光學零件加工技術(shù)課件

光學零件加工技術(shù)

薛常喜

光電工程學院

光學零件加工技術(shù)

薛常喜

光電工程學院1（粗、精、拋是三大基本工序）光學零件加工的基本工藝包括：毛坯準備，粗磨、精磨、拋光、定心磨邊,膠合，照相刻劃，鍍膜。粗磨加工是利用磨料或磨具將塊料或型料毛坯、棒料加工成具有一定幾何形狀、尺寸精度和表面粗糙度的半成品零件的成型工序。粗磨方式有兩種：①散粒磨料：粗磨機、手工、開球面②固著磨料：（金剛石磨具）銑磨機、開球面

下面就粗磨有關(guān)問題進行探討。就兩種方法研究第四章粗磨（粗、精、拋是三大基本工序）第四章粗磨2

圖4—1磨料破壞玻璃過程1—磨具；2—玻璃；3—磨粒第四章粗磨——第一節(jié)研磨的本質(zhì)第四章粗磨——第一節(jié)研磨的本質(zhì)3一.散粒磨料的研磨機理：散粒磨料的研磨是指用金剛砂和水對玻璃零件進行粗磨加工。玻璃在被研磨時受到兩個外力作用：一個是磨盤通過磨料對工件表面法線方向施加壓力Fn，它使玻璃形成錐狀裂紋，裂紋角900～1500，錐狀裂紋深度的破壞層為n，凸凹層為k，裂紋層為m，其中n=k+m。一般來說，凸凹層深度k是磨料平均尺寸的1/3～1/4，裂紋層深度m比k大1～3倍。水通過裂紋向玻璃滲透，并發(fā)生水解作用，生成硅酸凝膠。

生成物起到一種楔裂作用，促使裂紋加深加寬，使玻璃碎屑脫落。第二個作用是磨盤與共之間的相對運動，相對速度V，將錐狀破壞層除去。

第四章粗磨——第一節(jié)研磨的本質(zhì)一.散粒磨料的研磨機理：第四章粗磨——第一4隨著研磨過程的繼續(xù)，磨料繼續(xù)滾動和撞擊，這樣產(chǎn)生的切向沖擊力除去破壞層，達到研磨玻璃的目的。應指出：①實際上磨盤通過磨料顆粒傳遞給零件表面的壓力不可能完全與法線一致，可向各個方向傾斜，如圖F，但總可把它分解成水平（Fk）、垂直（Fn）兩個方向的分力。第四章粗磨——第一節(jié)研磨的本質(zhì)隨著研磨過程的繼續(xù)，磨料繼續(xù)滾動和撞擊，這樣產(chǎn)生的5

圖4.2散粒磨料粗磨機理垂直分力Fn與法線方向一致，使玻璃產(chǎn)生裂紋，與相對速度V的方向垂直，不為去除玻璃作功。水平分力Fk與玻璃表面相切，與速度V方向相反，可去除玻璃表面凸凹層，達到去除目的。也使磨具表面磨損。②每個磨料所受F力，使磨粒滾動，產(chǎn)生較大沖擊力，不僅使玻璃去除，而且使大顆粒被破碎（由于磨料顆粒大小不均，有5%大顆粒，大于基本尺寸3倍。因此一般開始時只有很少（5%～10%）參加研磨）產(chǎn)生的較大沖擊和振動，促使裂紋加深，脫落，有助于加工。

第四章粗磨——第一節(jié)研磨的本質(zhì)第四章粗磨——第一節(jié)研磨的本質(zhì)6因此研磨機理：散布于磨盤和工件表面之間的磨料顆粒，借助于磨盤在工件表面法線方向上施加的壓力和磨盤與工件的相對運動，磨料對工件表面進行微量研磨破碎和破壞，使之表面逐次形成破壞層和凸凹層，達到成型目的研磨過程主要是尖硬的磨料顆粒對玻璃表面破壞的餓過程，水解起一定作用是次要的。第四章粗磨——第一節(jié)研磨的本質(zhì)第四章粗磨——第一節(jié)研磨的本質(zhì)7二.固著磨料的研磨機理（粗磨的銑削加工——銑磨）固著磨料的研磨就是把金剛石顆粒燒結(jié)壓制在磨輪上，用金剛石磨具加工光學零件的過程，稱為銑磨（范成法）。該法是英國人1920年首先提出，由于人造金剛石技術(shù)限制，沒有實際應用，至五十年代，國外出現(xiàn)了銑磨機，隨著人造金剛石技術(shù)的發(fā)展，用于生產(chǎn)，六十年代中，我國開始應用，現(xiàn)已經(jīng)普遍使用。銑削加工是采用金剛石磨具研磨玻璃。放大看時，可以看到磨輪表面有許多顆粒的金剛石棱角。加工時，每個顆粒的棱尖就象一把把車刀對玻璃進行車削相類似。如圖：

第四章粗磨——第一節(jié)研磨的本質(zhì)二.固著磨料的研磨機理（粗磨的銑削加工——銑磨）第四章8圖4—3固著磨料研磨銑磨時，磨具的主要運動是旋轉(zhuǎn)，磨具和工件的相對運動產(chǎn)生的切削F可分解成水平Fk和垂直Fn兩個部分。如同玻璃刀劃割玻璃，垂直分力Fn使磨料顆粒進入玻璃深處，形成交錯裂紋，裂紋角大約為1550，它的大小不隨玻璃牌號變化。第四章粗磨——第一節(jié)研磨的本質(zhì)第四章粗磨——第一節(jié)研磨的本質(zhì)9裂紋深度m和凸凹層k構(gòu)成破壞層n。裂紋寬度（裂紋層）a＞b（磨料粒度尺寸）當金剛石棱尖深入玻璃時，將玻璃劈出碎片A和B而脫落。水平分力Fk實際上是切削力，就象車刀切削加工一樣。故金剛石磨輪對玻璃的加工，就是無數(shù)個磨料顆粒切削作用的總和，，隨著磨輪工件的相對運動使玻璃及到銑磨加工。與散粒磨料研磨時加水一樣，水解作用（使磨料分布均勻，帶走熱量、碎屑），銑磨時要供應冷卻液，以減少摩擦熱，沖走玻璃屑、脫落的磨粒等。用同樣粒度的散粒磨料，固著磨料金剛石磨具研磨光學表面，后者要細得多，如用粒度240#散粒研磨，表面粗糙度為3.2微米（2.5-5.0）花5粗磨；

