《透镜的抛光》PPT课件.ppt
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1、第第10章章 光学零件的抛光工艺光学零件的抛光工艺西安工业大学西安工业大学徐均琪徐均琪抛光技术的发展抛光技术的发展l古典法抛光古典法抛光l混合模抛光混合模抛光l聚氨酯抛光聚氨酯抛光l固着磨料抛光固着磨料抛光抛光的目的抛光的目的l消除精磨的破坏层,达到规定消除精磨的破坏层,达到规定的表面要求;的表面要求;l精修面形,达到图纸要求的光精修面形,达到图纸要求的光圈数圈数N N和局部误差;和局部误差;l为后续特种工艺创造条件。为后续特种工艺创造条件。第一节第一节 玻璃的抛光机理玻璃的抛光机理l l机械磨削机械磨削l l抛光表面的起伏现象;抛光表面的起伏现象;l l当磨料很细时,精磨也能将玻璃抛光;当磨
2、料很细时,精磨也能将玻璃抛光;l l抛光玻璃重量明显减轻;抛光玻璃重量明显减轻;l l抛光效率与抛光剂颗粒大小有关系;抛光效率与抛光剂颗粒大小有关系;l l抛光效率与速度、压力有关系。抛光效率与速度、压力有关系。l化学作用化学作用l水对玻璃的作用;水对玻璃的作用;l抛光模材料的化学作用;抛光模材料的化学作用;l抛光剂的化学作用;抛光剂的化学作用;l抛光液抛光液PHPH值的影响;值的影响;l添加剂的化学作用;添加剂的化学作用;l玻璃的化学作用。玻璃的化学作用。l l表面流动理论表面流动理论l l玻璃表面分子的流动而掩盖了划痕;玻璃表面分子的流动而掩盖了划痕;l l抛光表面刻痕的腐蚀再现现象抛光表
3、面刻痕的腐蚀再现现象;l l抛去玻璃的重量与抛去玻璃的厚度抛去玻璃的重量与抛去玻璃的厚度不对应;不对应;l l软化点高的玻璃,抛光效率低。软化点高的玻璃,抛光效率低。第二节第二节 光圈的识别与度量光圈的识别与度量(光学零件的样板检验光学零件的样板检验)光圈是照相物镜的孔径光阑,用以调节进入照相机光光圈是照相物镜的孔径光阑,用以调节进入照相机光通量的大小,通常用通量的大小,通常用F数来表示。数来表示。F数数=镜头的焦距镜头的焦距/镜头口径。镜头口径。F数越小,光圈越大。数越小,光圈越大。面形如何检验?面形如何检验?方案之方案之1 1:球径仪测量曲率半径球径仪测量曲率半径方案之方案之2:2:轮廓仪
4、测量面形轮廓仪测量面形 光学零件的表面精度是与光学样光学零件的表面精度是与光学样板比较而鉴别出来的板比较而鉴别出来的光圈检验。光圈检验。一、光学样板检验原理一、光学样板检验原理等厚干涉等厚干涉(一)曲率半径偏差(一)曲率半径偏差(用用N N来表示来表示)l低光圈低光圈 被检光学表面与标准样板在被检光学表面与标准样板在边边缘部位接触缘部位接触时产生的光圈。时产生的光圈。l高光圈高光圈 被检光学表面与标准样板在被检光学表面与标准样板在中中心部位接触心部位接触时产生的光圈。时产生的光圈。光圈数与曲率半径偏差的关系光圈数与曲率半径偏差的关系(二)像散偏差(二)像散偏差(用用1 1N N来表示来表示)表
5、明被检光学表面在相互垂表明被检光学表面在相互垂直方向上的曲率半径对参考光学直方向上的曲率半径对参考光学表面的曲率半径的偏差不相等。表面的曲率半径的偏差不相等。(三)局部偏差(三)局部偏差(用用2 2N N来表示来表示)被检光学表面局部区域相对于参被检光学表面局部区域相对于参考光学表面的偏差。考光学表面的偏差。l l中心低中心低l l中心高中心高l l塌边塌边l l翘边翘边二、光圈的识别二、光圈的识别l规定规定1 1:当样板与工件在中心当样板与工件在中心接触,出现的是高光圈;如接触,出现的是高光圈;如果两者在边缘接触,出现的果两者在边缘接触,出现的是低光圈。是低光圈。l规定规定2 2:低光圈为负
