第十篇抛光加工工艺.docx

1、第十篇抛光加工工艺第七章 抛光加工工艺一、抛光原理光学加工中，抛光是精磨以后的一个主要工序。工件在精磨之后，虽然具有一定的光滑和规则的表面形状，但它还不完全透明而且表面形状也不是所要求的，需要经过抛光才能成为所要求的抛光表面。因此抛光的目的即为：1去除精磨的破坏层达到规定的外观限度要求。2精修面形，达到图面规定的曲率半径R值，满足面本数NR要求及光圈局部允差（亚斯）的要求。玻璃抛光机理对玻璃抛光本质的认识，很早就引起了人们的重视，特别是20世纪以来，有关的文献发表了很多。但是玻璃的抛光是个十分复杂的过程，所以至今尚未形成一种能说明一切有关抛光现象的统一理论，经过长期的观察和研究，目前，主要有三

2、种学说1、机械研削理论： 认为抛光是精磨的继续，它们从本质上是相同的，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。但由于抛光是用很细颗粒的抛光剂（我公司目前使用的抛光粉粒度范围(0.5um-3um）。所以微小切削作用可以在分子大小范围内进行。由于研磨皿与镜片表面相当吻合，因此抛光时切向力很大，从而使玻璃表面凸凹微痕结构被切削掉，逐渐形成光滑的表面。实验表明抛光粉粒度在一定范围时粒度越大，研磨效率高；研磨粉硬度越高，抛光速率越高（如氧化铈Ce02研磨粉比红粉Fe2O3硬度高，前者比后者抛光速率高23倍。）另外在一定范围内，增加压力，提高主轴转速，抛光速率显著提高,高速抛光即是依此而发展起

3、来的。通过实验测得，抛光掉的玻璃颗粒尺寸大约为11.2nu。仅从以上几点即可以看出抛光的机械磨削作用是十分明显的。 2、化学学说 认为抛光过程主要是水、研磨剂、研磨皿等与玻璃之间化学作用的结果。1玻璃表面受水的作用，水解反应生成硅酸凝胶层。在抛光过程中，抛光皿和研磨剂随时从玻璃表面凸凹层的硅酸凝胶去除，露出玻璃新的表面，再水解，再去除，往复循环达到抛光效果。2抛光剂的PH值对研磨抛光影响甚大。3硝材的化学稳定性与研磨效率有直接关系。 3、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，凸的部分将凹陷填平，形成光滑的表面。此种理论实验结果也得以说明其正确性。以上三

4、种学说，每一种学说都以一定的实验结果而得到支持，但又能找出不适合这种学说的例子而受到反对，都有不同程度的局限性。近年来，多数学者倾向于认为玻璃的抛光过程是上述几种基本过程同时作用的结果。二、机台的加工原理目前，现有抛光机台种类有：A：HSPM-0.5 B：KJ-077 C：HPD-080 D：CF-4（CF-5） E：HP-048 F：JPT15.4 G：平摆 H：LP-330由于镜片的形状不尽相同，在机台的选择上相应的也不尽相同，为此，重点就是以上机台的加工原理做一个说明，以便于在以后的工作中，对自己所操作的机台有一个全方位的了解。1. HDPM-0.5机械范围：值理论值： 330 实际加工

5、较适合值：320 R值理论值：R2R25（主要加工凸镜片）实际加工较适合值：R3R30（主要加工凸镜片）机台主要特点：单轴启动，摆弧045 机台作业要点：首先应根据所加工镜片的R值和值计算出摆弧的大小，其公式如下：/R15=N前摆角 N前摆角2=N后摆角 N前N后即为镜片的摆弧角度。 机台转速：一般选择28003000Rpm 加工时间：应根据加工镜片值大小，磨耗度高低来设定。 压力设定：该机台是采用弹簧加压方式。如加工镜片值大，磨耗度低，压力应加大，反之则减小，但必须达到作业标准书所规定的磨削量为基准，但有的镜片亚斯要求高一次性加工有一定难度修机时间长，稳定性不好，产能影响较大。也可采用先加压

