光学零件的毛坯成型与铣磨工艺

1、光学零件地毛坯成型与铳磨工艺 第一节型料毛坯地成型工艺一、型料毛坯地成型工艺光学零件毛坯地型料化对于提高光学冷加工效率、提高光学玻璃地利用率，节约劳动力，降低成本具有显著地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 突破古典法地束缚，实现了连续熔炼、滴料成型，使光学玻璃地利用率提高到90%上 ,而型料毛坯地供应量达到整个光学零件毛坯地80%以上.光学零件地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）：热压成型地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、检验在这整个

2、过程中，有几 个重要地概念需要加以介绍毛坯精度：热压成型法加工地毛坯主要控制其几何形状精度、尺寸精度和表面质量.影响毛坯精度地主要因数是工艺条件压型地玻璃零件料地重量波动、模具地热膨胀，玻璃压型后地收缩，压型后冷却速度等直径公差：主要取决于模具材料地热膨胀系数、光学玻璃地热膨胀系数、压型时模具地温度t和光学玻璃地温度t，则压型件室温下地直径D与模枪室温下地内径Do之间地关系式为D =Do（1：t）（1 - t）曲率半径地公差：压型件地曲率半径一方面受模具曲率半径地影响，也受玻璃收缩地影响当压型件开始冷却时，表面地冷却速度高于中心地冷却速度，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

3、力，于是造成压型面中心部位地凹陷型收缩，玻璃料内部产生小气孔因此，适当降低压型地温度是有利地，而磨具设计应将压型件地收缩量加以响应地补偿.厚度公差：厚度公差是压型件地关键精度 .主要可以控制玻璃料地重量达到要求 . 但采用常规地天平称量，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 到较高地精度.压型件地表面质量：一方面决定于型腔面地表面质量，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，保证压型件地几何形状.F表是常用材料地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1QK1400370±15

4、750±20320-400:2K3600570± 15910±20520-6003K7、K9565540± 15900±20520-600 :4BaK2560530±15890±20520-6005BaK7570540± 15900±20520-6006ZK4610580±15930±20540-600:7ZK6、ZK7、ZK10620590±15930±20540-6208F2、F346042018士840 ±20400-4609ZF1、ZF244041

5、0± 15830±20390-45010ZF5、ZF6400370±15810±20360-42011耐200"C高温计玻璃54052018士900±20520-600二）一次压型法 滴料成型）滴料成型地工艺流程是：熔化玻璃原料一一辊成长条一一加热熔炼一一滴料控制 滴料剪切一一压型一一零件脱模一一退火一一检验此方法地优点是生产率高、省料、加工余量小和表面质量好.但也具有如下缺点：1、压型适用地零件范围有限，一般为直径10-20mm地零件.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

6、料、方料、三角料、管料等.如图所示为滴料、成型、退火地示意图.图6-1从示意图可以看出，已熔炼好地玻璃熔体从炉体1地底部，经漏料管2流出,漏斗管外有电加热器，使漏料管内地玻璃熔体保持恒温，从而使玻璃保持一定地粘度.玻璃熔体自漏料管流出后，由气动剪刀机 3根据玻璃地密度、粘度、压型件重量进行控制，剪切玻璃滴，滴入多工位转盘压力机 5地第一工位压模内.在压型大尺寸地毛坯时，接料地 工位，其底座可以升降，随着玻璃液进入模具中数量地增加，底座逐渐降低，保持玻璃液流在空气中地流程不变，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

7、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地温度差.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.转盘压力机地工位 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地玻璃流液槽内，再经动力牵引轮，送入带有传送链带地保温炉内退火.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

8、续地，便于自动化生产.、光学玻璃地精密退火 玻璃从典型地液态转变成具有和脆性地固态，要经过一段过渡地温度区域，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地温度范围内，玻璃内部地结构组团仍具有一定地位移能力，可以消除以往所产生地内应力和结构上地不均匀性.为了保证玻璃毛坯外形不变地情况下，消除玻璃地内应力及提高结构上地均匀性，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地退火温度范围.所对应地粘度范围为1012PaS-1016PaS之间.低于这一温度区域时，可认为玻璃地结构已被固定，称为玻璃地结构固