用粒度240#固著末了磨輪，表面粗糙度為0.8微米（0.63-0.25）花7精磨由于固著磨料研磨效率高，表面質(zhì)量好，應用于粗、精、拋光各種工序中。第四章粗磨——第一節(jié)研磨的本質(zhì)裂紋深度m和凸凹層k構(gòu)成破壞層n。裂紋寬度（裂10三.總結(jié)1、玻璃的去除過程（1）磨料顆粒迫使玻璃表面形成裂紋交錯的，裂紋角900～1500，（2）磨料顆粒滾動產(chǎn)生撞擊力，使玻璃表面破碎（3）在切向力的作用下，玻璃表面破碎材料和凸起部分被去除。（4）上述的綜合作用，在工件的表面產(chǎn)生了破壞層。破壞層（n）=凹凸層（k）+裂紋層（m）k=（1/3～1/4）磨料粒度m=（1～3）k第四章粗磨——第一節(jié)研磨的本質(zhì)三.總結(jié)第四章粗磨——第一節(jié)研磨的本質(zhì)112、磨料的綜合作用和變化（1）磨料在磨削過程中，磨料本身被破碎，粒度在逐漸減小（2）只有少數(shù)的顆粒參與研磨，只占整個加入磨料的5%～15%（3）磨料的粒度均勻性要好，最大粒度：最小粒度小于2：1，要是超過會在工件表面留下劃痕。（4）有部分魔力顆粒鑲嵌在磨盤表面上，劃切的方式去除玻璃（在后期此作用很重要）3、水的作用（1）水解物的楔脹作用。水可以進入裂紋，發(fā)生水解反應，生成硅酸凝膠，體積變大，促使玻璃去除。（2）水分散磨料和冷卻作用第四章粗磨——第一節(jié)研磨的本質(zhì)2、磨料的綜合作用和變化第四章粗磨——第一節(jié)研磨的本質(zhì)124、磨盤的作用和變化（1）工件仿照磨盤成型的（2）去除玻璃的同時，磨盤也磨損，如果玻璃磨掉100份，磨盤磨掉1份（散粒）；固著磨料是3000：1（3）對球面粗磨“一道砂，一道?！保?）磨盤、工藝表面形狀受工藝因素影響（壓力、相對速度、磨削時間）5、冷卻液的作用（1）冷卻（2）潤滑：減少磨損，延長磨具壽命（3）清洗，把磨料碎屑沖走第四章粗磨——第一節(jié)研磨的本質(zhì)4、磨盤的作用和變化第四章粗磨——第一節(jié)研磨的本質(zhì)136磨削的本質(zhì)（1）每個顆粒的作用相當于玻璃刀劃切玻璃的作用（2）切削力F分解為Fk和Fn。在Fn的作用下，磨料尖侵入玻璃表層劈出碎片；在Fk作用下，切削玻璃，產(chǎn)生一個劃痕。劃痕的深度為寬度的1/10（d=1/10L）L大約等于顆粒寬度，裂紋深度＝１～1.5L（3）劃痕的邊緣是波狀的（4）磨料的顆粒參與切削部分占整個顆粒的1/3（工件表面與磨輪間有間隙，防止產(chǎn)生摩擦熱，冷卻液進不去，融化工件，使顆粒釉化）（5）在磨削的過程中會使某些顆粒變鈍，應及時脫落，叫自銳，如果及時自銳性好，主要與結(jié)合劑有關(guān)第四章粗磨——第一節(jié)研磨的本質(zhì)6磨削的本質(zhì)第四章粗磨——第一節(jié)研磨的本質(zhì)14在銑磨機上，用固著金剛石磨具加工玻璃的過程，為銑削加工，也稱銑磨。又稱范成法，即利用磨輪刃口軌跡包絡面成型球面的方法一.球面銑磨原理球面銑磨的目的是加工出具有一定曲率半徑和表面粗糙度的球面零件。第四章粗磨——第二節(jié)銑削加工原理在銑磨機上，用固著金剛石磨具加工玻璃的過程，為15其運動原理如圖：圖4—4球面銑削加工原理第四章粗磨——第二節(jié)銑削加工原理其運動原理如圖：第四章粗磨——第二節(jié)銑削加工原理16①金剛石磨輪刃口通過工件頂點；②磨輪軸與工件軸相交于O點；③磨輪軸與工件軸夾角為α；④磨輪軸高速旋轉(zhuǎn)，工件軸低速轉(zhuǎn)動。這種運動軌跡的包絡面就形成球面。它們的運動原理遵循正弦公式，球面的曲率半徑R與夾角α有關(guān)，由圖得正弦公式：即

Dm：磨輪中徑；r：磨輪端面圓弧半徑

第四章粗磨——第二節(jié)銑削加工原理①金剛石磨輪刃口通過工件頂點；第四章粗磨——第二節(jié)銑削17

一般磨輪中徑為零件直徑的四分之三。當工件表面曲率半徑較大或平面零件時，磨輪中徑大于零件直徑1/2即可。當選好磨輪后，D，r均為定值，調(diào)節(jié)不同α角，可加工出不同半徑的零件。磨輪端面在工件表面上某一瞬間的切削軌跡是一個圓，這個圓與工件軸傾斜一個角度，稱為斜截圓，也稱球面銑磨原理為斜截圓原理。被加工表面的幾何形狀，實際上是某一加工周期內(nèi)許多個斜截圓的總和。第四章粗磨——第二節(jié)銑削加工原理一般磨輪中徑為零件直徑的四分之三。當工件表面曲18二.斜截圓成型球面的證明

圖4—5斜截圓的坐標第四章粗磨——第二節(jié)銑削加工原理二.斜截圓成型球面的證明第四章粗磨——第二節(jié)銑削加工原19下面用數(shù)學方法來證明斜截圓繞工件軸的回轉(zhuǎn)面為球面。如圖；有二個直角坐標系（XYZ，X’Y’Z’）均以O為坐標原點。OX’、OZ’分別與OX，OZ夾角為α，OY與OY’重合。其中OZ代表工件軸線，OZ’代表磨輪軸線。坐標原點O是工件軸與磨輪軸交點，夾角為α。O’為為斜截圓中心，A為磨輪端面頂點與工件中心接觸處，則OA=R（O為零件曲率半徑中心），O’A=ρ（斜截圓半徑），在X’Y’Z’坐標系中，斜截圓方程為

①，設M為斜截圓上任一點，M點在XOZ坐標平面內(nèi)為M（X，Z），在X’OZ’坐標系內(nèi)，坐標為M（X’，Z’）。將X’Y’Z’轉(zhuǎn)換到XYZ坐標系中，即將X’Y’Z’用XYZ表示，用坐標轉(zhuǎn)換公式：

②將方程組②代入①，得

解得：二式相加：第四章粗磨——第二節(jié)銑削加工原理下面用數(shù)學方法來證明斜截圓繞工件軸的回轉(zhuǎn)面為球面。如20將方程組②代入①，得解得：二式相加：這是以O為圓心，R為半徑的球面方程。說明斜截圓繞工件軸回轉(zhuǎn)時其包絡面為球面，即銑磨加工的運動軌跡為球面。第四章粗磨——第二節(jié)銑削加工原理第四章粗磨——第二節(jié)銑削加工原理21三.平面銑磨原理平面銑磨目的是加工出具有一定平面度或平行度的平面零件。平面零件實際上是曲率半徑R=∞的球面零件，由正弦公式，

當R=∞時，sina=0→a=0，所以磨輪軸與工件軸平行（夾角為0）時，可加工平面零件。在球面銑磨機上，當a=0時，可加工平面零件。現(xiàn)有專門加平面零件的平面銑磨機，如PM500大型平面銑磨機。第四章粗磨——第二節(jié)銑削加工原理三.平面銑磨原理第四章粗磨——第二節(jié)銑削加工22四.金剛石磨具銑槽或圓弧為了便于裝配固定，如棱鏡、平面鏡等，或減輕重量等原因，常需在零件上銑槽或磨圓弧等?，F(xiàn)用金剛石磨具代替手工。第四章粗磨——第二節(jié)銑削加工原理四.金剛石磨具銑槽或圓弧第四章粗磨——第二節(jié)銑削加工原23

圖4—6銑圓弧圖4—5銑圓弧圖4—7銑槽第四章粗磨——第二節(jié)銑削加工原理第四章粗磨——第二節(jié)銑削加工原理24§4—3磨料和磨具一.磨料：是研磨零件和制造磨具用的材料，是具有一定硬度和韌性的粉狀或粒狀物質(zhì)。是主要輔料之一。磨料的研磨性能與硬度、韌性和粒度有關(guān)。

第四章粗磨——第三節(jié)磨料和磨具§4—3磨料和磨具第四章粗磨——第三節(jié)磨料和磨具25（一）對磨料的一般要求1.硬度是磨料的最基本要求，它應比被加工材料硬，因為磨料顆粒硬度愈高．才能夠切入被加工物內(nèi)，使低硬度的物體表面受到加工。2.韌性要高，不因為有研磨壓力而引起形變和破壞，且不易度損。3.應有適當?shù)淖凿J性，隨研磨壓力而產(chǎn)生相應的小碎屑，應呈貝殼狀斷口的多角形。4.熔點或軟化點應比被加工物高，研磨發(fā)熱時，磨粒尖端不應熔化或變軟。5.化學穩(wěn)定性要好，以免在加工過程中，對被加工物起化學作用。6.形狀和粒度應均勻一致，每號磨料顆粒的尺寸應限制在一定范圍內(nèi)。