6、力抛外观（两轴），将面本数控制在规定范围内，另两轴减小压力或不加压，修复光圈，将一次加工的时间分为两个时段，总的加工时间不变，但多了一个取拿镜片的动作，此外加工方式可保证品质，产能影响不大。该机种适合加工中、大型凸镜片，凹镜片也可加工但品质产能无法保证，由于是双轴连动，修复光圈时，最好将抛光模从机台内取下，到修模机修复，如果靠调整手柄来控制中高或中低时，将影响另一轴抛光模的面精度。镜片加工过程中高速旋转时抛光液注入一定要充分，抛光粉在抛光时容易堵塞皮孔和缝隙，应经常用铜刷或牙刷清洁抛光模。2. HP-048机械加工范围：值理论值：835实际加工适应值：1530R值理论值R5R75（主要加工凸镜

7、片）实际加工适应值：R15R50（主要加工凸镜片）其他原理和KJ-077相同。这里不做说明，3. HPD-080机械加工范围：值理论值：7100实际加工适应值：2070R值理论值：R5（主要是凸镜片）实际加工适应值：R20（主要是凸镜片）机台主要特点：有真空吸附，单轴启动。机台作业要点：根据加工镜片R值的不同，选择不同的曲率板，摆弧角度计算和HSPM-0.5一样。摆动速度：抛光宜控制在1速或2速。机台转速：抛光宜在10002000 rpm加工时间设定：应根据加工镜片值大小，磨耗度高低来设定。压力设定：该机台是用弹簧加压形式。 该机台适合加工中大型凸镜片，特别是加工超出077、048机台曲率半径

8、的镜片，稳定性较好，但仍存在一定的局限性，不同的R值段之间，需要不同的曲率板配合，每轴一块。成本也较高，而且机台调整个全靠电脑操作，一旦损坏，不易修复。4. CF-4（CF-5） 机械加工范围：理论值：525 实际加工适合值：1030 R值理论值：R1R50（主要是凹镜片） 实际加工较适合值：R7R40（主要是凹镜片）机台主要特点：单轴启动，弹簧与气动同时加压。机台作业要点：球芯该度设定：根据镜片R值，球芯高度可设为2540mm之间。机台转速：一般选择3000rpm加工时间设定：应根据加工镜片值大小，磨耗度高低来设定。压力设定：可根据镜片值不同，磨耗度不同选择气动加压或弹簧加压，值大的镜片可采

9、用弹簧气动同时加压，10以下的镜片可采用弹簧加压，光圈较稳定，不管采用何种方式，都一定要保证磨削量。 该机台是典型的单片球芯式研磨机，球芯摆动压力设定简便快速，加工中小凹镜片频率高。品质较稳定。5. JPT15.4 机械加工范围：值理论值：330 实际加工较适应值：725 R值理论值：R1R50（主要加工凹镜片） 实际加工较适应值：R5R70（主要加工凹镜片）机台主要特点：单轴启动，最大摆动角度60060机台作业要点：球芯位置设定：该机台出厂以设定好，当钢直尺处于72位置时，准球芯高度为30机台转速设定：主轴转速=机床面板上转速表的读数2.8加工时间社定：根据加工镜片值大小，磨耗度高低来设定。

10、压力设定：通过一次压力调节器和二次压力调节器可分别调节初始压和加工压力，根据加工镜片值大小，磨耗度高低来设定但必须达到规定的磨削量。6. 平摆机 机械加工范围：值理论值：10120 实际加工较适合值：2070 R值理论值：R0（凹凸都比较合适） 实际加工较适合值R50（凹凸都比较合适）机台主要特点：主轴可以在范围内倾斜角度，（-10前+40后）配有加热装置，可对抛光液进行加热及恒温控制，串棒调整高度。 机台转速设定：根据镜片根据镜片值大小，加工难易程度来设定。 加工时间设定：根据镜片值大小，磨耗度高低来设定，多片加工时间应加长，保证磨削量。 压力设定：根据镜片值大小，磨耗度高低，加工难易来决定