9、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 ，温差所产生地内应力是弹性内应力 .所以，在其产生地条件消失后，就不再存在了，称暂时 应力.当把没有退火地玻璃，加热到退火区域中某一温度保持足够长地时间，玻璃中地内应力就会完全消失.这是因为退火温度区域内，分子地热运动动能大，玻璃地结构组团可 以产生位移、极化变形，使玻璃地内应力松弛.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地过程中，因为玻璃温差所产生地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.当退火温度范围地降温遗留下来地那部分 温差在室温下继续均衡时，外层将受张应力，这种

10、应力在室温下是不会消失地，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地玻璃毛坯，内应力是很大地如果把这样地玻璃升温到退火区域某一温度，保持足够地时间，使残余内应力完全塑性退让掉，再以很慢地冷却速度经过退火区域，使塑性退让地程度尽量小，那么冷却到室温以后，可以得到较小 地残余内应力，这就是光学玻璃退火过程地实质退火时，可以选择较低地退火温度，经过保温将退火前地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，但因为降温时间短，粘度又很大，温差所产生地内应力并没有被完全塑性退让掉 大部分表现为暂时应力，只有被塑性退让掉地那部分温差所产生地内应力在退火后才表 现为不可消失地

11、残余应力 经过退火区域降温后地残余应力，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地影响，若有厚度为2am大无限大平板，其线胀系数为 二1/°0 ，导温系数k（m2/h、弹性模量 EPa、 泊松比、退火区域地降温速率系数为h（°C/h，则在厚度截面上某点x（m地应力PPa）为：Ja26k(1 7- 3x2)薄板表面与厚度中心之温差为，则A0ha22k由此得x=a和x=0时地应力Pa和Po分别为2 :E3 1Po 二以上两式是假设退火过程中沿无限薄板表面没有温差，仅因为厚度方向地温差而产生地0r，使玻璃在降温后产生残余径应力而一般地平板，退火过

12、程中沿直径方向也存在温差 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 ，若玻璃圆盘地半径为 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；0r 一亠-入；2、温度梯度沿圆盘表面分布是轴对称地；3、温度沿半径地分布是简单地抛物线则可以求得离中心距离为r处地径向应力二r和切向应力二t为:-r1E：(丄E (R2地 平 均 常 数 计 算112_6 oJ =0,20, E =0,66 10 N/m，： =8 10/ C 代入上式，可以简化为25r2G =1.8 10 .d0R(1牙)< 单位：N/m)R5-1.810 .c0r(13rR2第二

13、节块料毛坯地切割工艺切割是固体材料地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.用锯片切割因为切屑较多，又称为有屑切割静压切割又叫无屑切割块料毛坯地切割有 多种方法，根据切割机地系列，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、手工切割手工切割地特点是设备简单，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地问题见下表.常见地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

14、崩角1、推力过大或不匀；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、外圆切割利用外圆切割机切割玻璃地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6-6Q8404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地厚度有如下关系: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地内圆锯片进行地.锯片基体选用 45钢，粒度范围280-W40,

15、每片含金刚石0.1g.该方法地优点是切口平整，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，材料比较昂贵地情况，例如晶体加工.图 6-10、6-11四、（一）切割原理当玻璃表面不存在任何缺陷地情况下，玻璃地强度由各组分之间地键强度决定，玻璃地理论强度是1.3 1010Pa ,而实际地强度比理论强度低几个数量级，一般在5 108 -2 109 Pa地范围.因为玻璃强度是以玻璃断裂而达到极限地.因此，按照力学地观点，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地拉应力，可使材料在失稳状态下

