1.1 光學零件制造工藝的特點及一般過程
制作光學零件的常見材料有三大類，即光學玻璃、光學晶體和光學塑料，其中以光學玻璃，特別是無色光學玻璃的使用量大。雖然光學零件的加工按行業(yè)劃分歸入機械加工一類，但由于加工對象的材料性質(zhì)和加工精度要求顯著地不同于金屬材料，因而加工工藝上也完全不同于金屬工藝而具有特殊性。
1.1.1 光學零件的加工精度及其表示
光學零件屬于高精度零件。平面零件的加工精度主要有角度和平面面形；球面零件的加工精度要求主要有曲率半徑和球面面形。高精度棱鏡的角誤差要求達到秒級。高精度平面面形精度可達到幾十分之一到幾百分之一波長。平面零件的平面性和球面零件的球面性統(tǒng)一稱為面形要求。光學車間一般用干涉法計量，用樣板疊合觀察等厚干涉條紋（俗稱看光圈）。表示面形誤差的光圈數(shù)符號是N，不規(guī)則性（或稱局部誤差）符號是△N。除面形精度外，光學零件表面還要有粗糙度要求。光學加工中各工序的表面粗糙度如表6-1所示。光學零件拋光表面粗糙度用微觀不平十點高度表示為R2=0.025um，用輪廓算術平均偏差表示為R2=0.025um，用符號表示則為0.008，在此基礎上，還有表面疵病要求，即對表面亮絲、擦痕、麻點的限制。
1.1.2 光學零件加工的一般工藝過程及特點
光學零件加工的工藝過程隨加工方式不同而異。光學零件的加工方式主要有兩類：傳統(tǒng)（古典）加工工藝和機械化加工工藝，這里我們只介紹傳統(tǒng)加工工藝。
傳統(tǒng)工藝的特點主要有：
（1）使用散粒磨料及通用機床，以輪廓成形法對光學玻璃進行研磨加工。操作中以松香柏油粘結膠為主進行粘結上盤。先用金剛砂對零件進行粗磨與精磨，然后使用松香柏油拋光模與拋光粉（主要是氧化鈰）對零件進行拋光加工。影響工藝的因素多而易變，加工精度可變性也大，通常是幾個波長數(shù)量級。高精度者可達幾百分之一波長數(shù)量級。
（2）手工操作量大，工序多，操作人員技術要求高。對機床精度，工夾磨具要求不那么苛刻，適于多品種，小批量、精度變化大的加工工藝采用。
傳統(tǒng)加工工藝過程，以一個透鏡為例，先后依次經(jīng)過以下一些工序：
1、毛坯加工。包括按光學零件圖選擇合適的塊料，切割整平、劃分、膠條、滾圓開球面。開球面是單件進行的。
2、粗磨加工。使表面粗糙度及球面半徑符合細磨要求。傳統(tǒng)工藝中粗磨是單件進行的。一般采用傳統(tǒng)工藝加工的工廠中，粗磨車間往往包括毛坯加工。
3、上盤：粗磨之后，經(jīng)清洗，將一個個透鏡毛坯按同半徑組合成盤。即依靠粘結膠把分散的透鏡固定在球形粘結膜上，應注意的是成盤時要使每一個透鏡毛坯的被加工面都處于同一半徑的球面上。
4、細磨拋光工序。在加工第一表面時，細磨到拋光過程中一般是不需拆盤的，即一次一盤完成。操作中，先使用粒度依次變細的三至四道金鋼砂將被加工面研磨到拋光要求的表面粗糙度，然后清洗，進行拋光。拋光是用一定半徑的拋光模加拋光粉進行。一面加工完畢后，涂上保護膜，翻面再進行上盤。細磨拋光加工第二表面。
5、定心磨邊工序。透鏡加工過程中會出現(xiàn)光軸和定位軸偏離（稱為偏心）。定心磨邊的任務是消除偏心，并使側(cè)圓柱面徑向尺寸達到裝配要求。傳統(tǒng)工藝的磨邊常在光學定心磨邊機上進行。
6、鍍膜工序，對表面有透光要求的透鏡，要加鍍增透膜。球面反射鏡要鍍反射膜。有的還要鍍其它性質(zhì)的薄膜，依使用要求由設計決定。