6、,高光圈低光圈为负,高光圈为正。为正。(一)高低光圈的识别(一)高低光圈的识别1 1、周边加压法、周边加压法l低光圈低光圈:l条纹从边缘向中心移动;条纹从边缘向中心移动;l高光圈高光圈:l条纹从中心向边缘移动。条纹从中心向边缘移动。2 2、一侧加压法、一侧加压法l低光圈低光圈:l条纹弯曲的凹向条纹弯曲的凹向背着背着加加压点;压点;l高光圈高光圈:l条纹弯曲的凹向条纹弯曲的凹向朝着朝着加加压点。压点。3 3、色序法、色序法l低光圈:中心到边缘色序为低光圈:中心到边缘色序为“蓝、蓝、红、红、黄黄”;l高光圈:中心到边缘色序为高光圈:中心到边缘色序为“黄、黄、红、红、蓝蓝”。(二)像散光圈的识别(二
7、)像散光圈的识别lN1N1时时l光圈呈椭圆形;光圈呈椭圆形;lN N1 1时时l光圈在两垂直方向上弯光圈在两垂直方向上弯曲程度不同。曲程度不同。(三)局部光圈的识别(三)局部光圈的识别l l中心低:条纹局部的弯曲凹向背向加压点中心低:条纹局部的弯曲凹向背向加压点l中心高:条纹局部的弯曲凹中心高:条纹局部的弯曲凹向朝着加压点。向朝着加压点。l塌边:条纹边缘部位塌向加塌边:条纹边缘部位塌向加压点;压点;l翘边:条纹边缘部位翘离翘边:条纹边缘部位翘离加压点。加压点。三、光圈的度量三、光圈的度量l l(一)(一)光圈数的度量光圈数的度量l l(二)像散光圈的度量(二)像散光圈的度量l l(三)局部光圈
8、的度量(三)局部光圈的度量(一)光圈数的度量(一)光圈数的度量lN N 1 1时:有效检验范围内,直时:有效检验范围内,直径方向上径方向上最多条纹数的一半最多条纹数的一半;lN N1 1时:通过直径方向上干涉条纹时:通过直径方向上干涉条纹的的弯曲量与条纹间距的比值弯曲量与条纹间距的比值。l lN N 1 1的情况的情况lN N1 1的情况的情况(二)像散光圈(二)像散光圈1 1N N的度量的度量l以两个相互垂直方向上光圈数的以两个相互垂直方向上光圈数的最大代数差的绝对值最大代数差的绝对值来度量。来度量。椭圆形像散光圈椭圆形像散光圈马鞍形像散光圈马鞍形像散光圈柱形像散光圈柱形像散光圈N N1 1
9、的像散光圈的像散光圈(三)局部光圈(三)局部光圈2 2N N的度量的度量 以局部不规则干涉条纹对理想以局部不规则干涉条纹对理想平滑干涉条纹的平滑干涉条纹的偏离量与条纹间距偏离量与条纹间距比值比值来表示。来表示。l l中心局部偏差中心局部偏差l l边缘局部偏差边缘局部偏差l l中心与边缘均有局部偏差中心与边缘均有局部偏差l l弓形光圈的度量弓形光圈的度量1.1.中心局部偏差中心局部偏差2.2.边缘局部偏差边缘局部偏差3.3.中心与边缘均有局部偏差中心与边缘均有局部偏差4.4.弓形光圈的度量弓形光圈的度量按照最小按照最小原则确定原则确定局部光圈局部光圈数,再给数,再给光圈定性光圈定性 例例 检验透
10、镜的检验透镜的面形时,看到以面形时,看到以下光圈:下光圈:1 1、试分析光圈的、试分析光圈的性质(包括高低,性质(包括高低,中心和边缘情况)中心和边缘情况)。2 2、计算光圈数和、计算光圈数和局部光圈的值。局部光圈的值。5.无规律性光圈的度量无规律性光圈的度量l规定规定l光圈数光圈数 N N 以半以半径范围内存在径范围内存在条纹最大数来条纹最大数来度量。度量。(四)光圈检验的其他问题(四)光圈检验的其他问题l光圈数与光源波长的关系光圈数与光源波长的关系l l小样板检验大零件小样板检验大零件()图纸上对工件提出的光圈要求图纸上对工件提出的光圈要求用小样板检验所允许的光圈数用小样板检验所允许的光圈
