光學(xué)零件的毛坯成型與銑磨工藝

1、光學(xué)零件地毛坯成型與銃磨工藝 第一節(jié)型料毛坯地成型工藝一、型料毛坯地成型工藝光學(xué)零件毛坯地型料化對于提高光學(xué)冷加工效率、提高光學(xué)玻璃地利用率，節(jié)約勞動力，降低成本具有顯著地作用國外自二十世紀(jì)七十年代以來 ，光學(xué)零件毛坯工藝完全 突破古典法地束縛，實現(xiàn)了連續(xù)熔煉、滴料成型，使光學(xué)玻璃地利用率提高到90%上 ,而型料毛坯地供應(yīng)量達(dá)到整個光學(xué)零件毛坯地80%以上.光學(xué)零件地毛坯成型可以分為兩種方法即二次成型法和一次成型法二次成型又叫熱壓成型法、一次成型又叫滴料成型一）熱壓成型法 二次成型）：熱壓成型地工藝流程是先將光學(xué)玻璃加工成塊料，然后經(jīng)過切割、調(diào)整重量，再將玻璃加熱軟化，壓型，退火、檢驗在這整個

2、過程中，有幾 個重要地概念需要加以介紹毛坯精度：熱壓成型法加工地毛坯主要控制其幾何形狀精度、尺寸精度和表面質(zhì)量.影響毛坯精度地主要因數(shù)是工藝條件壓型地玻璃零件料地重量波動、模具地?zé)崤蛎?，玻璃壓型后地收縮，壓型后冷卻速度等直徑公差：主要取決于模具材料地?zé)崤蛎浵禂?shù)、光學(xué)玻璃地?zé)崤蛎浵禂?shù)、壓型時模具地溫度t和光學(xué)玻璃地溫度t，則壓型件室溫下地直徑D與模槍室溫下地內(nèi)徑Do之間地關(guān)系式為D =Do（1：t）（1 - t）曲率半徑地公差：壓型件地曲率半徑一方面受模具曲率半徑地影響，也受玻璃收縮地影響當(dāng)壓型件開始冷卻時，表面地冷卻速度高于中心地冷卻速度，從而在內(nèi)外均冷到室溫后，壓型件表面收壓應(yīng)力，中心受張應(yīng)

3、力，于是造成壓型面中心部位地凹陷型收縮，玻璃料內(nèi)部產(chǎn)生小氣孔因此，適當(dāng)降低壓型地溫度是有利地，而磨具設(shè)計應(yīng)將壓型件地收縮量加以響應(yīng)地補(bǔ)償.厚度公差：厚度公差是壓型件地關(guān)鍵精度 .主要可以控制玻璃料地重量達(dá)到要求 . 但采用常規(guī)地天平稱量，滾筒加工方法，無法達(dá)到精度要求.現(xiàn)在多用棒料加工，可以達(dá) 到較高地精度.壓型件地表面質(zhì)量：一方面決定于型腔面地表面質(zhì)量，另一方面也決定于壓型溫度和防粘劑.國外曾采用將型心施以微振，使壓型件便于脫膜，而且能中心到位，保證壓型件地幾何形狀.F表是常用材料地壓型工作溫度序號玻璃牌號工作溫度0c）精密退火電爐粗退火拍型爐溫壓模工作面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高溫計玻璃54052018士900±20520-600二）一次壓型法 滴料成型）滴料成型地工藝流程是：熔化玻璃原料一一輥成長條一一加熱熔煉一一滴料控制 滴料剪切一一壓型一一零件脫模一一退火一一檢驗此方法地優(yōu)點是生產(chǎn)率高、省料、加工余量小和表面質(zhì)量好.但也具有如下缺點：1、壓型適用地零件范圍有限，一般為直徑10-20mm地零件.2、只能有部分光學(xué)零件熱壓成型.3、切口處留有刀刃.一次壓型法不僅可以生產(chǎn)毛坯，還可以生產(chǎn)棒料、板

6、料、方料、三角料、管料等.如圖所示為滴料、成型、退火地示意圖.圖6-1從示意圖可以看出，已熔煉好地玻璃熔體從爐體1地底部，經(jīng)漏料管2流出,漏斗管外有電加熱器，使漏料管內(nèi)地玻璃熔體保持恒溫，從而使玻璃保持一定地粘度.玻璃熔體自漏料管流出后，由氣動剪刀機(jī) 3根據(jù)玻璃地密度、粘度、壓型件重量進(jìn)行控制，剪切玻璃滴，滴入多工位轉(zhuǎn)盤壓力機(jī) 5地第一工位壓模內(nèi).在壓型大尺寸地毛坯時，接料地 工位，其底座可以升降，隨著玻璃液進(jìn)入模具中數(shù)量地增加，底座逐漸降低，保持玻璃液流在空氣中地流程不變，從而避免出現(xiàn)折疊.在轉(zhuǎn)到第二工位后，為了減少剪刀印，并使 玻璃液在模子中能均勻攤平以及改善外觀質(zhì)量，在第二工位進(jìn)行火焰拋

7、光，然后上模下落，使之壓型.對于大尺寸毛坯，在壓型以后，為了防止邊部炸裂和壓型件變形，在工位3和4,進(jìn)行模邊火焰加熱，以減小壓型件中心和邊緣地溫度差.工位3、4、5是使型料及下模逐步冷卻.工位6是型料由下模取出，通過移料機(jī)6、皮帶傳輸機(jī)7、撥料機(jī)8送入 鏈帶退火爐9,消除內(nèi)應(yīng)力，用偏光儀檢查，裝入成品箱.轉(zhuǎn)盤壓力機(jī)地工位 7、8是使下 模繼續(xù)冷卻，工位9和10下模關(guān)閉并鎖緊.若制成條形料，則玻璃熔體自漏料管流出后，流入鋁青銅材料制成地玻璃流液槽內(nèi)，再經(jīng)動力牽引輪，送入帶有傳送鏈帶地保溫爐內(nèi)退火.對于棒料或管料，可以用牽引成型機(jī).滴料成型也稱直線成型，其特點是：熔煉玻璃出料、壓型、移料和退火是連

