 (三)面形偏差归属的判断 用样板检验光学零件时，一般均以样板为标准面如果出现偏差则认为是属于零件的、假如两块样板

29、互检，出现局部偏差时，就存在面形偏差的归属问题。通常采用相对移动的方法来判断，即将上面一块样板拉开并移至一定的距离，如果局部偏差仍在原处不动则表明偏差于下面一块样板；反之，如果局部偏差随之移动，则表明局部误差属于上面一块洋板。 (四)用小样板检验大零件 用小口径的样板检验大口径的零件时，根据(613)式，得小样板检验允许的光圈数为 式中： N1图纸上对工件提出的光圈要求； N2用小样板检验所允许的光圈数； D1零件的直径； D2样板的直径。22121(/)NN DDLOGO仪器科学与光电工程学院仪器科学与光电工程学院200942v2.3.3准球心法高速抛光概述 目前，对于中等精度光学零件(N=

30、35)的抛光，采用的方法有古典法和准球心高速抛光。 古典法是一种历史悠久的抛光方法。其工艺特点是用普通曲柄式抛光机床，转速低，压力小，加压方式用加荷重方法实现。抛光模层材料大多采用柏油或毛毡等。这种抛光法，虽然具有较高的精度，但是它的效率低，因此对于中等精度光学零件的大批量生产主要采用准球心法高速抛光。 准球心法高速抛光是国外20世纪60年代发展起来的半自动抛光方法。由于它与古典法抛光相比具有很多优点，尤其是生产效率高，所以，目前应用相当普遍。LOGO仪器科学与光电工程学院仪器科学与光电工程学院200943v一、准球心法抛光的原理及优越性一、准球心法高速抛光的原理及优越性 根据抛光的机械磨削理

31、论得知：在一定范围内，提高抛光的压力和速度，可使抛光效率线性增加。因些，增大抛光的压力和速度，是提高效率的有效途径。但是由于古典法抛光方向不与球面各点的法线方向一致，因此，正压力P的分布是随上下盘相对位置的不同而不同。如图所示。 当摇臂头从中心偏摆角时，正压力P。按P=Pcosa的规律变化。LOGO仪器科学与光电工程学院仪器科学与光电工程学院200944v一、准球心法抛光的原理及优越性一、准球心法高速抛光的原理及优越性 当增大时，正压力随的增大而减小。目前国产抛光机 ：45。 由此可以得出：古典法抛光，由于正压力是随变化的，势必造成磨削不均匀，压力愈大，不均匀程度愈严重，因此不可能加载过大，而

32、且也不能加工超半球。 为了使正压力恒定，摇臂头必须对准工件球心，沿其表面弧线摆动这就是准球心法抛光的原理，如图6-21(b)所示。 为了实现准球心抛光，摇臂头的摆动轴必须通过下模(镜盘或抛光模)的曲率中心，因此要求中心接头的高度必须保证尺寸精度，否则会破坏准球心。LOGO仪器科学与光电工程学院仪器科学与光电工程学院200945v一、准球心法抛光的原理及优越性 (二)准球心法抛光的优越性 准球心法高速抛光，在原理上克服了古典抛光的缺点，因此在实践上显示了一系列优越性。 1生产效率高 准球心抛光机主轴转速高，压力大，其最高线速度为古典抛光的2倍以上，压力为古典抛光的几倍，甚至十几倍，因此效率明显提

33、高。 2磨削均匀 准球心法抛光，压力不随上下盘相对位置的不同而改变(但抛光模各点相对速度仍不均匀)，因此，磨削较均匀，可以加工超半球。 3减轻了劳动强度 4对室温要求不严 5机床体积小，操作简单，易于掌握中等尺寸中等精度中等尺寸中等精度的零件，用古典法的零件，用古典法单面抛光时间单面抛光时间需需120180min，而采用准球心法高而采用准球心法高速抛光只需速抛光只需10-20min，甚至几分钟，甚至几分钟。LOGO仪器科学与光电工程学院仪器科学与光电工程学院200946v二.准球心法聚氨酯模高速抛光二.准球心法聚氨酯模高速抛光 下面按准球心抛光模材料不同，分述聚氨酯模抛光和固着磨料抛光。 聚氨