11、，该机台较适合加工中大型镜片，特别是光圈要求低的机种以及多片成盘加工机种，工作效率高。加工光圈要求高的机种，该机台稳定性差的特点就非常明显，修机时间长，效率降低。三、抛光所用辅材及治工具简介1抛光粉a. 几种常用的抛光粉的物理性能三氧化二铁氧化铈氧化锆分子式Fe2O3CeO2ZrO2外观深红色、褐红色白色、黄色白色、黄色、棕色比重5.1-5.37-7.35.7-6.2莫式硬度5-76-85.5-6.5颗粒外形近似球形多边形边缘清晰颗粒大小（m）0.2-1.00.5-40.25-0.7晶系斜方晶系立方晶系单斜晶系点阵结构刚玉点阵萤石点阵熔点1560-157026002700-2715目前使用的抛

12、光粉大多为氧化铈，所用的研磨粉型号和规格大致以下：型号粒度（um）PH值Ce02含量颜色备注ROXH-4（K）1.89.550%红褐一般硝种适用TE-1000#1.2红褐一般硝种适用HDXP-1011.090%白色软硝种适用SY-101.0黄褐软硝种适用CePOL201#2.02.5683%87%肤色研磨力较强，高效TE-506#0.8红褐软硝材适用1650#2190%以上白色硬硝材适合ZOX-N(糊状)1.01.45.5-6.5Zr0248%550/0肤色烧蚀的防止发生佳Lak,FK,SF适N-51.568黄褐一般硝种适用MP-100MOVAX-003.0965%黄棕高效率研磨力强二种适当配

13、比（约1：1） 以上研磨粉，加工了磨耗度为60的La系列硬硝材直至加工磨耗度400以上的软硝材，如使用HDXP-101抛光加工了FCD1硝材。（磨耗度410，耐水1，耐酸3 ）b. 抛光粉浓度、PH值在抛光过程中，需对抛光粉浓度、PH值等进行严格控制。（1）对研磨液的浓度以比重计测量，一般设定为1.0151.025（g/cm3），根据硝材的情况有时设定为1.0101.035。特殊情况也可能用到1.0051.050。如以重量比研磨粉：水大约为5%左右。其原则是软硝材浓度小些，硬硝材浓度适当取大一些。大约比例：磨耗度： 70120 120170 180以上比重： 1.0301.035 1.021.

14、03 1.0151.025（2） 研磨液的PH值对研磨是十分重要的，要定期检测，一般设定PH值认为偏弱酸较好，尤其对LaK,LaSF,SK,SF等硝材加工，对其PH值作业标准中应予规定。国内认为PH值5.86.5最佳。我公司消除07-0005（LaK14），022-0006（LaM66）青蛙皮烧伤等，（我公司称为印子取得了较满意的结果。目前，我们调整研磨液PH值最常用的是柠檬酸（C6H807H20）。总之，对不同硝材的镜片，应根据其化学稳定性（耐水性、耐酸性）和磨耗度，选择不同种类、不同粒度的研磨粉，并设定其浓度及PH值。2 研磨皮： 化学名称为聚氨基甲酸酯，简称聚氨酯。我们所用之研磨皮，是一

15、种具有良好微孔结构，其强度、耐磨性、耐热性均较好，其硬度和塑性适中，是一种抛光效率高，使用寿命长的研磨抛光材料。其研磨镜片表面粗糙度为0.010.04um。目前研磨皮有以下种类，根据硝材的磨耗度，从硬到软可参考按以下顺序选用研磨皮：a、LP-87 淡黄色或肤色b、LP-57 白色c、LP-26 粉红色（一般硝种多用，单片、多片均可）d、LP-66 红褐色或暗红色（多片或大镜盘多用）e、GR-35 灰色（软硝材多用）其中LP-87和LP-57一般在单片高速加工经常采用。（主轴转速在2500rpm以上）。LP-26中高速一般硝材适宜LP-66、GR-35软材低速（1500rpm以下）或多片大镜盘用