第四章粗磨——第三節(jié)磨料和磨具（一）對磨料的一般要求第四章粗磨——第三節(jié)磨料和26（二）.種類研磨光學玻璃所用的磨料按來源分為二大類：①天然磨料：是由天然礦物加工而成。光學零件加工過程中常用的天然磨料有金剛石，剛玉、金剛砂、石英砂和鈣鋁石榴石等。產(chǎn)量少，純度低，價貴；②人造磨料：是由人工冶煉而創(chuàng)得的研磨材料。其主要品種有人造剛玉，人造碳化物(碳化硅、碳化硼)和人造金剛石等。人工制造逐漸代替天然。第四章粗磨——第三節(jié)磨料和磨具（二）.種類第四章粗磨——第三節(jié)磨料和磨具27表4—1磨料的基本性能種類名稱代號主要化學成分莫氏硬度特點應用天然金剛石JTC10純度低，價貴剛玉Al2O398%～99%8～9人造金剛石JRC10磨具剛玉Al2O398.5%～99.5%9精磨碳化硅TH黑SiC98%9.15～9.5粗粗磨TL綠SiC98.5%9.5～9.75硬、脆精磨碳化硼B(yǎng)4C9.8價貴、不廣泛精磨第四章粗磨——第三節(jié)磨料和磨具種類名稱代號主要化學成分莫氏硬度特點應用天然金剛石JTC1028表4—2天然磨料的性能(1)名稱外觀莫氏硬度比重主要特性金剛石（C）純金剛石無色透明晶粒103.15～3.53硬度最高，耐磨性及磨削性能好圓粒金剛石灰黃色半透明的不規(guī)正晶體，有時為球形球形金剛石棕黃色球形結(jié)晶黑金剛石褐色或黑色的細晶粒，有時呈橢圓形多孔集合體。第四章粗磨——第三節(jié)磨料和磨具名稱外觀莫氏硬度比重主要特性金純金剛石無色透明晶粒103.129表4—2天然磨料的性能(2)名稱外觀莫氏硬度比重主要特性鉆石牌金剛砂黑紅色或乳白色顆粒7～8磨削性能比剛玉低，但其韌性強，磨件的光潔度高。剛玉藍灰色或黃灰色顆粒93.9～4.1磨削性能比金剛石低石英砂白色或淡黃色顆粒6～72.5～2.8磨削性能很低，加工中很易磨碎鈣鋁石榴石褐色或黑色結(jié)晶7.5～8.33.4～4.3第四章粗磨——第三節(jié)磨料和磨具名稱外觀莫氏硬度比重主要特性鉆石牌金剛砂黑紅色或乳白色顆粒730表4—3人造磨料的性能及應用剛玉（白剛玉（名稱代號莫氏硬度外觀主要特性應用范圍GZ9棕褐色，用其制造的磨具呈藍色或淺藍色硬度高，價格便宜適用于磨削碳素鋼、鑄鐵和硬青銅等。GB9白色。用其制造的磨具也為白色硬度比棕剛玉高適用于磨削淬火鋼、高速鋼、螺紋、齒輪、薄壁零件及光學零件的精磨及拋光GD淺黃色或白色。用其制得磨具的顏色也相同顆粒呈球形。硬度和韌性都比白剛玉高。適用于磨削不銹鋼和高釩高速鋼。鉻剛玉GG玫瑰紅或紫紅色。用其制得磨具的顏色也相同硬度與白剛玉相近，韌性比白剛玉高。磨件光潔度好。適用于研磨量具和儀表零件等光潔度要求較高的工序。微晶剛玉GW顏色與棕剛玉近似磨粒由微小晶體組成。強度高。適用于磨削不銹鋼和特種球墨鑄鐵。鋯剛玉GA磨削效率高，磨削不堵塞，零件不燒傷，光潔度高。特別適用于重負荷磨削不銹鋼黑碳化硅（SiC）TH9.5～9.75黑色有光澤硬度比白剛玉高適用于鑄鐵、黃銅、礦石、耐火物及其他非金屬的磨削、研磨和切割。綠碳化硅（SiC）TL9.5～9.75綠色硬度僅次于碳化硼和金剛石適用于磨硬質(zhì)合金、缸套研磨。光學零件的粗、精磨。碳化硼（B4C）TP9.6～9.8黑色硬度僅次于金剛石。耐磨性好。適用于硬質(zhì)合金、寶石及晶體等的研磨及拋光。人造金剛石（C）JR10硬度最高，但很脆，切削力高，使用壽命長。適用于磨削硬質(zhì)合金、光學玻璃及晶體高硬度材料。單晶剛玉表4—3人造磨料的性能及應用剛玉（白剛玉（名稱代號莫氏硬度外31（三）.按顆粒大小分類磨料的粒度是以顆粒的大小來分類的。有篩選法和水選法兩類。1、對于顆粒尺寸大于40微米的磨料，用篩選法分級。粒度號用篩網(wǎng)一英寸長度上有多少個篩孔來命名。如80#粒度指篩網(wǎng)一英寸長度上有80個孔，用這樣的篩子篩過的磨料為80#磨料顆粒尺寸大于40微米的常用于粗磨，100#，150#，240#，280#，其對應的粒度尺寸范圍見P53表4—12、對于磨料顆粒尺寸小于40微米的微粉，用水選法分級，用顯微鏡分析法鑒定的，用WXX表示，表示磨料顆粒的實際尺寸。如W14，即該號磨料顆粒的最大尺寸為14微米，W40以下的磨料常用于精磨。第四章粗磨——第三節(jié)磨料和磨具（三）.按顆粒大小分類第四章粗磨——第三節(jié)磨32二.磨具目前，光學零件的粗磨加工已普遍實現(xiàn)了機械化，常用的磨具有二種：①普遍磨料制成的砂輪，用于磨外圓；②金剛石磨具制成金剛石磨輪，用于銑磨平面或球面零件，優(yōu)點效率高，壽命長。正確選擇，合理使用。光學零件加工用的金剛石磨具，主要有筒形磨輪，平形磨輪，雙斜邊磨輪，平形帶弧磨輪，以及定中心磨邊、倒角磨輪(有磨邊單斜邊磨輪和磨邊平形磨輪)等第四章粗磨——第三節(jié)磨料和磨具二.磨具第四章粗磨——第三節(jié)磨料和磨具33（一）.金剛石磨具的結(jié)構(gòu)圖4—8金剛石磨具的結(jié)構(gòu)1—基體；2—過渡層；3—金剛石層1.金剛石層：由金剛石和結(jié)合劑組成，燒結(jié)壓制而成，是磨具的工作部分。金剛石昂貴，只在金剛石層內(nèi)。粗磨銑磨機上用磨輪，一般為2～3mm2.過渡層：只含結(jié)合劑，起連接作用，1～2mm3.基體：磨具本身金屬部分，將其固定在機床上，并承載金剛石層和過渡層。第四章粗磨——第三節(jié)磨料和磨具（一）.金剛石磨具的結(jié)構(gòu)第四章粗磨——第三節(jié)磨料和磨具34（二）.金剛石磨具特性標志，各參數(shù)如下：1.磨料：代號JT（天然金剛石），JR-1、JR-2、JR-3，人造金剛石2.粒度：常用80#～W53.硬度：Y（硬）、ZY（中硬）、Z（中）4.濃度：常用25%、50%、70%、100%|5.結(jié)合劑：樹脂結(jié)合劑（S），青銅結(jié)合劑（Q），陶瓷結(jié)合劑（A），電鍍結(jié)合劑（D）1～5是其成分6.形狀：碗形，筒形，平行7.外徑：D;8.厚度：H;9.孔徑：d10.金剛石層環(huán)厚b;11.金剛石層厚h12.金剛石角度α6～12為其磨具形狀、尺寸第四章粗磨——第三節(jié)磨料和磨具（二）.金剛石磨具特性標志，各參數(shù)如下：第四章粗磨——35（二）金剛石磨具特性參數(shù)的選擇：效率；表面質(zhì)量（磨具壽命）1、粒度：金剛石磨具的粒度表示組成磨具的磨料顆粒的粗細程度。如80#磨輪，即表示用80#粒度的磨料制成的磨具。金剛石磨具的粒度越粗，凸凹層深，則加工效率高，表面粗糙度越大。在選擇金剛石磨具的粒度時應是；在保證粗糙度要求的前提下，盡量采用粒度粗的磨具，來提高磨削效率。第四章粗磨——第三節(jié)磨料和磨具（二）金剛石磨具特性參數(shù)的選擇：效率；表面質(zhì)量（磨具壽命）362、濃度金剛石磨具的濃度指在金剛石層內(nèi)每立方厘米的體積內(nèi)，含有金剛石的重量。規(guī)定4.4克拉/cm3的濃度作為100%。1克拉=0.2克，金剛石重量計量單位，同理，濃度50%，金剛石含量為2.2克拉/cm3。a)選用金剛石磨具濃度過高→金剛石顆粒多→結(jié)合劑少→把持力減弱→脫落b)若選用金剛石磨具濃度過低→金剛石顆粒少→作用在每個顆粒上力增大→過早脫落因此，濃度不是越高越好，經(jīng)驗表明，粗磨銑磨磨具濃度100%最好，精磨45～50%最好關(guān)于金剛石粒度和濃度對加工表面粗糙度的影響，在濃度相同50%，粒度粗（160～125），粒數(shù)少13，切削深，粗糙度大7.9,在粒度相同125～160濃度?。?0%），粒數(shù)少，切削深度同，粗糙度大7.9第四章粗磨——第三節(jié)磨料和磨具2、濃度第四章粗磨——第三節(jié)磨料和磨具373、硬度按結(jié)合劑把持磨料的能力分硬度等級，表4—4磨具硬度等級及代號軟硬分7個等級：超軟（CR）、軟（R）、中軟（ZR）、中（Z）、中硬（ZY）、硬（Y）、超硬（CY）金剛石磨具的硬度指磨具表面的磨料顆粒在外力作用下脫落的難易程度，磨料不容易脫落，磨具硬；反之，則軟。分7個等級。