8、續(xù)地，便于自動化生產(chǎn).、光學(xué)玻璃地精密退火 玻璃從典型地液態(tài)轉(zhuǎn)變成具有和脆性地固態(tài)，要經(jīng)過一段過渡地溫度區(qū)域，這一溫度區(qū)域稱為轉(zhuǎn)變溫度區(qū)域，其上限為軟化溫度，其下限為轉(zhuǎn)變溫度.在轉(zhuǎn)變溫度以下，外形可 以認(rèn)為不隨溫度變化.但在轉(zhuǎn)變溫度以下相當(dāng)大地溫度范圍內(nèi)，玻璃內(nèi)部地結(jié)構(gòu)組團(tuán)仍具有一定地位移能力，可以消除以往所產(chǎn)生地內(nèi)應(yīng)力和結(jié)構(gòu)上地不均勻性.為了保證玻璃毛坯外形不變地情況下，消除玻璃地內(nèi)應(yīng)力及提高結(jié)構(gòu)上地均勻性，只能在這一溫度范圍內(nèi)進(jìn)行退火.這一溫度范圍稱為光學(xué)玻璃地退火溫度范圍.所對應(yīng)地粘度范圍為1012PaS-1016PaS之間.低于這一溫度區(qū)域時，可認(rèn)為玻璃地結(jié)構(gòu)已被固定，稱為玻璃地結(jié)構(gòu)固

9、定溫度.當(dāng)加熱或冷卻在低于結(jié)構(gòu)固定溫度以下時，玻璃只有彈性變形而沒有塑性變形 ，溫差所產(chǎn)生地內(nèi)應(yīng)力是彈性內(nèi)應(yīng)力 .所以，在其產(chǎn)生地條件消失后，就不再存在了，稱暫時 應(yīng)力.當(dāng)把沒有退火地玻璃，加熱到退火區(qū)域中某一溫度保持足夠長地時間，玻璃中地內(nèi)應(yīng)力就會完全消失.這是因為退火溫度區(qū)域內(nèi)，分子地?zé)徇\動動能大，玻璃地結(jié)構(gòu)組團(tuán)可 以產(chǎn)生位移、極化變形，使玻璃地內(nèi)應(yīng)力松弛.玻璃在高溫下內(nèi)應(yīng)力松弛稱為塑性退讓.在退火溫度范圍內(nèi)降溫地過程中，因為玻璃溫差所產(chǎn)生地應(yīng)力可以被塑性退讓掉，所以，在退火溫度范圍內(nèi)雖有溫差，但沒有內(nèi)應(yīng)力.當(dāng)退火溫度范圍地降溫遺留下來地那部分 溫差在室溫下繼續(xù)均衡時，外層將受張應(yīng)力，這種

10、應(yīng)力在室溫下是不會消失地，稱永久應(yīng)力或殘余內(nèi)應(yīng)力從熔融狀態(tài)或二次成型冷卻下來地玻璃毛坯，內(nèi)應(yīng)力是很大地如果把這樣地玻璃升溫到退火區(qū)域某一溫度，保持足夠地時間，使殘余內(nèi)應(yīng)力完全塑性退讓掉，再以很慢地冷卻速度經(jīng)過退火區(qū)域，使塑性退讓地程度盡量小，那么冷卻到室溫以后，可以得到較小 地殘余內(nèi)應(yīng)力，這就是光學(xué)玻璃退火過程地實質(zhì)退火時，可以選擇較低地退火溫度，經(jīng)過保溫將退火前地殘余內(nèi)應(yīng)力完全塑性退讓掉，以指數(shù)增加降溫速率，這樣雖然內(nèi)外溫差很大，但因為降溫時間短，粘度又很大，溫差所產(chǎn)生地內(nèi)應(yīng)力并沒有被完全塑性退讓掉 大部分表現(xiàn)為暫時應(yīng)力，只有被塑性退讓掉地那部分溫差所產(chǎn)生地內(nèi)應(yīng)力在退火后才表 現(xiàn)為不可消失地

11、殘余應(yīng)力 經(jīng)過退火區(qū)域降溫后地殘余應(yīng)力，根據(jù)彈性力學(xué)理論導(dǎo)出了各種形狀、尺寸、導(dǎo)溫系數(shù)及降溫速率對退火后殘余內(nèi)應(yīng)力地影響，若有厚度為2am大無限大平板，其線脹系數(shù)為 二1/°0 ，導(dǎo)溫系數(shù)k（m2/h、彈性模量 EPa、 泊松比、退火區(qū)域地降溫速率系數(shù)為h（°C/h，則在厚度截面上某點x（m地應(yīng)力PPa）為：Ja26k(1 7- 3x2)薄板表面與厚度中心之溫差為，則A0ha22k由此得x=a和x=0時地應(yīng)力Pa和Po分別為2 :E3 1Po 二以上兩式是假設(shè)退火過程中沿?zé)o限薄板表面沒有溫差，僅因為厚度方向地溫差而產(chǎn)生地0r，使玻璃在降溫后產(chǎn)生殘余徑應(yīng)力而一般地平板，退火過

12、程中沿直徑方向也存在溫差 向應(yīng)力和殘余切向應(yīng)力利用彈性力學(xué)對邊緣應(yīng)力進(jìn)行計算 ，若玻璃圓盤地半徑為 R，厚度為 2a，在退火過程中假設(shè)：1、保溫階段，中心和邊緣無溫差，僅在降溫時產(chǎn)生溫度差；0r 一亠-入；2、溫度梯度沿圓盤表面分布是軸對稱地；3、溫度沿半徑地分布是簡單地拋物線則可以求得離中心距離為r處地徑向應(yīng)力二r和切向應(yīng)力二t為:-r1E：(丄E (R2地 平 均 常 數(shù) 計 算112_6 oJ =0,20, E =0,66 10 N/m，： =8 10/ C 代入上式，可以簡化為25r2G =1.8 10 .d0R(1牙)< 單位：N/m)R5-1.810 .c0r(13rR2第二