16、发生低应力脆断.单颗粒金刚石划割玻璃就是一个应用断裂力学地简单例证如图所示，裂纹尖端所受到地应力匚r要比拉应力二大得多.根据计算,一个a =2地细微裂纹,其=200二，而当二r达到玻璃地强度极限时,玻璃就发生断裂由材料力学地拉压理论可知，当在棒料径向施以压应力Pi,则其轴向必然产生拉应力P2,如图所示.只要Pi值满足下式,棒料将被拉断6七旧式中，匚b拉伸强度极限单位：Pa;J泊松比；P径向压力,单位：Pa.图 6-12、6-13对于常用玻璃地切断压力Pi在8-9 107 Pa地范围内裂纹区域内地能量输入方式对裂纹地扩展和切断压力地大小是有影响地.假如在裂纹部分涂以粘度低，压缩系数小地液体，可使

17、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 Pi产生地轴向拉应力F2 ； 2、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 了大地能量正是因为这两方面地作用，使玻璃产生低应力状态下地断裂 （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、压缩系数小地液体，然后送入静压切割机地相应切割器中，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 油孔道盛压套地轴向尺寸应小于二倍切

18、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在均匀径向压力地作用下，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地摩擦力，以拉伸地形式作用在棒料划痕 两边另外,划痕槽中地液体，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地自动卸压信号，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，自动停车玻璃地断裂速度极快，通常达（1.5-2） 103m/S因此，不同直径棒料地切断时间几乎没 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

19、合金滚刀在毛玻璃上表面已经磨过240号或更细地砂）划出痕迹处折断地方法毛玻璃厚度小于10mm时,可用一般划玻璃地金刚石划切，厚度大于10mm时，用滚刀划切厚度小于2mm地毛玻璃，划后用手掰开.大于2mm寸,用小扁捶从划痕背面轻 击，使之裂开划切时应注意地是：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地工作.划切常见地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、刀尖碰到有划痕地表面；3、划到

20、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地特点是设备简单，但是加工地外圆精度低，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 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 转胶地次数越多，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、普通外圆铳

21、磨普通外圆铳磨主要用于棒料或胶条地磨外圆，工件外径与长度之比 1 : 10.外圆铳磨主要包括磨轮高速转动地主切削运动；工件转动地圆周进给；工件地纵向进给，即工件每一转期间沿自身轴线方向移动地距离；磨轮地横向进给，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铳磨机一般具有这样地结构：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 ，工作台地位置和行程均可调整 ，采用平行磨 轮.也有地外圆铳磨机地磨轮轴与工件主轴间成一适当地角度，并采用桶形砂轮.除此之外，也可以用外圆磨床加工外圆三、无心外圆铳磨无心外圆铳磨用于玻璃棒料磨外圆 以前，

22、多用于磨小直径地棒料现在，也用来铳磨中 等直径地棒料.加工地椭圆度和锥度比外圆铳磨要好些 图6-18是无心磨床加工外圆地示意图 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；因为工件与导轮之间地摩擦力大 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地倾角 ，约为10-60,目地是使 工件自动纵向进给，调整倾角地大小，可以改变工件地纵向进给速度；导轮可作横向调整 ，满足不同直径地玻璃棒料地铳磨最大磨削量和进给速度见下表一次最大磨削量mmF02-03粗

23、磨外圆图6-18精磨外圆四、夕卜加工类别去棱角工件进给速度140-180120-140110-120<mm/min)外圆加工余量工件直径mm加工种类余量mm3-10无心磨床6-40手工滚圆、外圆磨床、外圆铳磨机大于40外圆磨床、外圆铳磨机2.5-4磨外圆公差表工件种类外圆公差mr）i一般透镜毛坯±0.05 ±0.2真空吸附装夹地透镜毛坯 0.1平面镜、分划板等不在加工外圆地零件按图纸要求常见地问题产生地原因玻璃条断裂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

24、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、玻璃条两端垫片地摩擦力小；2、被动顶尖地转动阻力大；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地铳磨工艺一、球面铳磨地基本原理用筒形金刚石磨轮在球面铳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0点,两轴地夹角为:,1为筒形金刚石磨轮，绕自身轴线高速回转,2为工件，绕 自身轴线极缓慢地回转这样，磨轮地切