硬度等級超軟軟1軟2軟3中軟1中軟2中1中2中硬1中硬2中硬3硬1硬2超硬代號CRR1R2R3ZR1ZR2Z1Z2ZY1ZY2ZY3Y1Y2CY第四章粗磨——第三節(jié)磨料和磨具3、硬度硬度等級超軟軟1軟2軟3中軟1中軟2中1中2中硬1中38硬度直接與磨削效率，表面加工質(zhì)量和磨具使用壽命有關(guān)。過硬→磨鈍的磨料顆粒不易脫落→磨具與工件之間摩擦力增大→摩擦熱多→表面質(zhì)量差，效率低，零件易裂過軟→磨粒易脫落→效率降低，影響磨具壽命材料軟——磨具硬加工面積大，熱多——磨具軟些4.結(jié)合劑結(jié)合劑是把金剛石顆粒牢固地保持在磨具基體上的物質(zhì)。結(jié)合劑共四種：樹脂結(jié)合劑（S）陶瓷結(jié)合劑（A）金屬結(jié)合劑（Q）電鍍結(jié)合劑（D），耐磨性：由弱到強第四章粗磨——第三節(jié)磨料和磨具硬度直接與磨削效率，表面加工質(zhì)量和磨具使用壽命有關(guān)39金屬結(jié)合劑有銅基、硬質(zhì)合金基、鐵基。銑磨用的磨輪結(jié)合劑一般為青銅結(jié)合劑，機械自銳作用，自動脫落；化學作用，又露出棱角。目前國內(nèi)常用結(jié)合劑有：①樹脂結(jié)合劑：優(yōu)點：加工零件表面粗糙度小，磨削中不易堵塞，易修整,結(jié)合力強缺點：耐磨性差，不適用大負荷磨削。用途：多用于精磨磨具第四章粗磨——第三節(jié)磨料和磨具金屬結(jié)合劑有銅基、硬質(zhì)合金基、鐵基。第四章粗磨——第三40②陶瓷結(jié)合劑：耐磨性較強，耐磨性和磨削效率介于樹脂和金屬之間，磨削中不易堵塞、發(fā)熱。耐熱性，化學穩(wěn)定性耐水性均優(yōu)。磨具脆性大，光學加工中應用很少。③青銅結(jié)合劑：優(yōu)點：結(jié)合能力強，耐磨性好，壽命長，能承受較大載荷。缺點：成本高，自銳性較差（即鈍化的顆粒自動脫落），易堵塞，發(fā)熱，需常修整。使用廣泛：金剛石鋸片、金剛石磨輪、高速精磨磨具、磨外圓平行磨輪等④電鍍結(jié)合劑：用電沉積金屬的方法，把金剛石鑲嵌在基體表面上，因此只有一層金剛石顆粒。優(yōu)點：結(jié)合力強，磨削效率高，壽命長。磨具磨損后，可反復再鍍。便于冷卻液流通。由于工作表面只有一層金剛石顆粒，故不能太厚，僅用于特小、特薄和特殊形狀的磨具，如切晶體的內(nèi)圓切割鋸片。第四章粗磨——第三節(jié)磨料和磨具②陶瓷結(jié)合劑：耐磨性較強，耐磨性和磨削效率介于樹脂和金屬之間41（三）.磨具特征的書寫方式1、特征書寫的順序(1)磨料；(2)粒度；（3）硬度；（4）結(jié)合劑；（5）磨具形狀；（6）尺寸2、尺寸書寫的順序(1)外徑；(2)厚度；（3）孔徑3、書寫的方法書寫時在結(jié)合劑代號和磨具形狀代號之間應以圓點隔開。

4、舉例

GB80#ZR1S●P400×40×203表示粒度為80#的白剛玉作磨料,硬度為中軟的樹脂結(jié)合劑，平形砂輪，其尺寸為外徑400mm、厚度40mm、孔徑203mm第四章粗磨——第三節(jié)磨料和磨具（三）.磨具特征的書寫方式第四章粗磨——第三節(jié)磨料和磨42三、人造金剛石磨具(一)人造金剛石磨具的濃度是指含有金剛石的結(jié)合劑層中每立方厘米中含有金剛石顆粒的克拉數(shù)。(二)金剛石磨具特征書寫方法

1、特征書寫順序:1)磨料;2)粒度;3)硬度;4)結(jié)合劑;5)濃度;6)磨具形狀7)尺寸。

2.尺寸書寫順序1)外徑;2)厚度;3)孔徑;4)金剛石層環(huán)寬;5)金剛石層層厚;6)角度

3、書寫舉例

JR一1100Y1Ql00NH40×55×37×3×7表示粒度為l00號的人造金剛石JR—1作磨料，青銅結(jié)合劑，硬度為Yl，濃度為100%，光學筒形砂輪，尺寸為中徑40mm、厚度55mm，孔徑37mm、金剛石層環(huán)寬3mm、金剛石層層厚7mm。第四章粗磨——第三節(jié)磨料和磨具三、人造金剛石磨具第四章粗磨——第三節(jié)磨料和磨具43（三）金剛石磨具形狀和代號表4—5金剛石磨具形狀和代號磨具名稱代號斷面圖磨具名稱代號斷面圖平行砂輪P雙斜邊砂輪PSX小砂輪P單斜邊砂輪PDX薄片砂輪PB雙面凹砂輪PSA杯形砂輪B平面帶弧砂輪PH碗形一號砂輪BW1切斷砂輪PBG碗形二號砂輪BW2光學磨邊單斜邊砂輪PXG碟形一號砂輪D1光學磨邊平行砂輪PG碟形二號砂輪D1光學筒形砂輪NH、NP單面凹砂輪PDA（三）金剛石磨具形狀和代號磨具名稱代號斷面圖磨具名稱代號斷面44§4—4銑磨加工中工藝參數(shù)的選擇（效率與質(zhì)量）指加工過程中影響效率、質(zhì)量的工藝參數(shù)，其中包括：機床、磨具（如前所述）、冷卻液一.磨頭轉(zhuǎn)速V：指磨頭每分鐘的轉(zhuǎn)數(shù)，用轉(zhuǎn)/分表示。它反映到磨具上就是磨輪的線速度（單位米/秒）——即磨削速度。