34、酯抛光模作为一种耐磨、抛光效率高、形变小、光圈稳定的抛光材料，已广泛应用于光学零件平面及球面的高效加工中，现将相关的问题作以介绍： (一)工艺参数和因素的选择 在抛光工艺中，玻璃牌号、模层材料的质量、抛光粉的粒度、抛光液的供给量和酸度、车间温度等称为抛光过程的工艺参数。这些参数对加工效率有影响，但不能用来控制被加工表面的曲率半径。 下面，从抛光液和机床两个方面，考虑高速抛光工艺参数和因素的选择。LOGO仪器科学与光电工程学院仪器科学与光电工程学院200947v二.准球心法聚氨酯模高速抛光 1.抛光液 主要是考虑抛光液的温度，抛光粉的粒度，抛光液的浓度，抛光液的供给量，抛光液的酸度等影响，以期达

35、到最好效果。 2.主轴转速和压力 在高速抛光中，速度和压力的增加与抛光速率提高近似成线性关系。但抛光速度和压力的增加，应根据抛光模层材料和粘结火漆的性能来选择，一般采用机床的中等转速和压力。 3摆臂偏角和摆幅 摆臂作用的因素有两个：一个是摆臂的偏角；二是摆臂的摆幅。这两个因素的选择对光圈影响很大。在一般情况下，凹镜盘在上时，若偏角大，摆幅大，则光圈易变低；反之亦然。凸镜盘在下时，若偏角大，摆幅大，则光圈容易变高；反之亦然，而且易出现翘边。LOGO仪器科学与光电工程学院仪器科学与光电工程学院200948v二.准球心法聚氨酯模高速抛光(二)聚氨酯抛光模的备制 聚氨酯抛光片分为不同直径的圆片和大张(

36、使用时需要裁剪)的片材两种，厚度在0.52mm不等，同一片材料厚薄均匀。聚氨酯抛光片加氧化铈抛光液抛光玻璃，尽管抛光片很薄，都能加工2000块(盘)以上的镜片。抛光片从表到里充满微孔，大大增加了磨削力，提高了抛光效率。又因为厚薄均匀，有一定弹性，所以基模与抛光片表面修正得好，应用时不但效率很高，而且光圈稳定。 1备制 聚氨酯抛光模的备制有两种方法：其一是压型法；其二是贴片法。后者使用较多。LOGO仪器科学与光电工程学院仪器科学与光电工程学院200949v二.准球心法聚氨酯模高速抛光 贴片形状如图623所示。贴片尺寸计算如下： 抛光片的形状是由聚氨酯贴片半径Rtp，和叶片半径尺寸Ryp确定的。

37、2tpABCRABBC12tpjtRRbLOGO仪器科学与光电工程学院仪器科学与光电工程学院200950v二.准球心法聚氨酯模高速抛光 每个贴片上叶片的半径Ryp为。 在制作抛光模时，尽管当时尺寸修整合适，但经过几天，模具面形尺寸仍会改变。这是由于修模时，抛光材料没有达到吸水平衡时间，修模后继续吸水，从而引起尺寸变化，使模具和工件吻合性很差。正确的修模时间，应由抛光材料的吸水平衡时间决定，因此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。2cos60tpypRR1()sin1266tptptpRbrRRLOGO仪器科学与光电工程学院仪器科学与光电工程学院200951v二.准球心法聚

38、氨酯模高速抛光 2聚氨酯抛光模与柏油抛光模作用机理的不同 对于古典法抛光，为了使玻璃表面形状有微小的变化，希望抛光模表面的形状精度即使在0.01um以下，也能产生微小变化。此时，抛光能力非常小，必须用牛顿环慢慢观察面形变化否则，操之过急难以达到高精度要求。因此，为达到上述目的，古典法抛光通常采用柏油毛毡抛光。 用聚氨酯抛光玻璃，去除量为O02005mm，也就是模具的曲率半径的变化相当这个上除值。抛光初期和后期，抛光模的曲率变化大致相当。因此，用聚氨酯抛光时，磨具的曲率变化是靠弹性实现的，而柏油致密表层的曲率变化是靠粘性流动进行的。 从上述两种不同的流变观点出发，可以得出；抛光模层的粘弹性是保证

39、抛光精度的基本条件。采用聚氨醢作高速抛光模，只能达到34道光圈的面形精度。LOGO仪器科学与光电工程学院仪器科学与光电工程学院200952v二.准球心法聚氨酯模高速抛光 以上所述的两种抛光方法，可达到的精度归纳如下： (1)球面精度 柏油抛光可达101道光圈； 聚氨酯抛光可达35道光圈。 (2)表面粗糙度 柏油抛光的Ra值可达0004-0001um； 聚氨酯抛光Ra。值为001um。 根据零件要求的精度，决定选用柏油或聚氨酯抛光。 柏油和聚氨酯抛光，两者机械参数的差异是机床转速和抛光压力不同。两者在精度方面产生差异的根本原因是柏油和聚氨酯的粘弹性不同。如果两种方法都能保证精度，就按生产批量决定