11、数零件的直径零件的直径样板的直径样板的直径l l面形偏差归属的判断(相对移动法)面形偏差归属的判断(相对移动法)第三节 高速抛光工艺一、准球心法高速抛光工艺1、准球心法高速抛光机床的特点l l上环节的摆架带动抛光模或镜盘作弧线摆动,摆动轴线通过下环节的曲率中心,且压力的方向始终指向镜盘的曲率中心,在加工中为恒定值。l l主轴转速高、抛光压力大、抛光液自动循环。l l采用塑料抛光模。l l自动加压和抛光液自动供给。项目项目平面摆动抛光平面摆动抛光准球心抛光准球心抛光速度速度较高较高高高压力压力小(弹簧压力和工件小(弹簧压力和工件轴自重)轴自重)大(气压)大(气压)摆动方式摆动方式平面摆平面摆绕球
12、心摆绕球心摆加工精度加工精度高高高高效率效率较高较高高高古典法抛光准球心法抛光2、准球心法抛光的优势l l生产效率高l l均匀抛光l l使用范围用于中等尺寸、中等精度光学零件的批量生产l l对室温要求不严格l l减轻劳动强度l l机床体积小,操作简单,易于掌握3、对高速抛光模的要求l微孔结构;l耐热性强;l耐磨性好;l弹性、塑性、柔韧性;l硬度。4、抛光模材料l l热固性树脂(合成高分子材料)热固性树脂(合成高分子材料)l l固着磨料抛光模固着磨料抛光模l l热塑性树脂(天然高分子材料)热塑性树脂(天然高分子材料)l l目前常用抛光材料:柏油混合抛光模、目前常用抛光材料:柏油混合抛光模、古马龙
13、混合抛光模、环氧树脂抛光模、古马龙混合抛光模、环氧树脂抛光模、聚氨酯塑料切片聚氨酯塑料切片5、工艺因素对准球心法高速抛光的影响l l准球心问题:球心调整误差准球心问题:球心调整误差2mm2mml l抛光速度和压力:线性关系抛光速度和压力:线性关系l l对精磨的要求:较大的凹凸层对精磨的要求:较大的凹凸层和较小的裂纹层深度和较小的裂纹层深度l l抛光液:粒度均匀一致;浓度抛光液:粒度均匀一致;浓度10%-15%10%-15%;温度;温度30383038;PHPH值呈中性或偏酸性。值呈中性或偏酸性。l l抛光温度:抛光温度:30-3830-38二、固着磨料高速抛光工艺l l1、特点:l l不需要加
14、抛光液,只需自动加冷却液不需要加抛光液,只需自动加冷却液l l抛光模面形稳定性好抛光模面形稳定性好l l抛光效率高抛光效率高l l改善了卫生环境改善了卫生环境l l加工余量小加工余量小l l2、抛光模:l l由抛光片按余弦磨损或均匀磨损排列而成由抛光片按余弦磨损或均匀磨损排列而成l l结合剂和抛光粉两部分组成结合剂和抛光粉两部分组成3、工艺因数的讨论l l1)速度和压力l l2)对精磨的要求l l3)对抛光液的要求l l4)抛光时间曲率半径曲率半径曲率半径曲率半径/mm/mm/mm/mm101010120120120120最大最大最大最大线线线线速度速度速度速度/(m/s)/(m/s)/(m/
15、s)/(m/s)1 1 1 12 2 2 22 2 2 26 6 6 63 3 3 37 7 7 75 5 5 510101010压压压压力力力力/10/10/10/104 4 4 4PaPaPaPa1.51.51.51.53 3 3 31 1 1 13 3 3 30.70.70.70.72 2 2 20.50.50.50.51.51.51.51.5曲率半径曲率半径曲率半径曲率半径/mm/mm/mm/mm101010120120120120加工加工加工加工时间时间时间时间/min/min/min/min2 2 2 23 3 3 32 2 2 25 5 5 53 3 3 37 7 7 75 5
16、5 58 8 8 84、抛光的加工余量、抛光的加工余量加工余量与表面粗糙度有关:加工余量与表面粗糙度有关:原始表面粗糙度原始表面粗糙度原始表面粗糙度原始表面粗糙度R Ra a(m)(m)加工余量(加工余量(加工余量(加工余量(m m m m)小于小于小于小于0.010.010.003-0.0050.003-0.005大于大于大于大于0.010.010.005-0.010.005-0.015、抛光模的修改6、常见疵病及产生原因l l1 1)划痕)划痕l l抛光片混料不匀或有异物;抛光片混料不匀或有异物;l l抛光片与玻璃不匹配;抛光片与玻璃不匹配;l l抛光片钝化;抛光片钝化;l l冷却液不清洁