13、節(jié)塊料毛坯地切割工藝切割是固體材料地連續(xù)界面發(fā)生規(guī)則斷開并有序分離可分為鋸片切割和靜壓切割兩大類.用鋸片切割因為切屑較多，又稱為有屑切割靜壓切割又叫無屑切割塊料毛坯地切割有 多種方法，根據(jù)切割機(jī)地系列，可分為外圓切割機(jī)、內(nèi)圓切割機(jī)、套割機(jī)以及靜壓切割機(jī)等.一、手工切割手工切割地特點是設(shè)備簡單，不需要裝夾.缺點是勞動強(qiáng)度大，切口平整性差.在切割棱鏡毛坯時，常利用專用夾具.下圖是手工切割示意圖.光學(xué)冷加工圖 5-1手工切割金剛石鋸片基體選用A3鋼.金剛石粒度60-80,濃度為75-100%,青銅結(jié)合劑手工切割中常出現(xiàn)地問題見下表.常見地問題產(chǎn)生原因鋸口不直1、推力不平衡；2、鋸片擺動；3、推力過大

14、崩角1、推力過大或不勻；2、鋸片不圓；3、切削結(jié)束時用力過大切削率低1、鋸片不鋒利；2、冷卻水不足；3、鋸片粒度細(xì)，轉(zhuǎn)速低、外圓切割利用外圓切割機(jī)切割玻璃地特點是切口平整性好，勞動強(qiáng)度低.但是零件裝夾比較麻煩，對于小塊零件更不方便.機(jī)床一般采用金剛石鋸片 ，對玻璃進(jìn)行高速切割.鋸片 可做下降切削，工作臺做縱向進(jìn)給.大多數(shù)工序由電器控制，實現(xiàn)半自動加工.圖6-6Q8404切割機(jī)用金剛石鋸片用切割機(jī)切割玻璃零件時，一般鋸切寬度與鋸片地厚度有如下關(guān)系:鋸片金剛石層厚度11.52切口寬度1.41.92.5三、內(nèi)圓切割內(nèi)圓切割是采用如圖所示地內(nèi)圓鋸片進(jìn)行地.鋸片基體選用 45鋼，粒度范圍280-W40,

15、每片含金剛石0.1g.該方法地優(yōu)點是切口平整，粗糙度好，鋸口窄 約0.3mm）,尺寸 精度高，平行度好.缺點是不適于切大塊料,鋸片使用壽命短，工件裝夾費事.一般用于工 件厚度薄、平面度要求高，材料比較昂貴地情況，例如晶體加工.圖 6-10、6-11四、（一）切割原理當(dāng)玻璃表面不存在任何缺陷地情況下，玻璃地強(qiáng)度由各組分之間地鍵強(qiáng)度決定，玻璃地理論強(qiáng)度是1.3 1010Pa ,而實際地強(qiáng)度比理論強(qiáng)度低幾個數(shù)量級，一般在5 108 -2 109 Pa地范圍.因為玻璃強(qiáng)度是以玻璃斷裂而達(dá)到極限地.因此，按照力學(xué)地觀點，在材料表面上預(yù)先制出預(yù)應(yīng)力劃痕，并施加與劃痕走向相垂直地拉應(yīng)力，可使材料在失穩(wěn)狀態(tài)下

16、發(fā)生低應(yīng)力脆斷.單顆粒金剛石劃割玻璃就是一個應(yīng)用斷裂力學(xué)地簡單例證如圖所示，裂紋尖端所受到地應(yīng)力匚r要比拉應(yīng)力二大得多.根據(jù)計算,一個a =2地細(xì)微裂紋,其=200二，而當(dāng)二r達(dá)到玻璃地強(qiáng)度極限時,玻璃就發(fā)生斷裂由材料力學(xué)地拉壓理論可知，當(dāng)在棒料徑向施以壓應(yīng)力Pi,則其軸向必然產(chǎn)生拉應(yīng)力P2,如圖所示.只要Pi值滿足下式,棒料將被拉斷6七舊式中，匚b拉伸強(qiáng)度極限單位：Pa;J泊松比；P徑向壓力,單位：Pa.圖 6-12、6-13對于常用玻璃地切斷壓力Pi在8-9 107 Pa地范圍內(nèi)裂紋區(qū)域內(nèi)地能量輸入方式對裂紋地擴(kuò)展和切斷壓力地大小是有影響地.假如在裂紋部分涂以粘度低，壓縮系數(shù)小地液體，可使

17、切斷壓力大大降低.所以，靜壓切割過程與兩個因數(shù)有關(guān)：1、由徑向壓力 Pi產(chǎn)生地軸向拉應(yīng)力F2 ； 2、劃痕部位 A內(nèi)液體 圖6-14 ）直接把P1作用到裂紋尖部，給裂紋擴(kuò)展增加 了大地能量正是因為這兩方面地作用，使玻璃產(chǎn)生低應(yīng)力狀態(tài)下地斷裂 （二）靜壓切割法靜壓切割法主要用于玻璃棒料玻璃棒料滾圓后，按所需厚度用金剛石工具加工出預(yù)應(yīng)力劃痕，然后在棒料表面均勻涂以低粘度、壓縮系數(shù)小地液體，然后送入靜壓切割機(jī)地相應(yīng)切割器中，為保證劃痕在切割器中處于正確位置，需要進(jìn)行首片定位，如圖6-15所示圖中6為工件,4為切割器座,2為盛壓套,1為O型密封環(huán),3為法蘭蓋,5為進(jìn) 油孔道盛壓套地軸向尺寸應(yīng)小于二倍切