V——線速度；n——轉(zhuǎn)數(shù)，DM——中徑，單位mm

第四章粗磨——第四節(jié)銑磨加工中工藝參數(shù)的選擇§4—4銑磨加工中工藝參數(shù)的選擇（效率與質(zhì)量）第四章粗45

國內(nèi)銑磨機一般不調(diào)速，磨頭轉(zhuǎn)速為定值，國外銑磨機有調(diào)速裝置。因此，磨輪的線速度可由磨輪直徑大小來選擇，它的高低直接影響加工表面的光潔度和磨削效率。一般磨輪的線速度取12～35米／秒。如果線速度再高，磨輪的微量不平衡會引起很大振功，影響磨削質(zhì)量。線速度過低也會使磨削性能變壞，降低效率和表而質(zhì)量。在磨料粒度相間的情況下，提高磨輪的線速度，可以提高零件的表面光潔度實驗表明，磨削速度越快→磨削效率越高→表面粗糙度小，凹凸層均勻，質(zhì)量光潔度越好。磨削速度太高（低）→機床振動大→影響質(zhì)量{效率}綜上所述，效率、質(zhì)量兩個方面，線速度為24m/s時最佳效果。第四章粗磨——第四節(jié)銑磨加工中工藝參數(shù)的選擇國內(nèi)銑磨機一般不調(diào)速，磨頭轉(zhuǎn)速為定值，國外銑磨機46二.工件轉(zhuǎn)速v銑磨原理：輪——高速；工件——低速工件轉(zhuǎn)速實際上就是進給速度，它是出機床的進給機構(gòu)決定的，可以根據(jù)需要進行調(diào)整。進給速度低，加工出的零件表面光潔度高，且可延長磨具的使用壽命，但生產(chǎn)效率低。因此在選用進給速度時要從生產(chǎn)效率和加工質(zhì)量兩方面綜合考慮。一般選用150一250mm/min較為合理。試驗結(jié)果表明，線速度取150一250mm/min較為合理。工件線速度越低，加工時間越長，表面光潔度越好，對保持磨輪的鋒利程度和壽命都有好處。工件線速度越低→加工時間長，效率低→表面粗糙度越小→保持磨輪鋒利、壽命考慮效率降低，質(zhì)量升高，常取150～250mm/分第四章粗磨——第四節(jié)銑磨加工中工藝參數(shù)的選擇二.工件轉(zhuǎn)速v第四章粗磨——第四節(jié)銑磨加工47三.銑磨深度（吃刀深度）：指工件轉(zhuǎn)動一周的加工深度。在銑磨周期內(nèi)，磨削量是多次加工深度的總和。銑磨深度△w與磨輪線速度V、工件轉(zhuǎn)速v，銑磨壓力P，金剛石粒度d、材料等因素有關(guān)。△w∝P（V/v）d銑磨深度大→磨削效率高→粗糙度大。銑磨深度不應超過金剛石曾厚度，吃刀量不宜過大。第四章粗磨——第四節(jié)銑磨加工中工藝參數(shù)的選擇三.銑磨深度（吃刀深度）：指工件轉(zhuǎn)動一周的加工深度。第48四.冷卻液具有冷卻（帶走熱量）清洗（沖走碎屑）潤滑（減小摩擦）化學（玻璃、磨具結(jié)合劑、機床防銹）等四個方面的作用。對銑磨加工，冷卻作用是主要的，在磨輪高速旋轉(zhuǎn)作用下，產(chǎn)生大量摩擦熱，玻璃磨具溫度升高，玻璃導熱性差，熱量不易散失，使磨具溫度升高，嚴重損失，工件質(zhì)量也難以保證，故冷卻液需及時帶走摩擦熱。第四章粗磨——第四節(jié)銑磨加工中工藝參數(shù)的選擇四.冷卻液第四章粗磨——第四節(jié)銑磨加工中工藝參數(shù)的選擇49銑磨冷卻液有三大類（1)水溶性冷卻液F68冷卻、清洗、潤滑作用均較好，防銹是含有表面活性劑的水溶液，用于小球面銑磨；高速精磨。水+表面活性劑（2）油性冷卻液是以礦物油為主體的冷卻液常用煤油+機油（1：1）混合使用。潤滑性好——銑磨磨削量大，磨具易磨損；清洗性差、冷卻一般,化學防銹。多用于粗磨銑磨平面、球面等。（3）乳化液冷卻液=礦物油+水+乳化劑是由礦物油和水在乳化劑作用下形成的乳化液。兼有油、水的優(yōu)點：冷卻、清洗、潤滑、防銹均好，不易配制，易堵塞磨輪。冷卻液噴射方式：內(nèi)噴（小零件）；外噴（大零件）工件裝夾方式：①真空吸附；②彈性裝夾；③電磁裝夾。①、②多用于球面，③多用于平面第四章粗磨——第四節(jié)銑磨加工中工藝參數(shù)的選擇銑磨冷卻液有三大類第四章粗磨——第四節(jié)銑磨加工中工藝參50正弦公式微分式：結(jié)論：1.球面曲率半徑誤差的絕對值隨角度誤差的增大而增大。當2.磨輪中徑誤差dDm的影響，dDm>0時,dDm↑,↑,曲率半徑誤差的絕對值隨磨輪中徑誤差dDm增大第四章粗磨——第四節(jié)銑磨加工中工藝參數(shù)的選擇正弦公式第四章粗磨——第四節(jié)銑磨加工中工藝參數(shù)的選擇513.輪端面圓弧半徑誤差dr的影響：當dr↑時，dr>0,因為dr<0無意義。4.當dα，dr，dD一定時，若α愈?。碦愈大），則|dR|越大。說明加工大曲率半徑的零件比加工小曲率半徑精度低。第四章粗磨——第四節(jié)銑磨加工中工藝參數(shù)的選擇3.輪端面圓弧半徑誤差dr的影響：當dr↑時，dr>0,因52∵α↓，sinα↓，cosα↑，cosα/sin2α↑↑，∴|dR|↑（α小，R大）|dR|隨α的減小而增大①一般情況下，磨輪選定后，Dm是常數(shù)，則dDm=0②若磨輪使用時間不長，r可認為不變，即r=常數(shù)，則dr=0，則微分式為：那么，可主要分析1，4兩項誤差。第四章粗磨——第四節(jié)銑磨加工中工藝參數(shù)的選擇∵α↓，sinα↓，cosα↑，cosα/sin2α↑↑，∴53一、銑磨球面的主要幾何形狀誤差：

a)球面曲率半徑誤差

b)厚度誤差。1.影響工件曲率半徑精度的誤差(1)角度調(diào)整誤差和磨輪刃口尺寸誤差銑磨機的運動原理是遵循正弦公式：

為了獲得一定曲率半徑R值，應按正弦公式計算出理論α值。但由于端面圓弧半徑r的精確值很難測得，而且使用中長期磨損，r值是變化的，故計算的α值只是理論值，與實際α值有±（10～50）的誤差。故需要對角度α進行調(diào)整。第四章粗磨——第五節(jié)銑磨球面幾何形狀精度分析一、銑磨球面的主要幾何形狀誤差：第四章粗磨——第五節(jié)銑54由正弦公式得，微分得：②由微分式②得①一般情況下，磨輪選定后，Dm是常數(shù)，則dDm=0②若磨輪使用時間不長，r可認為不變，即r=常數(shù)，則dr=0，則微分式為：

①第四章粗磨——第五節(jié)銑磨球面幾何形狀精度分析由正弦公式得，①第四章粗磨——第五節(jié)銑磨球面幾何形狀55說明：（1）球面半徑誤差的絕對值|dR|隨著角度誤差dα的增大而增大。若|dα|↑，則|dR|↑反之：（2）一定時：R↑，|dR|↑。說明大曲率半徑的球面誤差大，因此此時，調(diào)整時要注意。（3）dr負號→凸面：r偏大，R減少正號→凹面：r偏大，|R|增大（4）（5）|dR|隨磨輪轉(zhuǎn)角α的減小而增大，故加工小曲率半徑的球面比大球面曲率半徑精度高。第四章粗磨——第五節(jié)銑磨球面幾何形狀精度分析說明：第四章粗磨——第五節(jié)銑磨球面幾何形狀精度分析562.中心調(diào)整誤差的影響（與公式無關(guān)，與斜截圓原理有關(guān)）機床經(jīng)過初步的角度調(diào)整之后，磨輪端面不一定正好處在工件表面中心，而產(chǎn)生了中心誤差△。它直接影響曲率半徑，故除進行角度調(diào)整外，還要進行中心調(diào)整，以減小或消除△。