40、采用何种抛光方法。聚氨酯适用中等精度大批量高速化的生产.LOGO仪器科学与光电工程学院仪器科学与光电工程学院200953v三.准球心法固着磨料的高速抛光三.准球心法固着磨料的高速抛光 固着磨料加工采用成型固着磨料进行抛光。这种工艺加工余量少，要求前道工序提供的零件光圈、表面粗糙度要求较高，一般要经过超精磨。但由于抛光不用抛光粉，操作简单，环境干净且加工出的镜片光圈规则，效率高，能定时、定光圈、定表面粗糙度 (一)固着磨料抛光特点 1.抛光磨具具有自锐作用，磨削能力强，抛光效率高 2.减少了不定因素的影响，无需经常修整抛光模及机床参数。 3.取消了抛光液。便于零件清洗，而且更环保。、 4.抛光磨

41、料利用充分，缩短工时，降低成本。LOGO仪器科学与光电工程学院仪器科学与光电工程学院200954v三.准球心法固着磨料的高速抛光 (二)工艺因素的影响 主要有主轴转速，压强，加工时间，抛光片的覆盖比，精磨表面粗糙度影响。 (二)固着磨料抛光对超精磨的要求、 固着磨料抛光的工件，其几何精度由模具面形保证的。因此它对工件精磨表面的质量及几何形状精度要求高，需要超精磨后再抛光。固着磨料抛光不再是控制面形而是改善表面粗糙度。 超精磨的去除量虽然比抛光多，但也只有0.01mm.一般要求，超精磨后光圈比抛光完工后光圈低0.5-1个光圈。LOGO仪器科学与光电工程学院仪器科学与光电工程学院200955v2.

42、3.4抛光模层材料及抛光粉概述 抛光模层材料与抛光粉是抛光工序使用的主要材料。它们的性能及工艺条件的合理匹配，对抛光零件的加工效率和表面质量的影响都有重要的影响。 抛光模是影响抛光质量的一个重要因素。其面形与工件的面形有密切的关系，抛光完工时它们的面形的完全吻合的。LOGO仪器科学与光电工程学院仪器科学与光电工程学院200956v一.抛光模层材料一.抛光模层材料 抛光模是影响抛光质量的一个重要因素。其面形与工件的面形有密切的关系，抛光完工时它们的面形的完全吻合的。 采用塑料抛光时，抛光模迫使精磨表面与它的面形取得一致，抛光模的形状仅由磨损而改变，而不是粘性流动而改变。所以能较长期保持其正确的面

43、形，所以它适用于自动化生产。 (一)对抛光模的要求 1.微孔结构 主要为增加抛光的切削作用，还吸附，贮存大量抛光粉。 2.耐磨性 为提高抛光模的使用寿命，长期保持面形精度，控制光圈。LOGO仪器科学与光电工程学院仪器科学与光电工程学院200957v一.抛光模层材料 3.耐热性 保证不能在加工过程中受热而变形，一般来说抛光模材料的软化温度在90-100度以上。 4.柔韧性 要求在一定的速度和压力下，抛光模具有微小的蠕变，这样才能与工件紧密接触。 5.硬度 硬度太小容易塌边，太大容易产生划痕。因此硬度要适中。 6.其它要求 比如抗老化，收缩率小等等。 (二)抛光模种类和组成 1.种类 分为热塑性抛

44、光模与热固性抛光模。前者主要是热塑性树脂为主要成分的抛光模，如柏油混模，古马隆混合模；后者主要心热固性树脂为主要成份，如聚氨脂模，环氧树脂模等。LOGO仪器科学与光电工程学院仪器科学与光电工程学院200958v一.抛光模层材料 (二)目前国内几种主要抛光材料 光学玻璃的抛光，经历了从古典抛光到高速抛光的发展过程。与此相适应的抛光材料也叠 历了由天然高分子材料到混合抛光材料及合成高分子材料的发展过程。 现就国内常用的几种抛光材料的组成和性能概述如下： 1柏油混合抛光材料 柏油混合模主要用于低速抛光，曾作为球面高速抛光的过渡性抛光模。 柏油主要成分是沥青。LOGO仪器科学与光电工程学院仪器科学与光