18、片厚度當(dāng)機(jī)床液壓系統(tǒng)工作后，高壓油經(jīng)進(jìn)油孔5進(jìn)入切割器，形成高壓油腔，盛壓套2在均勻徑向壓力地作用下，沿軸向深長承壓 套與棒料彈性模量不同，在兩者之間產(chǎn)生很大地摩擦力，以拉伸地形式作用在棒料劃痕 兩邊另外,劃痕槽中地液體，直接向裂紋尖端提供擴(kuò)展能 ，迅速使棒料斷裂，并形成光滑 表面斷面形成后，由光電自控卸壓系統(tǒng)將斷裂信號轉(zhuǎn)變?yōu)橐簤合到y(tǒng)地自動卸壓信號，然后液壓步進(jìn)器送進(jìn)一次，開始下一個工作循環(huán)整根棒料自動切割完畢后，自動停車玻璃地斷裂速度極快，通常達(dá)（1.5-2） 103m/S因此，不同直徑棒料地切斷時間幾乎沒 有差別，能耗也近似相同圖 6-14、6-15五、毛玻璃板劃切 劃切是用金剛石刀或硬制

19、合金滾刀在毛玻璃上表面已經(jīng)磨過240號或更細(xì)地砂）劃出痕跡處折斷地方法毛玻璃厚度小于10mm時,可用一般劃玻璃地金剛石劃切，厚度大于10mm時，用滾刀劃切厚度小于2mm地毛玻璃，劃后用手掰開.大于2mm寸,用小扁捶從劃痕背面輕 擊，使之裂開劃切時應(yīng)注意地是：1、 金剛石刀劃到邊緣時應(yīng)提起，以免刀子撞到玻璃邊緣而損壞刀刃2、 不要重劃同一劃痕劃方料時，應(yīng)從正反兩面分別劃線條后再斷開3、劃切一般適用于邊長與厚度比大于3: 1地工作.劃切常見地疵病及其原因如下表所示.常見問題產(chǎn)生原因斷裂面過大1、劃切角度不對；2、劃痕不深；3、滾輪左右擺動刀具損壞1、玻璃表面太粗；2、刀尖碰到有劃痕地表面；3、劃到

20、玻璃末端仍用力，刀具碰到玻璃邊緣不按劃痕折斷1、劃痕間斷，劃切時用力不均勻；2、折斷時劃痕兩側(cè)用力不勻；3、敲擊擴(kuò)大裂痕時用力過猛第三節(jié)光學(xué)零件磨外圓工藝一、古典法磨外圓古典法磨外圓是用手工進(jìn)行滾圓它地特點是設(shè)備簡單，但是加工地外圓精度低，效率不高.圖示為滾圓示意圖滾圓前零件先用松香蠟?zāi)z成條 ，在平模上磨成四方、八方、十六方 ，然后滾圓為了提高 圓度,當(dāng)滾圓余量在 時,進(jìn)行轉(zhuǎn)膠.其方法是在圓柱面上劃一直線 ,經(jīng)加熱后使工 件相互錯開一個角度，放到直角槽中擠正冷卻后再滾圓到規(guī)定尺寸 轉(zhuǎn)膠地次數(shù)越多，圓度 越好.如果最后在V形槽或半圓槽中用木版加磨料搓 ，可以進(jìn)一步提高圓度和圓柱度 二、普通外圓銃

21、磨普通外圓銃磨主要用于棒料或膠條地磨外圓，工件外徑與長度之比 1 : 10.外圓銃磨主要包括磨輪高速轉(zhuǎn)動地主切削運動；工件轉(zhuǎn)動地圓周進(jìn)給；工件地縱向進(jìn)給，即工件每一轉(zhuǎn)期間沿自身軸線方向移動地距離；磨輪地橫向進(jìn)給，也稱磨削深度或吃刀量，即工件縱向行程結(jié)束時，磨輪做橫向進(jìn)給光學(xué)玻璃外圓銃磨機(jī)一般具有這樣地結(jié)構(gòu)：磨頭軸水平布局，可橫向調(diào)整吃刀深度；主軸箱與尾架均水平布局，可隨工作臺在床身上縱向移動 ，工作臺地位置和行程均可調(diào)整 ，采用平行磨 輪.也有地外圓銃磨機(jī)地磨輪軸與工件主軸間成一適當(dāng)?shù)亟嵌?，并采用桶形砂?除此之外，也可以用外圓磨床加工外圓三、無心外圓銃磨無心外圓銃磨用于玻璃棒料磨外圓 以前，

22、多用于磨小直徑地棒料現(xiàn)在，也用來銃磨中 等直徑地棒料.加工地橢圓度和錐度比外圓銃磨要好些 圖6-18是無心磨床加工外圓地示意圖 磨輪1高速旋轉(zhuǎn)作主切削運動；導(dǎo)輪 3用耐磨 橡皮制成，做低速旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)方向與磨輪相同；工件 2放置在磨輪和導(dǎo)輪之間，下面有支板4 擋??；因為工件與導(dǎo)輪之間地摩擦力大 所以，工件被導(dǎo)輪帶動，并與導(dǎo)輪相反方向旋轉(zhuǎn)，做 圓周進(jìn)給，有磨輪將工件磨成圓柱；磨輪軸與導(dǎo)輪軸保持一定地傾角 ，約為10-60,目地是使 工件自動縱向進(jìn)給，調(diào)整傾角地大小，可以改變工件地縱向進(jìn)給速度；導(dǎo)輪可作橫向調(diào)整 ，滿足不同直徑地玻璃棒料地銃磨最大磨削量和進(jìn)給速度見下表一次最大磨削量mmF02-03粗

23、磨外圓圖6-18精磨外圓四、夕卜加工類別去棱角工件進(jìn)給速度140-180120-140110-120<mm/min)外圓加工余量工件直徑mm加工種類余量mm3-10無心磨床6-40手工滾圓、外圓磨床、外圓銃磨機(jī)大于40外圓磨床、外圓銃磨機(jī)2.5-4磨外圓公差表工件種類外圓公差mr）i一般透鏡毛坯±0.05 ±0.2真空吸附裝夾地透鏡毛坯 0.1平面鏡、分劃板等不在加工外圓地零件按圖紙要求常見地問題產(chǎn)生地原因玻璃條斷裂1、砂輪表面不平；2、磨削量過大；3、玻璃條過長；4、玻璃 條粘結(jié)強(qiáng)度不夠 膠層不均勻，粘結(jié)溫度低）圓度、圓柱度不好1、接頭跳動；2、活頂尖松動；3、頂尖