7、膠合工序。對成象質(zhì)量要求較高的鏡頭，往往采用幾塊透鏡膠合而成。膠合應在鍍膜以后進行。
以上這些工藝過程可簡略表示如下：
選料——切割——整平——膠條——滾圓——開球面——粗磨球面——上盤——細磨——拋光——下盤；第二面上盤——細磨——拋光——下盤——定心磨邊——鍍膜
1.2 光學工藝安全操作知識
光學加工由于精度高，加工對象特殊，必須在專門的光學車間內(nèi)進行。因此，除了遵守一般的機械加工規(guī)則外，還必須遵守光學加工所特有的安全操作要求。
1.2.1 激埃特光學車間的特點
在光學零件加工過程中，大多數(shù)工序?qū)囟取穸?、塵埃、振動、光照等環(huán)境因素是敏感的，特別是高精度零件和特殊零件的加工尤其如此。因此，光學車間都是封閉形，并要求恒溫、恒濕、限制空氣流動、人工采光，防塵。
1、溫度對光學工藝的影響
恒溫是光學車間一個明顯特點之一。這里包括恒溫溫度及波動范圍兩個問題。光學車間各工作場所由于要求不同，對恒溫溫度及其波動范圍的要求是各不相同的。
（1）溫度對拋光效率與質(zhì)量的影響
由于拋光過程中存在的化學作用隨溫度升高而加劇，因而升溫會提高拋光效率。但由于古典工藝中采用的拋光模制模用膠、粘結膠等主要由松香和瀝青按一定配比制成，一定的配比只在一定的溫度下使用。而且它們對溫度的變化較為敏感，溫度過低，拋光模具與零件吻合性不好；溫度過高，拋光模具拋光工作面變形。這兩者將使加工零件的精度難以保證，具體表現(xiàn)在光圈難以控制和修改。實踐得出：拋光間的溫度一般應控制在22℃±2℃為宜。
（2）檢驗對室溫的要求
溫度的波動直接影響檢驗精度。一方面因為精密光學儀器對溫度的波動很敏感；另一方面被檢零件不恒溫時，檢具和零件間有溫差會直接影響讀數(shù)精度。所以，檢驗室必須恒溫，并且也應控制在22℃±2℃范圍內(nèi)。
2、濕度對光學工藝的影響
在光學零件加工過程中，凡要求恒溫或空調(diào)的地方，均因控制濕度所需。因為，水份蒸發(fā)速度直接影響濕度恒定狀態(tài)。濕度過低，易起灰塵，零件表表清擦時也易產(chǎn)生靜電而吸附灰塵，影響其光潔度。特殊零件如晶體零件的加工以及光膠工藝等，對濕度的要求尤為嚴格。光學加工過程中室內(nèi)溫度一般應控制在60%左右。
3、防塵
由于光學零件對表面質(zhì)量即表面光潔度和表面疵病有極高的要求，所以光學車間的防塵問題也特別突出?；覊m在拋光時會使零件表面產(chǎn)生道子、劃痕、亮絲；在鍍膜時，會使膜層出現(xiàn)針孔、斑點、灰霧；在刻劃時會引起刻線位置誤差、斷線等。
灰塵來源主要有：外間空氣帶入；由工作人員衣物上落下（粒徑一般在l一5μm左右，直徑小于1μm的灰塵，往往不能依靠自重降落，而長時間懸浮于空氣中，影響產(chǎn)品質(zhì)量）；
不潔凈的材料、輔料、工夾具等帶入；生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的灰塵（光學車間的凈化條件，若按室內(nèi)含塵的重量濃度要求，應控制在毫克／米3的數(shù)量級。膠合室的要求更嚴,一般以顆粒濃度作為要求，達到粒數(shù)／升的數(shù)量級）。
1.2.2 光學生產(chǎn)安全操作規(guī)則
由于光學車間的特殊性和光學零件加工的高精度要求，學生進入光學車間實習時，必須遵守以下安全技術及操作規(guī)則：
1、進入光學車間，特別是進入細磨、拋光、檢驗、磨邊、膠合、鍍膜、刻劃等工作間時，應穿白色工作服，戴工作帽，穿專用鞋子或干凈拖鞋，以防止將室外灰塵帶入光學車間；