圖4—9中心調(diào)整誤差的影響第四章粗磨——第五節(jié)銑磨球面幾何形狀精度分析2.中心調(diào)整誤差的影響（與公式無關(guān)，與斜截圓原理有關(guān)）57角度調(diào)整好后，工件軸、磨輪軸相交于O點，中心誤差△，故銑磨零件的半徑，△產(chǎn)生的對O張角dα為消除△，需要調(diào)整磨輪軸，（α不變）相當于將工件軸線OA移到O’A’位置，此時銑磨半徑為R0=O’A’，如上圖兩式相減得：此式表示了中心調(diào)整誤差△對球面曲率半徑誤差△R的影響，說明了當有中心誤差△存在時，可產(chǎn)生曲率半徑誤差△R，并且△R隨△的增大而增加。故角度α調(diào)整和中心調(diào)整△必須多次交叉反復進行，試磨零件，直到符合要求。有△存在，零件有凸包存在。磨出的是非球面，R不定，這樣就產(chǎn)生誤差。第四章粗磨——第五節(jié)銑磨球面幾何形狀精度分析角度調(diào)整好后，工件軸、磨輪軸相交于O點，中心誤差△，583.磨輪軸與工件軸兩軸線相交性調(diào)整誤差的影響兩個軸線相交的調(diào)整機構(gòu)，多數(shù)機床是調(diào)整磨輪軸，在機床裝配時校正。但在加工過程中，由于機床振動和長期使用等因素的影響，兩軸線的相交性受到破壞，使加工的表面不是球面，而呈非球面，故需調(diào)整兩軸線的相交性，一般是對磨輪軸進行調(diào)整，高低不等高（臥式）或前后不等（立式）。兩軸線是否相交，可通過磨輪與工件開始接觸時產(chǎn)生的磨削痕跡來判斷。如果兩軸非球面相交，對于臥式銑磨機，是高低調(diào)整，對于立式銑磨機，應是前后調(diào)整，后者常用。公式（4—19）表示其形狀，說明在實際加工中，要注意兩軸的非共面相交的問題國內(nèi)生產(chǎn)的銑磨機兩軸線的偏差h=0.03mm，對球面度影響很小，國外生產(chǎn)的銑磨機有調(diào)整手輪。第四章粗磨——第五節(jié)銑磨球面幾何形狀精度分析3.磨輪軸與工件軸兩軸線相交性調(diào)整誤差的影響第四章粗磨594.磨輪軸、工件軸徑向跳動的影響磨輪軸、工件軸徑向跳動的影響與兩軸相交性誤差的影響相同，即產(chǎn)生非球面，兩軸的徑向跳動允差均在0.005～0.001mm以內(nèi)，可保證了由此引起的球面半徑精度的要求。第四章粗磨——第五節(jié)銑磨球面幾何形狀精度分析4.磨輪軸、工件軸徑向跳動的影響第四章粗磨——第五節(jié)銑60二、影響透鏡中心厚度誤差的因素1.磨輪軸、工件軸軸向竄動的影響我國生產(chǎn)的銑磨機，兩軸的軸向跳動量均為0.005mm，故最大誤差0.01mm2.夾具精度對透鏡中心厚度的影響夾具制造精度誤差和使用不當造成。裝夾方式：彈性、真空吸附、電磁第四章粗磨——第五節(jié)銑磨球面幾何形狀精度分析二、影響透鏡中心厚度誤差的因素第四章粗磨——第五節(jié)銑磨61細密菊花紋寬疏菊花紋細密菊花紋主要原因

磨頭誤差與振動影響造成的。當產(chǎn)生這種菊花紋時，檢修磨頭，使之恢復精度要求，則能有效的減輕菊花紋。寬疏菊花紋主要原因

工件主軸的軸向竄動。當確定原因是主軸的軸向竄動后，應檢修主軸，消除微量小竄動后，寬疏菊花紋即可消除。第四章粗磨——第六節(jié)銑磨球面表面疵病細密菊花紋寬疏菊花紋細密菊花紋寬疏菊花紋第四章粗磨——62麻點主要原因

是磨輪線速度選擇不當，進刀速度與工件轉(zhuǎn)速配合不好冷卻液沖噴的位置。麻點擦貼環(huán)帶有缺口擦貼環(huán)帶有缺口檢查銑磨透鏡幾何形狀使用的方法是擦貼法(將貼置模表面涂一層極薄的黃油，用工件表面與其對擦)。一般要求工件外圓要擦貼均勻，并且環(huán)帶要圓。主要原因

光刀時間不夠，密封墊圈過厚或夾具與工件外徑間隙過大。第四章粗磨——第六節(jié)銑磨球面表面疵病麻點麻點擦貼環(huán)帶擦貼環(huán)帶有缺口第四章粗磨——第六63擦貼環(huán)帶脫空主要原因

由于機床工件主軸軸線與磨頭軸線不相交。使工件邊緣及頂部與貼置模擦貼，而其余部分不擦貼。擦貼環(huán)帶脫空球面偏心主要原因

夾具定位面偏心。在夾具制造中，夾具定位面與工件的口徑對工件回轉(zhuǎn)軸線的同心度。第四章粗磨——第六節(jié)銑磨球面表面疵病擦貼環(huán)帶脫空擦貼環(huán)帶脫空球面偏心第四章粗磨——第六節(jié)銑64

光學零件加工技術(shù)

薛常喜

光電工程學院

光學零件加工技術(shù)

薛常喜

光電工程學院65（粗、精、拋是三大基本工序）光學零件加工的基本工藝包括：毛坯準備，粗磨、精磨、拋光、定心磨邊,膠合，照相刻劃，鍍膜。粗磨加工是利用磨料或磨具將塊料或型料毛坯、棒料加工成具有一定幾何形狀、尺寸精度和表面粗糙度的半成品零件的成型工序。粗磨方式有兩種：①散粒磨料：粗磨機、手工、開球面②固著磨料：（金剛石磨具）銑磨機、開球面

下面就粗磨有關(guān)問題進行探討。就兩種方法研究第四章粗磨（粗、精、拋是三大基本工序）第四章粗磨66

圖4—1磨料破壞玻璃過程1—磨具；2—玻璃；3—磨粒第四章粗磨——第一節(jié)研磨的本質(zhì)第四章粗磨——第一節(jié)研磨的本質(zhì)67一.散粒磨料的研磨機理：散粒磨料的研磨是指用金剛砂和水對玻璃零件進行粗磨加工。玻璃在被研磨時受到兩個外力作用：一個是磨盤通過磨料對工件表面法線方向施加壓力Fn，它使玻璃形成錐狀裂紋，裂紋角900～1500，錐狀裂紋深度的破壞層為n，凸凹層為k，裂紋層為m，其中n=k+m。一般來說，凸凹層深度k是磨料平均尺寸的1/3～1/4，裂紋層深度m比k大1～3倍。水通過裂紋向玻璃滲透，并發(fā)生水解作用，生成硅酸凝膠。

生成物起到一種楔裂作用，促使裂紋加深加寬，使玻璃碎屑脫落。第二個作用是磨盤與共之間的相對運動，相對速度V，將錐狀破壞層除去。

第四章粗磨——第一節(jié)研磨的本質(zhì)一.散粒磨料的研磨機理：第四章粗磨——第一68隨著研磨過程的繼續(xù)，磨料繼續(xù)滾動和撞擊，這樣產(chǎn)生的切向沖擊力除去破壞層，達到研磨玻璃的目的。應指出：①實際上磨盤通過磨料顆粒傳遞給零件表面的壓力不可能完全與法線一致，可向各個方向傾斜，如圖F，但總可把它分解成水平（Fk）、垂直（Fn）兩個方向的分力。第四章粗磨——第一節(jié)研磨的本質(zhì)隨著研磨過程的繼續(xù)，磨料繼續(xù)滾動和撞擊，這樣產(chǎn)生的69

圖4.2散粒磨料粗磨機理垂直分力Fn與法線方向一致，使玻璃產(chǎn)生裂紋，與相對速度V的方向垂直，不為去除玻璃作功。水平分力Fk與玻璃表面相切，與速度V方向相反，可去除玻璃表面凸凹層，達到去除目的。也使磨具表面磨損。②每個磨料所受F力，使磨粒滾動，產(chǎn)生較大沖擊力，不僅使玻璃去除，而且使大顆粒被破碎（由于磨料顆粒大小不均，有5%大顆粒，大于基本尺寸3倍。因此一般開始時只有很少（5%～10%）參加研磨）產(chǎn)生的較大沖擊和振動，促使裂紋加深，脫落，有助于加工。

第四章粗磨——第一節(jié)研磨的本質(zhì)第四章粗磨——第一節(jié)研磨的本質(zhì)70因此研磨機理：散布于磨盤和工件表面之間的磨料顆粒，借助于磨盤在工件表面法線方向上施加的壓力和磨盤與工件的相對運動，磨料對工件表面進行微量研磨破碎和破壞，使之表面逐次形成破壞層和凸凹層，達到成型目的研磨過程主要是尖硬的磨料顆粒對玻璃表面破壞的餓過程，水解起一定作用是次要的。第四章粗磨——第一節(jié)研磨的本質(zhì)第四章粗磨——第一節(jié)研磨的本質(zhì)71二.固著磨料的研磨機理（粗磨的銑削加工——銑磨）固著磨料的研磨就是把金剛石顆粒燒結(jié)壓制在磨輪上，用金剛石磨具加工光學零件的過程，稱為銑磨（范成法）。該法是英國人1920年首先提出，由于人造金剛石技術(shù)限制，沒有實際應用，至五十年代，國外出現(xiàn)了銑磨機，隨著人造金剛石技術(shù)的發(fā)展，用于生產(chǎn)，六十年代中，我國開始應用，現(xiàn)已經(jīng)普遍使用。銑削加工是采用金剛石磨具研磨玻璃。放大看時，可以看到磨輪表面有許多顆粒的金剛石棱角。加工時，每個顆粒的棱尖就象一把把車刀對玻璃進行車削相類似。如圖：