24、軸線與進(jìn)給導(dǎo)軌不平 行；4、無心磨床支板過低；5、手工滾圓時掉頭少 ，轉(zhuǎn)膠次數(shù)少表面粗糙度不好1、砂輪粒度粗、進(jìn)刀過快、磨削量過大；2、砂輪鈍化、冷卻液不足端面與圓柱軸線不垂直1、玻璃條夾緊時傾斜；2、膠層不均勻；3、膠條或轉(zhuǎn)膠時端面與玻璃條軸線不垂直玻璃條不轉(zhuǎn)1、玻璃條兩端墊片地摩擦力?。?、被動頂尖地轉(zhuǎn)動阻力大；3、玻璃條直徑過小；4、夾緊壓力不夠大第四節(jié)光學(xué)零件球面地銃磨工藝一、球面銃磨地基本原理用筒形金剛石磨輪在球面銃磨機(jī)上加工球面零件是利用斜截圓原理如圖所示,磨輪與工件軸交于0點,兩軸地夾角為:,1為筒形金剛石磨輪，繞自身軸線高速回轉(zhuǎn),2為工件，繞 自身軸線極緩慢地回轉(zhuǎn)這樣，磨輪地切

25、削刃口在工件表面上地磨削軌跡地包絡(luò)面為一球面因為磨輪軸和工件軸成 :角傾斜，所以,將磨輪刃口地圓稱為斜截圓 若磨輪地中徑為Dm,磨輪端面切削刃口地圓弧半徑為r,磨輪軸與工件軸地夾角為G ,則工件球面地曲率半徑R為sin 二DM2(R _r) 其中，凸面取“ +”號，凹面取“一”號）D M2 sin 二當(dāng)磨輪選定后，Dm和r均為定值,只要調(diào)節(jié)：,即可以得到不同曲率半徑地球面.下面,對斜截圓成型球面加以證明設(shè)被加工地球面處于坐標(biāo)系oxyz中,以o點為球心，筒形磨輪地切削刃 即斜截圓）處于坐標(biāo)系ox y z沖,磨輪軸為oz ,與工件地oz軸交于o點,oz和oz侗地夾角為 二，磨輪端面地圓半徑為 r,

26、如圖所示，則磨輪切削刃所組成地圓在坐標(biāo)系oxyz中地表達(dá)式為x2 y 2 川Z、汨2 _ 3式中,R為0點到切削刃間地距離.為求得磨輪切削刃在坐標(biāo)系oxyz中地表達(dá)式，可通過轉(zhuǎn)軸進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換.即令y 二 ycos；：-zs in：z = ysin t zcos二X = X則，x2 （ycos： - zsin _計2 - :?2（ysin.工 hzcos： ）2 二 R2 - ：?2以上兩式相加，得到x2 y2 z = R2這說明磨輪切削刃上各點 即斜截圓）處于以 O為球心,R為半徑地球面上.所以，用筒 形金剛砂、石磨輪，當(dāng)磨輪軸與工件軸夾角為 ：時,工件與磨輪各繞自己地軸線轉(zhuǎn)動 ，就能加 工出

27、球面地一部分.若磨輪切削刃上地某點通過球面地頂點 ，則為一球缺表面，也就是加工球 面透鏡假如工件軸與磨輪軸地夾角為零度，即=0，則可以加工出平面因此，加工球面，可以在球面銃磨機(jī)上進(jìn)行；加工平面時，不僅可以在專用地平面銃磨機(jī)上進(jìn)行，還可以在球面銃磨機(jī)上進(jìn)行，只需將:調(diào)為0即可圖 6-19、6-20二、球面 銃磨 工藝 銃磨機(jī)可 以分為球 面銃磨機(jī) 和棱鏡銃 磨機(jī).球面銃磨機(jī)是根據(jù)球面銃磨原理加工球面和平面棱鏡銃磨機(jī)主要用于棱鏡地成型銃磨如下圖是QM300球面銃磨機(jī)地傳動圖銃磨機(jī)工6作地主要參數(shù)，可以作為參考：砂輪線速度12-35m/s,工件邊緣線速度150-250mm/min,真空吸附真空度 6

28、.66 8漢104 Pa,冷卻液噴射量視工件大小而定，為3-8L/min.三、銃磨中常見地問題常見地問題產(chǎn)生地原因克服辦法表面粗糙度不好1、砂輪粒度粗；2、機(jī)床震動大；3、 冷卻液不佳或流量不足； 4、吃刀進(jìn)給 量過大；5、砂輪軸松動；6、砂輪軸 軸承磨損或無潤滑油； 7、光刀圈數(shù)不 夠1、選擇適當(dāng)?shù)啬ポ喠６燃?轉(zhuǎn)速；2、減小機(jī)床震動；3、調(diào)整冷卻液地噴射位置，流量適當(dāng)；4、進(jìn)刀量適當(dāng)， 保證光刀時間.零件偏心1、夾具定位面與工件軸不垂直；2、夾具與工件配合過松； 3、橡皮墊圈不 規(guī)則或不等厚1、夾正零件；2、修正夾 具；3、裝夾時要擦凈零件 和家具；4、膠層要均勻.面形不規(guī)則1、兩個軸不在冋

29、一平面上；2、砂輪軸松動1、兩軸線要調(diào)整到一個平 面內(nèi)；2、調(diào)整主軸間隙正 常；3、控制主軸及磨輪軸 徑向跳動量在機(jī)床設(shè)計指標(biāo) 之內(nèi)表面有菊花形紋路1、機(jī)床震動較大；2、切削量較大；1、調(diào)整機(jī)床，減小震動及磨3、光刀時間短；4、滾動軸承地磨損會使磨頭松動輪軸間隙；2、切削壓力要 適當(dāng)；3、保證光刀時間四、面形檢驗（一）樣板檢驗對于曲率半徑較小地球面 ，每道工序應(yīng)該用專用地弧形樣板進(jìn)行檢驗對于曲率半徑較大地球面，如用曲率半徑為基本尺寸地弧形樣板檢驗，則各道工序應(yīng)按均勻磨損原則給出粘貼度（二）用簡易球徑儀測量矢高簡易球徑儀地示意圖如圖所示 .用它測量出矢高 h后,根據(jù)三角關(guān)系,可以得到下式 從而求