16、。 研磨皮按其厚薄尺寸又分为：0.5mm、0.8mm、1mm、1.25mm和1.5mm多种。一般单片加工采用薄的研磨皮（0.5mm或0.8mm），而大镜片或多片加工镜盘口径较大时宜采用厚的研磨皮。3 治具的标准： 内容 基准（u） 注意事项（磨砂规格） 皿色钻修皿（Lap） -0-1(负) 2000# 红钻修皿（lap） +1+2（正） 2000# 绿研磨皿治具 0 800# 治具（夹具台） 0 800#设定抛光皿曲率半径R研=Rd&,式中R为镜片曲率半径。d为抛光皮的厚度，&为粘结胶层厚度一般取0.1mm即可。抛光皿为凹时取（“+”）号，抛光皿为凸时取“-”号。加工的抛光皿曲率半径是否与设计

17、值R研有偏差，可用千分表测量环对标准R值规零，算出抛光皿的矢高h值与标准R的矢高h0值，计算出h=h0-h，实测抛光皿（经标准R值归零后）即得实际抛光皿曲率半径是否正确，做为判断依据。h=R-（R2-(D/2)2）1/24. 抛光皿的粘贴：（1）冷粘抛光皮：用日本合成树脂A-521或用日本2200接着剂粘结，粘前应先用丙酮或三氯乙烯将研磨皿台擦净，并在剪好的抛光皮上和皿上薄薄涂一层接着剂（均匀涂到全部位）。35分钟以后（已不粘手）抛光皮与皿台贴紧压实，用塑胶锤赶压和敲打，尤其注意边缘及抛光皮开缝处。（抛光皮必须开缝或打孔）。 （2）热粘抛光皮：经煤气炉加热的研磨皿台，用硬质抛光皮卷成的棒在其上

18、均匀涂一层（皿台不可过热以免粘合会焦化失效）。然后贴上抛光皮，并用合皿加压压实，后放冷水冷却。 （3）用钻修皿（Lap皿）修皿：注意调节机器的摆幅、串棒位置、压力、速度等设备参数，然后在抛光皮上画几条线，若画线全部磨掉则抛光皿已经修好，抛光修到后即可投入研磨使用。四、光圈的要求 我们加工的镜片其图面上通常都会给出面精度要求。其中包括二部份：面本数（光圈数）要求、象散光圈允差及光圈局部不规则程度。 象散光圈允差要求包括镜片表面面形的椭圆象散光圈、马鞍形象散和柱面象散等非球面形允差要求。日本用“”表示，即通常所说的“亚斯”要求，我国用N1表示。 光圈局部不规则程度包括镜片面形中高、中低、垂边和勾边

19、等要求。日本用：“”表示，我国用N2表示。 我公司一般把光圈不规则程度和象散光圈统称为“亚斯”。1 什么是光圈？ 被检查镜片表面面形与标准曲率半径的原器面形有偏差时，它们之间会形成对称的楔形空气间隙，从而产生等厚干涉条纹。在白光照射下可见到彩色光环（此时空气隙呈环形对称），这种彩色的光环称做光圈，物理光学中称为牛顿环。通过计算得出，待测镜片与标准原器面形误差造成的空气隙厚度差关系为：H=N/2-或N=（2H）/-其中N为光圈数，为所用光波长。我们通常观察光圈数（即面本数）以红色光带为准，这是因为红色光带较宽（波长范围为0.620um0.780um）清晰又明亮。如取红光C谱线的波长C=0.656

20、um，则从式N（2H）1000/0.656即N3000H-。式中H单位为mm。当空气隙厚度差H=1um（1um=0.001mm），从式N110-33000=3本。即1um相当于面本数3本。（使用红色光带观察时）可见，光圈数也可以理解为测量镜片表面与标准曲率半径原器表面间厚度差（H）的尺度，只不过这里是以/2（即二分之一波长）为单位而已。2光圈的识别与度量A、面本数的识别与度量 1)光圈的高低 光圈的高低(方向)是两个表面之间曲率半径相对误差的实际反映，正确判断光圈的高低程度，对于修改两表面之间的半径误差是非常重要的，一般常采用下列方法进行鉴别： (1)观察颜色在自光下 光圈总是在接触最密切即空