第四章粗磨——第一節(jié)研磨的本質(zhì)二.固著磨料的研磨機理（粗磨的銑削加工——銑磨）第四章72圖4—3固著磨料研磨銑磨時，磨具的主要運動是旋轉(zhuǎn)，磨具和工件的相對運動產(chǎn)生的切削F可分解成水平Fk和垂直Fn兩個部分。如同玻璃刀劃割玻璃，垂直分力Fn使磨料顆粒進入玻璃深處，形成交錯裂紋，裂紋角大約為1550，它的大小不隨玻璃牌號變化。第四章粗磨——第一節(jié)研磨的本質(zhì)第四章粗磨——第一節(jié)研磨的本質(zhì)73裂紋深度m和凸凹層k構(gòu)成破壞層n。裂紋寬度（裂紋層）a＞b（磨料粒度尺寸）當金剛石棱尖深入玻璃時，將玻璃劈出碎片A和B而脫落。水平分力Fk實際上是切削力，就象車刀切削加工一樣。故金剛石磨輪對玻璃的加工，就是無數(shù)個磨料顆粒切削作用的總和，，隨著磨輪工件的相對運動使玻璃及到銑磨加工。與散粒磨料研磨時加水一樣，水解作用（使磨料分布均勻，帶走熱量、碎屑），銑磨時要供應冷卻液，以減少摩擦熱，沖走玻璃屑、脫落的磨粒等。用同樣粒度的散粒磨料，固著磨料金剛石磨具研磨光學表面，后者要細得多，如用粒度240#散粒研磨，表面粗糙度為3.2微米（2.5-5.0）花5粗磨；

用粒度240#固著末了磨輪，表面粗糙度為0.8微米（0.63-0.25）花7精磨由于固著磨料研磨效率高，表面質(zhì)量好，應用于粗、精、拋光各種工序中。第四章粗磨——第一節(jié)研磨的本質(zhì)裂紋深度m和凸凹層k構(gòu)成破壞層n。裂紋寬度（裂74三.總結(jié)1、玻璃的去除過程（1）磨料顆粒迫使玻璃表面形成裂紋交錯的，裂紋角900～1500，（2）磨料顆粒滾動產(chǎn)生撞擊力，使玻璃表面破碎（3）在切向力的作用下，玻璃表面破碎材料和凸起部分被去除。（4）上述的綜合作用，在工件的表面產(chǎn)生了破壞層。破壞層（n）=凹凸層（k）+裂紋層（m）k=（1/3～1/4）磨料粒度m=（1～3）k第四章粗磨——第一節(jié)研磨的本質(zhì)三.總結(jié)第四章粗磨——第一節(jié)研磨的本質(zhì)752、磨料的綜合作用和變化（1）磨料在磨削過程中，磨料本身被破碎，粒度在逐漸減?。?）只有少數(shù)的顆粒參與研磨，只占整個加入磨料的5%～15%（3）磨料的粒度均勻性要好，最大粒度：最小粒度小于2：1，要是超過會在工件表面留下劃痕。（4）有部分魔力顆粒鑲嵌在磨盤表面上，劃切的方式去除玻璃（在后期此作用很重要）3、水的作用（1）水解物的楔脹作用。水可以進入裂紋，發(fā)生水解反應，生成硅酸凝膠，體積變大，促使玻璃去除。（2）水分散磨料和冷卻作用第四章粗磨——第一節(jié)研磨的本質(zhì)2、磨料的綜合作用和變化第四章粗磨——第一節(jié)研磨的本質(zhì)764、磨盤的作用和變化（1）工件仿照磨盤成型的（2）去除玻璃的同時，磨盤也磨損，如果玻璃磨掉100份，磨盤磨掉1份（散粒）；固著磨料是3000：1（3）對球面粗磨“一道砂，一道?！保?）磨盤、工藝表面形狀受工藝因素影響（壓力、相對速度、磨削時間）5、冷卻液的作用（1）冷卻（2）潤滑：減少磨損，延長磨具壽命（3）清洗，把磨料碎屑沖走第四章粗磨——第一節(jié)研磨的本質(zhì)4、磨盤的作用和變化第四章粗磨——第一節(jié)研磨的本質(zhì)776磨削的本質(zhì)（1）每個顆粒的作用相當于玻璃刀劃切玻璃的作用（2）切削力F分解為Fk和Fn。在Fn的作用下，磨料尖侵入玻璃表層劈出碎片；在Fk作用下，切削玻璃，產(chǎn)生一個劃痕。劃痕的深度為寬度的1/10（d=1/10L）L大約等于顆粒寬度，裂紋深度＝１～1.5L（3）劃痕的邊緣是波狀的（4）磨料的顆粒參與切削部分占整個顆粒的1/3（工件表面與磨輪間有間隙，防止產(chǎn)生摩擦熱，冷卻液進不去，融化工件，使顆粒釉化）（5）在磨削的過程中會使某些顆粒變鈍，應及時脫落，叫自銳，如果及時自銳性好，主要與結(jié)合劑有關(guān)第四章粗磨——第一節(jié)研磨的本質(zhì)6磨削的本質(zhì)第四章粗磨——第一節(jié)研磨的本質(zhì)78在銑磨機上，用固著金剛石磨具加工玻璃的過程，為銑削加工，也稱銑磨。又稱范成法，即利用磨輪刃口軌跡包絡面成型球面的方法一.球面銑磨原理球面銑磨的目的是加工出具有一定曲率半徑和表面粗糙度的球面零件。第四章粗磨——第二節(jié)銑削加工原理在銑磨機上，用固著金剛石磨具加工玻璃的過程，為79其運動原理如圖：圖4—4球面銑削加工原理第四章粗磨——第二節(jié)銑削加工原理其運動原理如圖：第四章粗磨——第二節(jié)銑削加工原理80①金剛石磨輪刃口通過工件頂點；②磨輪軸與工件軸相交于O點；③磨輪軸與工件軸夾角為α；④磨輪軸高速旋轉(zhuǎn)，工件軸低速轉(zhuǎn)動。這種運動軌跡的包絡面就形成球面。它們的運動原理遵循正弦公式，球面的曲率半徑R與夾角α有關(guān)，由圖得正弦公式：即

Dm：磨輪中徑；r：磨輪端面圓弧半徑

第四章粗磨——第二節(jié)銑削加工原理①金剛石磨輪刃口通過工件頂點；第四章粗磨——第二節(jié)銑削81

一般磨輪中徑為零件直徑的四分之三。當工件表面曲率半徑較大或平面零件時，磨輪中徑大于零件直徑1/2即可。當選好磨輪后，D，r均為定值，調(diào)節(jié)不同α角，可加工出不同半徑的零件。磨輪端面在工件表面上某一瞬間的切削軌跡是一個圓，這個圓與工件軸傾斜一個角度，稱為斜截圓，也稱球面銑磨原理為斜截圓原理。被加工表面的幾何形狀，實際上是某一加工周期內(nèi)許多個斜截圓的總和。第四章粗磨——第二節(jié)銑削加工原理一般磨輪中徑為零件直徑的四分之三。當工件表面曲82二.斜截圓成型球面的證明

圖4—5斜截圓的坐標第四章粗磨——第二節(jié)銑削加工原理二.斜截圓成型球面的證明第四章粗磨——第二節(jié)銑削加工原83下面用數(shù)學方法來證明斜截圓繞工件軸的回轉(zhuǎn)面為球面。如圖；有二個直角坐標系（XYZ，X’Y’Z’）均以O為坐標原點。OX’、OZ’分別與OX，OZ夾角為α，OY與OY’重合。其中OZ代表工件軸線，OZ’代表磨輪軸線。坐標原點O是工件軸與磨輪軸交點，夾角為α。O’為為斜截圓中心，A為磨輪端面頂點與工件中心接觸處，則OA=R（O為零件曲率半徑中心），O’A=ρ（斜截圓半徑），在X’Y’Z’坐標系中，斜截圓方程為

①，設M為斜截圓上任一點，M點在XOZ坐標平面內(nèi)為M（X，Z），在X’OZ’坐標系內(nèi)，坐標為M（X’，Z’）。將X’Y’Z’轉(zhuǎn)換到XYZ坐標系中，即將X’Y’Z’用XYZ表示，用坐標轉(zhuǎn)換公式：