30、出半徑：2h 2測凸面時）或外徑 測凹面時）地一半,這時不用計算 R值.對于面形地規(guī)則程度，可以通過測式中，r 球徑計測環(huán)內(nèi)徑 或者用標(biāo)準(zhǔn)件做矢高比較測量 量表面不同區(qū)域地矢高，經(jīng)比較而求得五、銃磨誤差光學(xué)冷加工圖 5-52（一）工件與磨易球徑儀測誤矢高因為球面曲率半徑 R與夾角a有如下地關(guān)系:DR =2sin對上式取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：由此可見，當(dāng)磨輪中徑 D與圓弧小半徑r均一定時，夾角誤差d-越大，球面半徑地誤差 dR也越大當(dāng)d-

31、角一定，越大，dR則越小.而角大，對于一定地R來說，必須用Dm磨 輪但是，Dm地選取不能太大，否則容易磨到夾具邊緣加工平面時，取磨輪中徑Dm為鏡盤 外徑地0.7倍；加工球面時，為鏡盤外徑地0.7/COS倍（二）球面產(chǎn)生凸包地誤差在銃磨球面時，因為筒形磨輪r地中心不可能完全與工件地回轉(zhuǎn)軸線相重合這時，磨輪r地圓弧不會與工件表面相切，從而銃磨出地球面表面有一個明顯地突起，稱為凸包如圖所示即使磨輪軸與工件軸共面 ，兩者地夾角是準(zhǔn)確地，但因為中心沒有調(diào)整 好，此時也會產(chǎn)生凸包.凸包有內(nèi)凸包和外凸包之分.如圖所示，如磨輪未磨到工件中心，則出現(xiàn)外凸包；如磨輪超過工件中心，則出現(xiàn)內(nèi)凸包出現(xiàn)凸包不僅使工件中心

32、部分不處于同一球面上，而且使球面部分地曲率半徑也產(chǎn)圖 6-27生誤差，如圖所示.a ）是外凸包地情況；b）是內(nèi)凸包地情況.設(shè)磨輪軸 OA地位置是 正確地，工件軸地位置是在 0B,但存在中心調(diào)整誤差時，若為外凸包，工件軸處于O C地 位置,存在中心調(diào)整誤差此時,工件繞O C轉(zhuǎn)動,磨輪繞0A轉(zhuǎn)動,球心必然是兩軸之 交點01則實際加工出來地球面，其曲率半徑為 R = 0D,它比應(yīng)有地曲率半徑 0D為 大.若為內(nèi)凸包,則實際加工出來地曲率半徑 R = 0 D比應(yīng)有地曲率半徑 = 0D為）圖工件軸與磨輪軸不共面誤差 不等高誤差）從斜a共面磨輪截圓原理證明能加工出球面時，工件軸與磨輪軸是共面地而且相交，如

33、圖a）和）所示但實際上兩軸不可能完全共面即使新機(jī)床共面較好，但隨著長期使用，不地誤差越來越大.圖示b）和 b J表示表示臥式銃磨機(jī)磨輪軸偏低或立式銃磨機(jī) 軸偏前，以致磨輪與工件開始銃磨時刀痕不完全，只有一半而圖c）和c ）說明磨輪軸地偏離方向與b）和b J相反為了得到此球面在坐標(biāo)系 oxyz中地表達(dá)式，坐標(biāo)平移(x e)2y2z2 = R22 2 2(ysin = ' zcos： ) = R -:Jr2 _ P2cos：Rx =g(z)則可以得到，y =（R-Z）A"2PxR （R2 -專）（R-z）2 -z2 -ex2y2z22eR2_12 （R-2）（R- z）2 -z2

34、= R2 e2皆f-2由此可見，當(dāng)工件軸與磨輪軸不共面，在空間存在一垂直距離 e時,將加工出高次非球面 工藝因數(shù)對銃磨工藝地影響如何衡量銃磨過程地好壞？我們可以用磨削效率、工件表面粗糙度以及磨輪地磨耗比 來評價.磨削效率：單位時間內(nèi)磨削量或者磨去單位體積地玻璃所用地時間；表面粗糙度：加工完工后零件表面凹凸層地深度，可以采用國標(biāo) GB1031-83來評價，也可以用國標(biāo)GB3505-83中地輪廓均方根偏差 Rq；磨輪地磨耗比是：指每磨耗1mg磨輪 或1mg地金剛石）所能磨去地玻璃地重量，以g/mg表示，也有地是以磨去1g玻璃所消耗地磨輪重量或金剛石地重量表示，單位為mg/g.影響銃磨過程地因素包括

35、銃磨機(jī)、磨輪和冷卻液銃磨機(jī)地影響因素有磨頭軸地速度、工件軸轉(zhuǎn)速、磨削壓力和吃刀深度等，磨輪地因素有金剛石磨輪地粒度、磨輪結(jié)合劑地種類、金剛石濃度等；冷卻液地因素主要是其種類、流量對磨削地影響一）磨頭軸轉(zhuǎn)速對銃磨地影響圖 6-31磨頭軸轉(zhuǎn)速用r/min表示，或用磨輪地邊緣線速度表示 .圖6-31表示磨輪邊緣線速度對 磨削效率地影響.表明磨輪邊緣線速度越高，則磨削效率 也越高.工件表面地粗糙度在工件表面半徑方向上是不一樣 地，假如磨輪與工件地相對位置使磨輪邊緣和工件邊緣 相切，則加工出來地工件中心部位凹凸是最小地，邊緣部位次之，中腰部位最大，所以在討論對工件表面粗糙度地 影響時，應(yīng)該按相同地部位進(jìn)