45、电工程学院200959v一.抛光模层材料 (二)目前国内几种主要抛光材料 沥青是黑色、硬质可塑性物质，是极为复杂的有机物。由柏油制成的抛光模，它的强度、刚性和硬度主要是由沥青决定；抛光模的吻合性、粘性是由石油树脂决定的。该树脂系低分子固体树脂，易熔化，为热塑性物质，在一定温度下具有粘性。抛光模的流展性、柔韧性以及对填料的湿润性是由润滑油决定的。润滑油粘度大，不易挥发，具有良好的湿润性。 柏油抛光模虽然具有良好的吻合性和一定的机械性能但是它不能承受较大的压力和较 高的转速，在高速抛光条件下易变形，因此必须改进柏油抛光模配方。改善柏油抛光模的性能有两个途径：其一是改变柏油的组成；其二是加入其他组分

46、。LOGO仪器科学与光电工程学院仪器科学与光电工程学院200960v一.抛光模层材料 (二)目前国内几种主要抛光材料 2古马隆混合抛光材料 古马隆又称香豆酮树脂，有的是粘稠状液体；有的是固体，硬而脆，呈浅黄色至黑色，外观很像松香。它属热塑性物质，软化点为8088_C。用古马隆作抛光模层基体，可提高模层的耐温性、耐磨性和硬度。 纯古马隆抛光模的强度和刚性均不好，加入大量填料和辅助材料，可显著改善抛光模的性能。古马隆混合模主要用于平面抛光。 无论是柏油还是古马隆都是分子量不很高的塑性物质，具有一定的柔韧性、润湿性，所制 备的抛光模有良好的吻合性，加工表面疵病等级高。合成树树脂和填料的加入，又改善了

47、模层 的强度，并且制模简单。因此，柏油混合抛光材料曾是高速抛光过渡性模层材料。但它形稳性差，寿命短，不能很好地满足高速自动化生产的需要。LOGO仪器科学与光电工程学院仪器科学与光电工程学院200961v一.抛光模层材料 (二)目前国内几种主要抛光材料 3聚氨酯泡沫塑料抛光材料 聚氨酯（英语：Polyurethane，缩写为PUPU ）泡沫塑料是20世纪50年代出现的一种新型合成材料。由于它具有一系列优异性能，因此，近些年在国内外得到迅速发展和广泛应用。采用聚氨酯泡沫塑料制成的抛光模，具有良好的微孔结构，强度高，变形小，耐磨性优良，抛光效率高，寿命长。但是这种抛光模，制作困难，重复性不好，配料和

48、制模工艺稍有差别，性能差异很大。 聚氨酯泡沫塑料抛光模，根据配方中使用的原料不同，分为聚酯型和聚醚型两类。聚醚型比聚酯型工艺性能好，耐压，强度高，耐水性好，有较高的抗热性，老化期长。因此，目前各国大多采用聚醚型聚氨酯抛光片。LOGO仪器科学与光电工程学院仪器科学与光电工程学院200962v一.抛光模层材料 (二)目前国内几种主要抛光材料 4聚四氟乙烯抛光材料 聚四氟乙烯具有优良的耐热性、耐化学腐蚀c生和介电性，磨擦系数很小。它在250180 范围内长期使用性能不受任何影响。这种抛光模是将伴有石墨粉的聚四氟乙烯液涂在玻璃底盘上，经高温复塑化而成。这种抛光模材料一般应用于高精度平面零件抛光。 5.固着磨料抛光丸片 抛光时，不用再加抛光粉，只加清水或含有某些添加剂的液体。这种方法，一般叫作固着磨料抛光。 固着磨料抛光丸片的制作是将氧化铈或金刚石微粉加入树脂(基体)中，粘结在一起制成不同形状和尺寸的小圆片。LOGO仪器科学与光电工程学院仪器科学与光电工程学院200963v一.抛光模层材料 (二)目前国内几种主要抛光材料 抛光时，有如金刚石精磨丸片一样按一定方式排列在抛光模基体上，为保持抛光模面形的稳定，覆盖比应大些，一般为5060；抛光片的排列应使抛光模具有理想磨耗。抛光片应具有抛光能力强、自锐性好、膨胀系数小、弹性变形和吸水变形小和应力小等性能。 抛光丸片所用树脂大部分为环氧树脂，有