②將方程組②代入①，得

解得：二式相加：第四章粗磨——第二節(jié)銑削加工原理下面用數(shù)學方法來證明斜截圓繞工件軸的回轉(zhuǎn)面為球面。如84將方程組②代入①，得解得：二式相加：這是以O為圓心，R為半徑的球面方程。說明斜截圓繞工件軸回轉(zhuǎn)時其包絡面為球面，即銑磨加工的運動軌跡為球面。第四章粗磨——第二節(jié)銑削加工原理第四章粗磨——第二節(jié)銑削加工原理85三.平面銑磨原理平面銑磨目的是加工出具有一定平面度或平行度的平面零件。平面零件實際上是曲率半徑R=∞的球面零件，由正弦公式，

當R=∞時，sina=0→a=0，所以磨輪軸與工件軸平行（夾角為0）時，可加工平面零件。在球面銑磨機上，當a=0時，可加工平面零件?，F(xiàn)有專門加平面零件的平面銑磨機，如PM500大型平面銑磨機。第四章粗磨——第二節(jié)銑削加工原理三.平面銑磨原理第四章粗磨——第二節(jié)銑削加工86四.金剛石磨具銑槽或圓弧為了便于裝配固定，如棱鏡、平面鏡等，或減輕重量等原因，常需在零件上銑槽或磨圓弧等?，F(xiàn)用金剛石磨具代替手工。第四章粗磨——第二節(jié)銑削加工原理四.金剛石磨具銑槽或圓弧第四章粗磨——第二節(jié)銑削加工原87

圖4—6銑圓弧圖4—5銑圓弧圖4—7銑槽第四章粗磨——第二節(jié)銑削加工原理第四章粗磨——第二節(jié)銑削加工原理88§4—3磨料和磨具一.磨料：是研磨零件和制造磨具用的材料，是具有一定硬度和韌性的粉狀或粒狀物質(zhì)。是主要輔料之一。磨料的研磨性能與硬度、韌性和粒度有關(guān)。

第四章粗磨——第三節(jié)磨料和磨具§4—3磨料和磨具第四章粗磨——第三節(jié)磨料和磨具89（一）對磨料的一般要求1.硬度是磨料的最基本要求，它應比被加工材料硬，因為磨料顆粒硬度愈高．才能夠切入被加工物內(nèi)，使低硬度的物體表面受到加工。2.韌性要高，不因為有研磨壓力而引起形變和破壞，且不易度損。3.應有適當?shù)淖凿J性，隨研磨壓力而產(chǎn)生相應的小碎屑，應呈貝殼狀斷口的多角形。4.熔點或軟化點應比被加工物高，研磨發(fā)熱時，磨粒尖端不應熔化或變軟。5.化學穩(wěn)定性要好，以免在加工過程中，對被加工物起化學作用。6.形狀和粒度應均勻一致，每號磨料顆粒的尺寸應限制在一定范圍內(nèi)。

第四章粗磨——第三節(jié)磨料和磨具（一）對磨料的一般要求第四章粗磨——第三節(jié)磨料和90（二）.種類研磨光學玻璃所用的磨料按來源分為二大類：①天然磨料：是由天然礦物加工而成。光學零件加工過程中常用的天然磨料有金剛石，剛玉、金剛砂、石英砂和鈣鋁石榴石等。產(chǎn)量少，純度低，價貴；②人造磨料：是由人工冶煉而創(chuàng)得的研磨材料。其主要品種有人造剛玉，人造碳化物(碳化硅、碳化硼)和人造金剛石等。人工制造逐漸代替天然。第四章粗磨——第三節(jié)磨料和磨具（二）.種類第四章粗磨——第三節(jié)磨料和磨具91表4—1磨料的基本性能種類名稱代號主要化學成分莫氏硬度特點應用天然金剛石JTC10純度低，價貴剛玉Al2O398%～99%8～9人造金剛石JRC10磨具剛玉Al2O398.5%～99.5%9精磨碳化硅TH黑SiC98%9.15～9.5粗粗磨TL綠SiC98.5%9.5～9.75硬、脆精磨碳化硼B(yǎng)4C9.8價貴、不廣泛精磨第四章粗磨——第三節(jié)磨料和磨具種類名稱代號主要化學成分莫氏硬度特點應用天然金剛石JTC1092表4—2天然磨料的性能(1)名稱外觀莫氏硬度比重主要特性金剛石（C）純金剛石無色透明晶粒103.15～3.53硬度最高，耐磨性及磨削性能好圓粒金剛石灰黃色半透明的不規(guī)正晶體，有時為球形球形金剛石棕黃色球形結(jié)晶黑金剛石褐色或黑色的細晶粒，有時呈橢圓形多孔集合體。第四章粗磨——第三節(jié)磨料和磨具名稱外觀莫氏硬度比重主要特性金純金剛石無色透明晶粒103.193表4—2天然磨料的性能(2)名稱外觀莫氏硬度比重主要特性鉆石牌金剛砂黑紅色或乳白色顆粒7～8磨削性能比剛玉低，但其韌性強，磨件的光潔度高。剛玉藍灰色或黃灰色顆粒93.9～4.1磨削性能比金剛石低石英砂白色或淡黃色顆粒6～72.5～2.8磨削性能很低，加工中很易磨碎鈣鋁石榴石褐色或黑色結(jié)晶7.5～8.33.4～4.3第四章粗磨——第三節(jié)磨料和磨具名稱外觀莫氏硬度比重主要特性鉆石牌金剛砂黑紅色或乳白色顆粒794表4—3人造磨料的性能及應用剛玉（白剛玉（名稱代號莫氏硬度外觀主要特性應用范圍GZ9棕褐色，用其制造的磨具呈藍色或淺藍色硬度高，價格便宜適用于磨削碳素鋼、鑄鐵和硬青銅等。GB9白色。用其制造的磨具也為白色硬度比棕剛玉高適用于磨削淬火鋼、高速鋼、螺紋、齒輪、薄壁零件及光學零件的精磨及拋光GD淺黃色或白色。用其制得磨具的顏色也相同顆粒呈球形。硬度和韌性都比白剛玉高。適用于磨削不銹鋼和高釩高速鋼。鉻剛玉GG玫瑰紅或紫紅色。用其制得磨具的顏色也相同硬度與白剛玉相近，韌性比白剛玉高。磨件光潔度好。適用于研磨量具和儀表零件等光潔度要求較高的工序。微晶剛玉GW顏色與棕剛玉近似磨粒由微小晶體組成。強度高。適用于磨削不銹鋼和特種球墨鑄鐵。鋯剛玉GA磨削效率高，磨削不堵塞，零件不燒傷，光潔度高。特別適用于重負荷磨削不銹鋼黑碳化硅（SiC）TH9.5～9.75黑色有光澤硬度比白剛玉高適用于鑄鐵、黃銅、礦石、耐火物及其他非金屬的磨削、研磨和切割。綠碳化硅（SiC）TL9.5～9.75綠色硬度僅次于碳化硼和金剛石適用于磨硬質(zhì)合金、缸套研磨。光學零件的粗、精磨。碳化硼（B4C）TP9.6～9.8黑色硬度僅次于金剛石。耐磨性好。適用于硬質(zhì)合金、寶石及晶體等的研磨及拋光。人造金剛石（C）JR10硬度最高，但很脆，切削力高，使用壽命長。適用于磨削硬質(zhì)合金、光學玻璃及晶體高硬度材料。單晶剛玉表4—3人造磨料的性能及應用剛玉（白剛玉（名稱代號莫氏硬度外95（三）.按顆粒大小分類磨料的粒度是以顆粒的大小來分類的。有篩選法和水選法兩類。1、對于顆粒尺寸大于40微米的磨料，用篩選法分級。粒度號用篩網(wǎng)一英寸長度上有多少個篩孔來命名。如80#粒度指篩網(wǎng)一英寸長度上有80個孔，用這樣的篩子篩過的磨料為80#磨料顆粒尺寸大于40微米的常用于粗磨，100#，150#，240#，280#，其對應的粒度尺寸范圍見P53表4—12、對于磨料顆粒尺寸小于40微米的微粉，用水選法分級，用顯微鏡分析法鑒定的，用WXX表示，表示磨料顆粒的實際尺寸。如W14，即該號磨料顆粒的最大尺寸為14微米，W40以下的磨料常用于精磨。第四章粗磨——第三節(jié)磨料和磨具（三）.按顆粒大小分類第四章粗磨——第三節(jié)磨96二.磨具目前，光學零件的粗磨加工已普遍實現(xiàn)了機械化，常用的磨具有二種：①普遍磨料制成的砂輪，用于磨外圓；②金剛石磨具制成