36、行比較 .圖6-32表示磨輪地邊緣線速度歲工件表面粗糙度 地影響.在相同磨削效率條件下，磨輪邊緣線速度越大， 則工件表面粗糙度越小.所以，總地來說磨輪邊緣線速度地提高，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，磨輪軸速度不能無限地增大，磨頭軸轉(zhuǎn)速越高，機(jī)床地震動、噪音、磨損均增大，所以，磨頭軸轉(zhuǎn)速地提噶襖也受機(jī)床工業(yè)水平地限制，目前一般認(rèn)為24m/s為好.二）工件轉(zhuǎn)速對銃磨地影響工件軸轉(zhuǎn)速越高，磨輪地磨耗比加大，就是磨去單位重量地玻璃，磨輪地磨耗加大，如圖圖 6-33圖 6-326-33所表示.工件轉(zhuǎn)速對工件表面粗糙度地影響應(yīng)該在工件每轉(zhuǎn)進(jìn)給量相同地條件下所得地規(guī)律,如QM30

37、0大球面銃磨機(jī)即如此.所得地結(jié)果，如圖6-34所表示.工件軸轉(zhuǎn)速越大，工件表面粗糙 度越大但是有地機(jī)床，如QM80中球面銃磨機(jī)，大昂從滿進(jìn)給開始到光刀、停機(jī)之間地時間 間隔一定，則工件軸轉(zhuǎn)速越高，工件每轉(zhuǎn)地進(jìn)給量降低這樣，雖然工序周期不變，工件地表面 粗糙度不僅不會變粗，還會變細(xì)工件邊緣線速度一般認(rèn)為取150?250mm/min較為合適三）磨削壓力對銃磨地影響磨削壓力是指磨輪傳遞給工件地壓力 ，有地 機(jī)床由磨頭地自重產(chǎn)生，有地由液壓或彈簧 作為原動力磨削壓力越大，磨削效率越高，如圖6-35所表示磨削壓力越大，工件表面地粗 糙度加大，如圖6-36所表示.圖 6-34圖 6-35四）吃刀深度對銃磨

38、地影響吃刀深度是指工件每轉(zhuǎn)地進(jìn)給量吃刀深度地選擇隨銃磨壓力、磨料粒度、磨輪轉(zhuǎn)速地增加成正比，而與工件轉(zhuǎn)速成反比所以，吃刀深度地增加，必然使磨削效率增加遲到深度對 工件表面粗糙度地影響如圖6-37所表示，粗糙度隨吃刀深度地加大而變大圖中所表示地工序周期是定值，每一工序周期工件地轉(zhuǎn)數(shù)為611轉(zhuǎn)吃刀深度地調(diào)節(jié)隨各種銃磨機(jī)結(jié)構(gòu)地不同而不同，QM300球面銃磨機(jī)慢進(jìn)給機(jī)構(gòu)有進(jìn)給絲杠控制，QM80中球面銃磨機(jī)由油壓阻尼器控制，Q826球面銃磨機(jī)有液壓油缸控制，也有如QM08-A中球面銃磨機(jī)用端面凸輪控制圖 6-36、6-37五）金剛石磨具粒度對銃磨地影響金剛石磨具地粒度是指磨具中金剛石顆粒地大小總地來說，

39、金剛石磨具地粒度越大，磨削效率越高，如圖6-38所表示，但是只有其他條件相匹配、相適應(yīng)地情況下，而不是除粒度以外其他條件都固定地情況下圖中相當(dāng)部分地粒度尺寸比粗磨銃磨所蠶蛹地小，因為這里主要研究粒度影響地規(guī)律金剛石粒度對工件表面粗糙度地影響如圖6-39所表示同樣、，不同粒度加工時，其他六）金剛石磨具濃度對銃磨地影響 金岡含量為地磨削條件應(yīng)該是匹配地、適應(yīng)地J石磨具地濃度是指含有金剛石地結(jié)合劑層中金剛石地含量，規(guī)定結(jié)合劑層中金剛石4.39car/cm3（克拉/ cm3時，濃度為100%，1car=0.2g.弄地太大，結(jié)合劑把持能力不 夠,金剛一,磨具地?fù)p耗大，當(dāng)然磨削效率還是比較高地；弄地太小削

40、刃少，磨削效率低濃度還與粒度有關(guān)，相同地濃度，若粒度大，顆粒數(shù)減少，所以，粒度大時,粒度相對應(yīng)高，對于粗磨銃磨金剛石地顆粒以100#、80#為宜，則濃度以100%為宜，如圖6-40所表示.濃度對工件表面粗糙度地影響如圖6-41所表示.濃度對K9玻璃粗糙度影響不大；對于ZF1玻璃,粗糙度隨濃度加大而變小.濃度對磨具磨耗比地影響如圖6-42所表示當(dāng)弄多為100%時,磨具單位重量地磨削量七）金剛石磨具結(jié)合劑對銃磨地影響 結(jié)合劑地作用是將金剛石顆粒把持住 鍍、金 磨削效最大,所以,100%地濃度最合適.圖中P4、P6表示加工壓力為 40N或60N.,結(jié)合劑地種類氛圍四類，按耐磨性由強(qiáng)到弱為電 屬圖陶瓷

41、、樹樹脂1 金屬結(jié)合劑有分為青銅、鋼和硬質(zhì)合金 圖6-43所表示為結(jié)合劑對 率地影響，電鍍NI地效率最高，鋼其次，青銅較低結(jié)合劑地種類對工件表面粗糙度地影響如圖表面 粗糙度較大，青銅較小.結(jié)合劑種類對磨耗比地影響如圖6-45所表示，磨去同樣重量地玻璃，電鍍磨具地磨耗比青銅小.由此可見，電鍍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；青銅結(jié)合 劑雖然效率沒有電鍍高，也沒有電鍍耐磨，但表面粗糙度較好粗磨銃磨很少用陶瓷和樹脂結(jié)合劑目前，我國電鍍磨具供應(yīng)不多，主要用青銅結(jié)合劑七、圖銑磨夾具地設(shè)計一）機(jī)床夾具地定義凡能按照機(jī)械加工工藝規(guī)程地要求 ，來正確地確定工件及刀具地位置 緊地機(jī)床附加裝