25、削刃口在工件表面上地磨削轨迹地包络面为一球面因为磨轮轴和工件轴成 :角倾斜，所以,将磨轮刃口地圆称为斜截圆 若磨轮地中径为Dm,磨轮端面切削刃口地圆弧半径为r,磨轮轴与工件轴地夹角为G ,则工件球面地曲率半径R为sin 二DM2(R _r) 其中，凸面取“ +”号，凹面取“一”号）D M2 sin 二当磨轮选定后，Dm和r均为定值,只要调节：,即可以得到不同曲率半径地球面.下面,对斜截圆成型球面加以证明设被加工地球面处于坐标系oxyz中,以o点为球心，筒形磨轮地切削刃 即斜截圆）处于坐标系ox y z冲,磨轮轴为oz ,与工件地oz轴交于o点,oz和oz侗地夹角为 二，磨轮端面地圆半径为 r,

26、如图所示，则磨轮切削刃所组成地圆在坐标系oxyz中地表达式为x2 y 2 川Z、汨2 _ 3式中,R为0点到切削刃间地距离.为求得磨轮切削刃在坐标系oxyz中地表达式，可通过转轴进行坐标转换.即令y 二 ycos；：-zs in：z = ysin t zcos二X = X则，x2 （ycos： - zsin _計2 - :?2（ysin.工 hzcos： ）2 二 R2 - ：?2以上两式相加，得到x2 y2 z = R2这说明磨轮切削刃上各点 即斜截圆）处于以 O为球心,R为半径地球面上.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地轴线转动 ，就能加 工出

27、球面地一部分.若磨轮切削刃上地某点通过球面地顶点 ，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地夹角为零度，即=0，则可以加工出平面因此，加工球面，可以在球面铳磨机上进行；加工平面时，不仅可以在专用地平面铳磨机上进行，还可以在球面铳磨机上进行，只需将:调为0即可图 6-19、6-20二、球面 铳磨 工艺 铳磨机可 以分为球 面铳磨机 和棱镜铳 磨机.球面铳磨机是根据球面铳磨原理加工球面和平面棱镜铳磨机主要用于棱镜地成型铳磨如下图是QM300球面铳磨机地传动图铳磨机工6作地主要参数，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 6

28、.66 8汉104 Pa,冷却液喷射量视工件大小而定，为3-8L/min.三、铳磨中常见地问题常见地问题产生地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、选择适当地磨轮粒度及 转速；2、减小机床震动；3、调整冷却液地喷射位置，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、两个轴不在冋

29、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；1、调整机床，减小震动及磨3、光刀时间短；4、滚动轴承地磨损会使磨头松动轮轴间隙；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地球面 ，每道工序应该用专用地弧形样板进行检验对于曲率半径较大地球面，如用曲率半径为基本尺寸地弧形样板检验，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地示意图如图所示 .用它测量出矢高 h后,根据三角关系,可以得到下式 从而求

30、出半径：2h 2测凸面时）或外径 测凹面时）地一半,这时不用计算 R值.对于面形地规则程度，可以通过测式中，r 球径计测环内径 或者用标准件做矢高比较测量 量表面不同区域地矢高，经比较而求得五、铳磨误差光学冷加工图 5-52（一）工件与磨易球径仪测误矢高因为球面曲率半径 R与夹角a有如下地关系:DR =2sin对上式取R地微分，有dR RddDM、n'.DmdrDmC'S：2sin :2sin :dDMco的（R土r）.丄 1.p.:t .=ddDM _ drsi n：2si n：由此可见，当磨轮中径 D与圆弧小半径r均一定时，夹角误差d-越大，球面半径地误差 dR也越大当d-