17、;冷却液不清洁;l l冷却液温度偏低;冷却液温度偏低;l l精磨遗留的划痕;精磨遗留的划痕;l l光圈匹配不当;光圈匹配不当;l l镜盘与抛光模径向跳动大。镜盘与抛光模径向跳动大。l l2)麻点l l抛光片抛光作用差;l l超精磨面质量差;l l抛光时间不够;l l光圈匹配不当l l3)光圈不稳定l l抛光片耐磨性差;排列不合适;镜盘与磨盘的摆幅不合适;覆盖比太小或压力太大;冷却液温度太高;超精磨面的光圈误差太大。l l4)光圈不规则l l抛光模不规则;抛光时间不够,未能消除超精磨遗留的局部误差;压力太大。第四节 古典法抛光工艺l l古典法抛光:用于加工品种多、批量小的零件、加工精度高。l l
18、高速抛光:用于大批量、中低精度零件的加工。古典法抛光和高速抛光的比较l l抛光设备不同l l抛光模不同l l胶盘方法不同l l抛光液的供给不同l l加工精度不同l l古典法:古典法:N=0.1-1N=0.1-1;Ra=0.4-1nmRa=0.4-1nml l高速抛光:高速抛光:N=3-5N=3-5;Ra=10nmRa=10nml l对操作人员的要求不同一、机床(研磨-抛光机)四轴抛光机二、抛光模l组成l l抛光模层(抛光柏油、古马龙树脂、柏油和羊毛混合毛毡等)l l基体l要求:l l平面抛光模应略为凸形(光学零件抛光后一般要求低光圈)。l l球面抛光模的半径也要考虑低光圈的要求。Rpjt=Rb
19、(凹抛光模取正;凸抛光模取负号)三、工艺因数对古典法抛光的影响l l精磨的影响抛光对精磨表面结构的要求是:较大的凹凸层深度和较小的裂纹层深度,同时凹凸层深度以不大于裂纹层深度为限度。l l抛光模的几何形状一般情况下,样板检验的抛光模光圈高低与工件相反。l l抛光模材料和基体的影响材料硬度适中;基体曲率合适。l l抛光剂的影响l l抛光粉的硬度与玻璃硬度、抛光模硬度、抛光压力相适应l l抛光剂的浓度l l抛光液的PH值l l抛光液供给量l l粘结材料和粘结模的影响l l速度和压力的影响l l温度的影响l l温度对抛光模的影响l l温度对粘结胶的影响l l温度对工件的影响 因素 水平A A磨头转速
20、磨头转速(r/min)(r/min)B B工轴转速工轴转速 (r/min)(r/min)C C磨削压力磨削压力()D D吃刀深度吃刀深度(mm)(mm)110008400.42200016600.633000301000.8最佳工艺条件存在于以下组合中:A1B1C1D1;A1B1C1D2;A1B1C1D3;A1B1C2D1;A1B1C2D2;A1B1C2D3;A1B1C3D1;例:多因素多水平问题的处理方法例:多因素多水平问题的处理方法正交实验设计正交实验设计正交实验正交实验 Factor LevelA A磨头转速磨头转速r/minr/minB B工轴转速工轴转速 r/minr/minC C磨
21、削压力磨削压力D D吃刀深度吃刀深度mmmm11000(A1)8(B1)100(C3)0.6(D2)22000(A2)8(B1)40(C1)0.4(D1)33000(A3)8(B1)60(C2)0.8(D3)41000(A1)16(B2)60(C2)0.4(D1)52000(A2)16(B2)100(C3)0.8(D3)63000(A3)16(B2)40(C1)0.6(D2)71000(A1)30(B3)40(C1)0.8(D3)82000(A2)30(B3)60(C2)0.6(D2)93000(A3)30(B3)100(C3)0.4(D1)正交实验正交实验 A A磨头转速磨头转速(r/min
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