2、在操作過程中禁止用手指直接觸摸光學表面，需要拿起光學零件時，手指也只能接觸光學零件的側(cè)面或非工作面。因為手指上留有汗?jié)n、各種有機酸、鹽類等對光學表面有害物質(zhì)，它們往往會使光學零件表面受到侵蝕。如果不小心觸摸后，必須立即用脫脂紗布或脫脂棉花蘸上酒精、乙醚混合液擦拭干凈；
3、為保持光學車間的恒溫條件，不能在一個工作場所聚集過量人員，致使周圍氣溫上升。門窗也不能隨意打開；
4、開機前，須先檢查機床設備、工夾具是否完好。發(fā)現(xiàn)電機有異?，F(xiàn)象或其它機械毛病時，應立即拉開電閘或停機檢查。安裝、拆卸零件和夾具時，機床主軸必須完全停止轉(zhuǎn)動；
5、為了清洗光學零件和其它工作需要，光學車間常常使用或臨時存放多種易燃物質(zhì)，如溶劑汽油、無水酒精、乙醚等。因此光學車間必須嚴格注意防火，加熱設備必須遠離上述物質(zhì)。為了防火，同時也為了空氣衛(wèi)生，光學車間內(nèi)嚴格禁止吸煙；
6、在加工過程中，粗砂禁止帶入細砂，細砂禁止帶入拋光區(qū)，因此在換砂以后，在磨砂完畢進入拋光前，必須對工件、工夾具、工作臺等進行徹底清洗，以防砂子帶入使工件表面出劃痕、亮絲，破壞光潔度；
7、在上盤、下盤，或其它需要加熱光學零件情況時，不可使零件急熱急冷。加熱時應注意零件升高的溫度必須控制在材料的退火溫度以下。由于電爐表面溫度已接近或超過許多材料的退火溫度，所以不能將光學零件直接放置在電爐盤上加熱，必須墊上襯墊；
8、在未了解實習所用機床及儀器設備的操作規(guī)范前，不允許擅自開動機床，試看試用有關的儀器設備。也不允許操作不在實習范圍內(nèi)的儀器與設備，以免造成損壞和人身不安全事故。
1.3 光學零件和光學零件圖
光學零件是光學制造最后完成的目標，光學零件圖是加工和檢驗的依據(jù)，所以在加工之前必須熟悉光學零件圖及相應的技術指標、符號、尺寸等的含義。
1.3.1光學零件及有關術語、符號
光學工藝使用的圖紙，通常有光學零件圖、膠合部件圖、工序圖(毛坯圖、粗磨圖、拋光圖等)．其中光學零件圖規(guī)定了加工時所必須的全部資料，包括外形尺寸，材料、技術要求及其它需說明的各項內(nèi)容如圖(1—11)、圖(1—12)、圖(1—13)所示。其它工藝圖紙均按光學零件圖畫出，標注各工序完工后的尺寸和檢驗要求。
繪制光學零件工藝圖樣的一般原則是：光學零件的光軸用點劃線表示，一般水平放置，光線方向應自左向右，零件一般對稱于光軸放置，圓零件只畫出沿光軸剖開的剖面圖。
圖紙左上角的表格依次列出對玻璃的要求和對零件的加工要求，包括面形精度，表面質(zhì)量等．零件的外形尺寸，有關技術要求在圖上注明或在圖紙下方用文字或符號注明。
常用符號、術語說明如下：
N 光圈數(shù)符號。表示被檢的零件表面和樣板標準表面曲率半徑偏差時產(chǎn)生的干涉條紋數(shù)(通稱光圈)數(shù)目；
ΔN 光圈局部誤差符號，表示表面形狀的局部誤差；
ΔR 樣板精度等級符號．即樣板曲率半徑實際值對名義值的偏差量符號；
B(P) 光學零件表面疵病符號，也稱為光潔度。光學零件工作表面的粗糙度一般都要求達到R1=0．025μm，舊標準為V14。在此基礎上還需限制表面上存在的亮絲、擦痕、麻點，應與機械加工中的光潔度概念區(qū)分開。
C(X) 透鏡偏心差符號，亦稱透鏡的中心偏差符號。用透鏡表面的球心對透鏡定位軸的偏離量表示；