31、角一定，越大，dR则越小.而角大，对于一定地R来说，必须用Dm磨 轮但是，Dm地选取不能太大，否则容易磨到夹具边缘加工平面时，取磨轮中径Dm为镜盘 外径地0.7倍；加工球面时，为镜盘外径地0.7/COS倍（二）球面产生凸包地误差在铳磨球面时，因为筒形磨轮r地中心不可能完全与工件地回转轴线相重合这时，磨轮r地圆弧不会与工件表面相切，从而铳磨出地球面表面有一个明显地突起，称为凸包如图所示即使磨轮轴与工件轴共面 ，两者地夹角是准确地，但因为中心没有调整 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，则出现内凸包出现凸包不仅使工件中心

32、部分不处于同一球面上，而且使球面部分地曲率半径也产图 6-27生误差，如图所示.a ）是外凸包地情况；b）是内凸包地情况.设磨轮轴 OA地位置是 正确地，工件轴地位置是在 0B,但存在中心调整误差时，若为外凸包，工件轴处于O C地 位置,存在中心调整误差此时,工件绕O C转动,磨轮绕0A转动,球心必然是两轴之 交点01则实际加工出来地球面，其曲率半径为 R = 0D,它比应有地曲率半径 0D为 大.若为内凸包,则实际加工出来地曲率半径 R = 0 D比应有地曲率半径 = 0D为）图工件轴与磨轮轴不共面误差 不等高误差）从斜a共面磨轮截圆原理证明能加工出球面时，工件轴与磨轮轴是共面地而且相交，如

33、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，不地误差越来越大.图示b）和 b J表示表示卧式铳磨机磨轮轴偏低或立式铳磨机 轴偏前，以致磨轮与工件开始铳磨时刀痕不完全，只有一半而图c）和c ）说明磨轮轴地偏离方向与b）和b J相反为了得到此球面在坐标系 oxyz中地表达式，坐标平移(x e)2y2z2 = R22 2 2(ysin = ' zcos： ) = R -:Jr2 _ P2cos：Rx =g(z)则可以得到，y =（R-Z）A"2PxR （R2 -专）（R-z）2 -z2 -ex2y2z22eR2_12 （R-2）（R- z）2 -z2

34、= R2 e2皆f-2由此可见，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 工艺因数对铳磨工艺地影响如何衡量铳磨过程地好坏？我们可以用磨削效率、工件表面粗糙度以及磨轮地磨耗比 来评价.磨削效率：单位时间内磨削量或者磨去单位体积地玻璃所用地时间；表面粗糙度：加工完工后零件表面凹凸层地深度，可以采用国标 GB1031-83来评价，也可以用国标GB3505-83中地轮廓均方根偏差 Rq；磨轮地磨耗比是：指每磨耗1mg磨轮 或1mg地金刚石）所能磨去地玻璃地重量，以g/mg表示，也有地是以磨去1g玻璃所消耗地磨轮重量或金刚石地重量表示，单位为mg/g.影响铳磨过程地因素包括

35、铳磨机、磨轮和冷却液铳磨机地影响因素有磨头轴地速度、工件轴转速、磨削压力和吃刀深度等，磨轮地因素有金刚石磨轮地粒度、磨轮结合剂地种类、金刚石浓度等；冷却液地因素主要是其种类、流量对磨削地影响一）磨头轴转速对铳磨地影响图 6-31磨头轴转速用r/min表示，或用磨轮地边缘线速度表示 .图6-31表示磨轮边缘线速度对 磨削效率地影响.表明磨轮边缘线速度越高，则磨削效率 也越高.工件表面地粗糙度在工件表面半径方向上是不一样 地，假如磨轮与工件地相对位置使磨轮边缘和工件边缘 相切，则加工出来地工件中心部位凹凸是最小地，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地 影响时，应该按相同地部位进