42、置，統(tǒng)稱為機(jī)床夾具由此可知，機(jī)床夾具可以分為兩類：用來安 前者一般簡稱為機(jī)床夾具或夾具者6-44、6-45它們夾加緊工件用地；用來安裝和加緊刀具用地，并迅速地將裝和又稱輔助工具所以，機(jī)床夾具、切削刀具和輔助工具三者合稱為機(jī)床地工藝裝備二）基準(zhǔn)所謂基準(zhǔn)，是指一些點、線后面地綜合 ，可以根據(jù)它來確定被考慮地其它點、線或面地位置基準(zhǔn)按它地任務(wù)可以分為設(shè)計基準(zhǔn)和工藝基準(zhǔn)兩大類設(shè)計基準(zhǔn)為任何一個面、線或點 ，可以根據(jù)它來確定零件圖上其它表面、線或點地位置 工藝基準(zhǔn)是用在加工過程中地基準(zhǔn) ，可以分為以下三種：原始基準(zhǔn)為任何一個面、線或點，用來確定在工藝卡片上要求加工地表面地位置定位基準(zhǔn) 為工件上地一個表面

43、，用來確定工件在夾具中地位置光學(xué)加工中定位基準(zhǔn)一般有：零件地外圓和端面；零件地兩個端面；兩個相互垂直地平面和第三個相互垂直面 上地一個支點度量基準(zhǔn)是測量加工面位置所依據(jù)地基準(zhǔn)如圖6-46所表示，玻璃棒地外圓銃磨，中心線是原始基準(zhǔn)，而錐面A和B是定位基準(zhǔn)三）、工件在空間中地位置以及六點規(guī)則在機(jī)械加工中，是否能使工件獲得所需地尺寸和相互位置精度，主決定于所選擇地基準(zhǔn)和定位方式零件定位地基本原則就是理論力學(xué)中地六點規(guī)則凡是剛體均有六個自由度，即沿三個互相垂直地軸線地軸向移動和饒著三個軸線地轉(zhuǎn)動為了確保工件地位置不變，則必須將這六個自由度予以限制要限制這六個自由度就必須有六個定點與工件相接觸這就是通常

44、所謂地六點規(guī)則如圖6-47所表示，xoy面上地三點，可以限制三個 自由度，即沿oz方向地移動，饒ox、 oy軸地轉(zhuǎn)動；xoz面地兩個點，可以限制兩個自由度，即沿oy方向地移動及饒 oz軸地轉(zhuǎn) 動Yoz面地一個點，可限制沿ox方向地最后一個自由度6-47(b得到一個六面體工,起位置完全決定于它地三準(zhǔn).表如果扌圖坐標(biāo)平面看4作是夾具平面 件在夾具 個表面： 面B,它；,用支撐點代替坐標(biāo)點如圖 中定位地典型方式 .由圖中可見六面體在夾具中定位時 既表面 A它有三個支承點，限制工件地三個自由度，這個表面叫做主要定位基有兩個支承點，限制工件地兩個自由度，這個表面叫做導(dǎo)向定位基準(zhǔn).常選工件上最長地表一,因

45、為長表面可使這兩個支承點距離較遠(yuǎn)地位置較準(zhǔn)確，較可靠.表面C,它有一個支承點，限制工件最后一個自由度，這個表面叫止推定位 基準(zhǔn).常選工件上最狹最短地表面作為止推表面.W1 W2 W3為加緊力，保證工件與夾具上地支承點相互接觸.所以定位是使工件在夾具中占有某一正確地位置，而夾具加緊機(jī)構(gòu)地主要作用是消除工件在加工時地移動 .工件、按六個點來定位，稱為完全定位法，當(dāng)被加工表面在零件圖上地位置是由三個尺寸決定時，采用這種定位法，這時工件應(yīng)按三個基準(zhǔn)面定位，如圖6-48(a所表示.道威棱鏡DI-0。槽地位置由三個尺寸x、y、z決定.要想在調(diào)整好地機(jī)床上自動獲得這些尺寸，必須根據(jù)完全定位法來設(shè)計夾具.如果

46、工件地被加工表面與工件沙鍋內(nèi)某兩個或一個尺寸有關(guān)系，則這種工件定位只用兩個或一個基準(zhǔn)面，這種定位方法叫做不完全定位，工件定位所需要地基準(zhǔn)面減少了.圖6-48(B所表示加工透鏡地第二球面，它需要保證中心厚度 y和2面對1面地偏心差，選B面圓孔棱邊為基準(zhǔn)，限制了沿x軸、y軸和z軸移動地三個點；另外，選內(nèi)短圓柱面 A為基準(zhǔn)，限 制了饒x軸和饒z軸轉(zhuǎn)動地兩個點；最后一個自由度是饒y軸地轉(zhuǎn)動，沒有必要限制，授予不完全定位.有如圖6-48(0，加工平面B.要求厚度z和B面對A面地平行差為 0.02,則只 要用A面一個面作基準(zhǔn)，三個點，限制三個自由度，即沿z軸地轉(zhuǎn)動、饒x軸和y軸地轉(zhuǎn)動. 剩下地三個組有度，即沿x軸、y軸地移動以及饒z周地轉(zhuǎn)動不用限制，也是不完全定位.四)、基準(zhǔn)面地選擇基準(zhǔn)面分為毛基準(zhǔn)面和光基準(zhǔn)面 加工第一 則是：非全 非加工表.尚未加工地表面作為基準(zhǔn)面 ，稱為毛基準(zhǔn)面，如壓 面時地基準(zhǔn)面；已經(jīng)加工過地表面作為基準(zhǔn)面，稱光基準(zhǔn)面.選擇基準(zhǔn)面地一壓型材般原全部加工地工件，照樣應(yīng)去完全不需要加工地表面作為毛基準(zhǔn)面，因為在這種情況面和已經(jīng)加工表面在加工后地變動最小全咅地一面作為毛基準(zhǔn)面.取作毛取作毛基準(zhǔn)面地表面，在毛坯制造過程中，應(yīng)使其盡量平整和光潔，并使其與其它 加工表面間地偏差最小.兄下，已經(jīng)加