21、气隙最薄的地方首先产生。当把擦干净的凸凹样板叠放在一起，并施以向下的均匀压力后，若看到中心接触是一个暗斑，随后是一圈圈彩色光环从中心向边缘扩散(见图a)，这就说明光圈高。由于波长是自红光向紫光连次减短，所以其间隙大的地方是红光，间隙小的地方是紫光，故光圈高时，从中心向外颜色的排列顺序为， 紫 蓝 青 绿 黄 橙 红。 若光圈低，则颜色排列顺序相反(见图b)。 光圈高 光圈低 由于每条干涉带都有相当大的宽度，平稳地由极大值向极小值过渡，所以在干涉级数很多时，将发生很严重的重叠现象，因而光圈多时在一级之后不同颜色光圈将随级次增加逐渐模糊。当间隙很小时，两块玻璃表面之间各点相干光束反映到人眼的光谱相

22、对能量近似地一致，并且不大改变原来入射白光的光谱能量分布，因此肉眼观察时就全成白色了。 利用颜色的不同也可以这样识别光圈高低，假若以红色为基准，视黄色与绿色光圈的位置来判断，若黄色在红色内，绿色在红色之外，即为高光圈。若绿色在红色内，黄色在红色外则是低光圈。利用颜色的不同也可以这样识别光圈高低，假若以红色为基准，视黄色与绿色光圈的位置来判断，若黄色在红色内，绿色在红色之外，即为高光圈。若绿色在红色内，黄色在红色外则是低光圈。 (2)微压法 在生产中经常还采用一种微压方法，即从样板的两边(或三个点)同时加压或者从一边施加适当压力，以改变空气隙大小或造成空气楔后，来观察光圈的变化情况，确定光圈高低

23、。操作时要注意施力不可太大，以免产生划痕，影响测量的准确性。a 两边或三点加压 当从样板的两边或对称的三个点同时向下加压时，若光圈由中心向外扩散，变粗、减少，则是光圈高(见图a)。如果是由边缘向里收缩，变粗、减少，则表示光圈低(图b)。 b边缘微压对于平面和大曲率半径的样板当空气晾小于/2时，常采用边缘加压方法识别光圈高低。加压后，若光圈的中心朝着压点或光圈的弯曲向压点则表示光圈高(见圈a)。如果光圈的中心远离压点或弯曲背向压点则是光圈低(图b)。(3)移眼观察当观察者移动眼睛位置时，在样板不动的情况下，也可以判断光圈的高低。如图所示。当头从样板的上方向下降时，即由A向B移动或者由A向C移动斜

24、视时，如果光圈向外扩散则为光圈高，若光圈向内收缩者则是光圈低(但收缩和扩散不太明显，一般少用)。移眼观察光圈高低2）面本数（光圈数）的度量a. N1的度量在白光下按彩色光圈(或条纹)出现的周期数作为光圈N的数。如果干涉级数较多，由于干涉带的重叠结果而呈现不同干涉色，此时，就很难辨别其颜色。为便于统一计量，必须选择其中一种单色作为标准，一般说来，可以取其中任何一种颜色作为计算光圈的标准色，因红色鲜明，波段宽，在干涉级很多的情况下，也便于观察，测量时又不致造成大的误差，故通常多以红色作为计算光圈的标准色，即在表面上出现几个红色光圈，就为几道光圈(实际上按亮带计算条纹数时，由于半波损失少算了半道圈)

25、。B. N1的度量当光圈N1时，往往采用干涉带的弯曲情况，或以光斑的大小与颜色的差异来判别及估算光圈的数量。a平面及大曲率半径样板Nl的估算当光线投射到理想平面上时，如果没有空气楔存在，则其干涉条纹为一色状态，其颜色随波长不同而异。如果二者之间有夹角不大的空气楔，则在单色光照明下就会出现明暗交替的直而清晰的干涉条纹。在白光下则为彩色条纹。当其毕直规则，边缘清楚，基本上看不出什么毛病时，其误差N及N都小于005道圈。 当光线投射到非理想平面或大曲率半径样板表面上，若二者之间有不大的空气楔时其干涉条纹则是弯曲成一定程度的不完整的光圈，通常称为弧形光带，其光圈数可按下式计算(见图)： N=h/H (