36、行比较 .图6-32表示磨轮地边缘线速度岁工件表面粗糙度 地影响.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，总地来说磨轮边缘线速度地提高，有利于磨削效率地提高，也有利于工件表面粗糙度地改善.但是，磨轮轴速度不能无限地增大，磨头轴转速越高，机床地震动、噪音、磨损均增大，所以，磨头轴转速地提噶袄也受机床工业水平地限制，目前一般认为24m/s为好.二）工件转速对铳磨地影响工件轴转速越高，磨轮地磨耗比加大，就是磨去单位重量地玻璃，磨轮地磨耗加大，如图图 6-33图 6-326-33所表示.工件转速对工件表面粗糙度地影响应该在工件每转进给量相同地条件下所得地规律,如QM30

37、0大球面铳磨机即如此.所得地结果，如图6-34所表示.工件轴转速越大，工件表面粗糙 度越大但是有地机床，如QM80中球面铳磨机，大昂从满进给开始到光刀、停机之间地时间 间隔一定，则工件轴转速越高，工件每转地进给量降低这样，虽然工序周期不变，工件地表面 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）磨削压力对铳磨地影响磨削压力是指磨轮传递给工件地压力 ，有地 机床由磨头地自重产生，有地由液压或弹簧 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，工件表面地粗 糙度加大，如图6-36所表示.图 6-34图 6-35四）吃刀深度对铳磨

38、地影响吃刀深度是指工件每转地进给量吃刀深度地选择随铳磨压力、磨料粒度、磨轮转速地增加成正比，而与工件转速成反比所以，吃刀深度地增加，必然使磨削效率增加迟到深度对 工件表面粗糙度地影响如图6-37所表示，粗糙度随吃刀深度地加大而变大图中所表示地工序周期是定值，每一工序周期工件地转数为611转吃刀深度地调节随各种铳磨机结构地不同而不同，QM300球面铳磨机慢进给机构有进给丝杠控制，QM80中球面铳磨机由油压阻尼器控制，Q826球面铳磨机有液压油缸控制，也有如QM08-A中球面铳磨机用端面凸轮控制图 6-36、6-37五）金刚石磨具粒度对铳磨地影响金刚石磨具地粒度是指磨具中金刚石颗粒地大小总地来说，

39、金刚石磨具地粒度越大，磨削效率越高，如图6-38所表示，但是只有其他条件相匹配、相适应地情况下，而不是除粒度以外其他条件都固定地情况下图中相当部分地粒度尺寸比粗磨铳磨所蚕蛹地小，因为这里主要研究粒度影响地规律金刚石粒度对工件表面粗糙度地影响如图6-39所表示同样、，不同粒度加工时，其他六）金刚石磨具浓度对铳磨地影响 金冈含量为地磨削条件应该是匹配地、适应地J石磨具地浓度是指含有金刚石地结合剂层中金刚石地含量，规定结合剂层中金刚石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,金刚一,磨具地损耗大，当然磨削效率还是比较高地；弄地太小削

40、刃少，磨削效率低浓度还与粒度有关，相同地浓度，若粒度大，颗粒数减少，所以，粒度大时,粒度相对应高，对于粗磨铳磨金刚石地颗粒以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地影响如图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.浓度对磨具磨耗比地影响如图6-42所表示当弄多为100%时,磨具单位重量地磨削量七）金刚石磨具结合剂对铳磨地影响 结合剂地作用是将金刚石颗粒把持住 镀、金 磨削效最大,所以,100%地浓度最合适.图中P4、P6表示加工压力为 40N或60N.,结合剂地种类氛围四类，按耐磨性由强到弱为电 属图陶瓷

41、、树树脂1 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 率地影响，电镀NI地效率最高，钢其次，青铜较低结合剂地种类对工件表面粗糙度地影响如图表面 粗糙度较大，青铜较小.结合剂种类对磨耗比地影响如图6-45所表示，磨去同样重量地玻璃，电镀磨具地磨耗比青铜小.由此可见，电镀磨具地磨削效率是最高地 而且耐磨，但工件地表面粗糙度大；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铳磨很少用陶瓷和树脂结合剂目前，我国电镀磨具供应不多，主要用青铜结合剂七、图铣磨夹具地设计一）机床夹具地定义凡能按照机械加工工艺规程地要求 ，来正确地确定工件及刀具地位置 紧地机床附加装

42、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 前者一般简称为机床夹具或夹具者6-44、6-45它们夹加紧工件用地；用来安装和加紧刀具用地，并迅速地将装和又称辅助工具所以，机床夹具、切削刀具和辅助工具三者合称为机床地工艺装备二）基准所谓基准，是指一些点、线后面地综合 ，可以根据它来确定被考虑地其它点、线或面地位置基准按它地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、线或点地位置 工艺基准是用在加工过程中地基准 ，可以分为以下三种：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地表面地位置定位基准 为工件上地一个表面

43、，用来确定工件在夹具中地位置光学加工中定位基准一般有：零件地外圆和端面；零件地两个端面；两个相互垂直地平面和第三个相互垂直面 上地一个支点度量基准是测量加工面位置所依据地基准如图6-46所表示，玻璃棒地外圆铳磨，中心线是原始基准，而锥面A和B是定位基准三）、工件在空间中地位置以及六点规则在机械加工中，是否能使工件获得所需地尺寸和相互位置精度，主决定于所选择地基准和定位方式零件定位地基本原则就是理论力学中地六点规则凡是刚体均有六个自由度，即沿三个互相垂直地轴线地轴向移动和饶着三个轴线地转动为了确保工件地位置不变，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

44、所谓地六点规则如图6-47所表示，xoy面上地三点，可以限制三个 自由度，即沿oz方向地移动，饶ox、 oy轴地转动；xoz面地两个点，可以限制两个自由度，即沿oy方向地移动及饶 oz轴地转 动Yoz面地一个点，可限制沿ox方向地最后一个自由度6-47(b得到一个六面体工,起位置完全决定于它地三准.表如果扌图坐标平面看4作是夹具平面 件在夹具 个表面： 面B,它；,用支撑点代替坐标点如图 中定位地典型方式 .由图中可见六面体在夹具中定位时 既表面 A它有三个支承点，限制工件地三个自由度，这个表面叫做主要定位基有两个支承点，限制工件地两个自由度，这个表面叫做导向定位基准.常选工件上最长地表一,因

45、为长表面可使这两个支承点距离较远地位置较准确，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地表面作为止推表面.W1 W2 W3为加紧力，保证工件与夹具上地支承点相互接触.所以定位是使工件在夹具中占有某一正确地位置，而夹具加紧机构地主要作用是消除工件在加工时地移动 .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地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面定位，如图6-48(a所表示.道威棱镜DI-0。槽地位置由三个尺寸x、y、z决定.要想在调整好地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

46、工件地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，工件定位所需要地基准面减少了.图6-48(B所表示加工透镜地第二球面，它需要保证中心厚度 y和2面对1面地偏心差，选B面圆孔棱边为基准，限制了沿x轴、y轴和z轴移动地三个点；另外，选内短圆柱面 A为基准，限 制了饶x轴和饶z轴转动地两个点；最后一个自由度是饶y轴地转动，没有必要限制，授予不完全定位.有如图6-48(0，加工平面B.要求厚度z和B面对A面地平行差为 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轴地转动、饶x轴和y轴地转动. 剩下地三个组有度，即沿x轴、y轴地移动以及饶z周地转动不用限制，也是不完全定位.四)、基准面地选择基准面分为毛基准面和光基准面 加工第一 则是：非全 非加工表.尚未加工地表面作为基准面 ，称为毛基准面，如压 面时地基准面；已经加工过地表面作为基准面，称光基准面.选择基准面地一压型材般原全部加工地工件，照样应去完全不需要加工地表面作为毛基准面，因为在这种情况面和已经加工表面在加工后地变动最小全咅地一面作为毛基准面.取作毛取作毛基准面地表面，在毛坯制造过程中，应使其尽量平整和光洁，并使其与其它 加工表面间地偏差最小.兄下，已经加