26、124)式中H两条干涉带之间的宽度， h干涉带的矢高。 高光圈取 “+，低光圈取“-，以小数光圈表示。 b 较小曲率半径样板Nl的估算 对于一些较小曲率半径的球面来说，由于样板中心与边缘厚度差较大，观察时光圈变形，所以在白光下检验N1的光圈时，通常是利用整个表面上光斑的大小和颜色的差别(色彩的不同及其鲜艳程度)，即靠光的锐敏性来判读与估算面形误差大小的。3)光圈的形状 两个理想光学表面之间产生的干涉条纹是很规则的，如果两个表面之间有微小畸变，则产生的干涉条纹之形状，就呈现不规则现象(如图)，通常叫光圈的局部误差（亚斯），用N表示(以小数光圈计)。检验小曲率半径样板的N时，如上所述，系看色斑的大

27、小与其规则程度来估算，而检验大曲率半径或平面样板的N时，多将光圈拉成光带(一般为三条，最好有一条通过中心，精度高时也可拉成一条带)，以便观察判断，光圈局部误差可按下式计算： 一般局部误差N=h/H 式中h光带不规则程度 H两光带间宽度。 当N1时，其N也可用观察光圈或光斑的不圆度及颜色的不均匀性来判别，此时须凭经验估计。对于象散性局部误差，则是以x轴和y轴(见图12-10 6)方向的光圈数N的差值来表示的即： N=Nx-Ny 像散性局部误差C. 当原器有补负（或补正时）镜片面本数的计算：设原器补负（正）面本数为N补；用此原器检镜片面本数为N检；则镜片实际面本数 N=N检-N补。例（1）：若原器

28、补负2本，检镜片面本数为-5，求镜片实际面本数。解：由N补=-2（本），N检=-5本，则从上式得 N=-5-（-2）=-5+2=-3（本），即镜片实际面本数为-3本。例（2）：若原器补正2本，用此原器检镜片为-3本，求镜片实际面本数。解：由N补=2（本），N检=-3（本），则从上式得 N=-3-2=-5（本），即镜片实际面本数为-5本。D. 用外径小的原器检查外径大的镜片面本数的计算：1为镜片的外径；N1镜为实际面本数；2为原器的外径； N2原为用小直径的原器检查镜片时的面本数。则有： N1/12= N2/22例：若镜片直径为1=20mm，原器直径为2=10mm。用此原器检查镜片面本数为N2=

29、-4本，从式上中得N1 =（-4）（202/102）=（-4）4=-16（本）即镜片实际面本数为-16本。3 原器检面注意事项（1）原器与被检镜片接触需按照“压而不推、推而不压”的原则进行。（2）原器和镜片必须擦拭干净，如镜片和原器间有脏点，干涉条纹会很细，此时判断面本数不准。（3）检查面本数应垂直观察，否则判断的面本数不准。（4）由于硝材的热胀冷缩，原器检面（特别是较大镜片）请注意环境温度的变化，如刚刚抛光完之镜片立即检面与恒温后检面面本数会有变化，应以恒温后的面本数为准。（5）对较大镜片尤其是超薄镜片检面时不得用力压原器，否则镜片产生弹性形变，观察的面本数不准。（6）原器检面时，如原器使用

30、时间较久，由于磨耗易产生垂边五、抛光工序加工流程图流程说明：（1）治工具房受领之工装，依作业标准书之规定选择相应机台、辅材切入该机种。（2）精磨完品依比例抽检并记录于-组来料抽检记录表NG率超出30/0，则退回精磨全检。（3）抽检OK品，抛光组进行机台调试加工，并检查加工出第一片镜片外观、光圈是否符合作业标准书之规定。OK则可正常批量生产，NG则对各项加工条件再确认或对机台重新调试（修模）。（4）正常生产情况下依作业标准书检查频率点检各项是否符合要求，并填写抛光液浓度管理卡内部品质检查报告。（5）加工好一盘或一篮时，确认光圈，外观是否符合作业标准书之要求，OK则填写抛光品质跟踪检查单，送入次工序并填写光学零件流转交接单，NG则依轴往前追溯到完全OK为止，NG品再次返修检验。（6）依技术部