π 尖塔差符號。表示反射棱鏡的棱向誤差；
θ 平行差符號。玻璃平板兩表面間的不平行度；
S 屋脊棱鏡雙角差符號。屋脊棱鏡屋脊角有偏差時造成的雙象差的程度；
d 透鏡中心厚度；
φ 透鏡的口徑；
鍍膜符號：④為增透膜， ②為增反鏡；
Δnd 玻璃材料折射率允許誤差，包括對標準值的允差和同一批玻璃中的一致性允差。
Δ(nF—nC) 色散允差，與Δnd一樣同樣包括二項
光學均勻性：玻璃內(nèi)因折射率漸變造成的不均勻程度，影響零件的鑒別率，以鑒別率表示；雙折射：玻璃存在應力時呈現(xiàn)各向異性，產(chǎn)生雙折射現(xiàn)象，以雙折射光程差表示；紋：玻璃中的化學不均勻區(qū)，因折射率不同于主體而出現(xiàn)絲狀或?qū)訝畹拇貌?，塊料玻璃有從三個方向檢查的，也有二個或者一個方向檢驗的；氣泡：玻璃體內(nèi)殘留氣泡程度，有大小與個數(shù)兩項指標。
1.4 光學零件的加工余量
1.4.1 加工余量的基本概念
在光學零件加工過程中，為了從玻璃毛坯獲得所需要零件的形狀、尺寸，表面必須預留一定量的玻璃層，這一定量的玻璃層就稱為加工余量。加工余量的正確給出是十分重要的，如果給出的余量小，則加工不出符合技術要求的零件；如果余量太大，又會造成材料與工時的浪費。
根據(jù)光學零件加工工序，零件的加工余量分為：鋸切余量、整平余量、滾圓余量、粗磨余量、細磨及拋光余量、定中心磨邊余量；在每一工序之后給下一道工序留下的余量稱為中間工序的余量；由加工中各個中間工序的余量所組成的余量總和稱為總加工余量；鑒于各工序的加工特點不同，需要很好地研究如何合理地規(guī)定各道工序的加工余量。
1.4.2 確定加工余量的原則
光學零件的絕大部分余量都是借助于散粒磨料或固著磨料磨除去的。在研磨過程中，磨料對玻璃表面施加壓力，形成一定的破壞層，往后的細磨、拋光等各道工序就是要除去這一破壞層，使玻璃表面形成符合要求的光學表面。因此，確定加工余量的原則應該是每道工序中除去的余量等于上一道工序產(chǎn)生的破壞層深度Fn-1，與本道工序產(chǎn)生的破壞層深度之差．玻璃經(jīng)過第一道砂粗磨后，表面產(chǎn)生凹凸層hc和破壞層Fc，破壞層最深處以AA’表示；當?shù)诙郎按帜r，產(chǎn)生凹凸層h1和破壞層F1，而破壞層深度應與AA’線重合，而其加工余量應為圖中的△1，顯然△1等于Fc與F1之差。以后各道磨料的研磨加工余量均可類推，最后一道磨料的精磨所產(chǎn)生的h與F都己相當細微，因此，應該使最后一道磨料中的F略微超出AA線。然后通過拋光除去殘余的相當微細的破壞層。
必須指出：根據(jù)上述原則計算的余量只是理論值，實際上還應該結合加工的具體情況給予適當?shù)胤糯蟆?br />
1.4.3各工序余量的確定
1、鋸切余量與公差
鋸切余量與鋸片的側(cè)向振動、鋸片厚度、鋸切深度等因素有關，可按表1—1選取。
表1—1鋸切余量
鋸切深度
（mm） 散粒磨料鋸切余量mm 金剛石鋸片鋸切余量mm
鋸片厚度1mm 鋸片厚度2mm 鋸片厚度1mm 鋸片厚度2mm
〈10
10～65
〉65 1.5
2.0
2.5 3.0
3.2
3.6 1.5
1.8
2.2 2.5
2.7
3.0
鋸切的尺寸公差取±0.2～0.5mm。
2、整平余量
整平時，磨去玻璃層的厚度，決定于毛坯玻璃的厚度，表面不平程度及其它表面疵病大小，一般加工中單面整平余量取0.2～0.6mm；
3、磨外圓加工余量與公差
磨外圓余量是指將整平后的方料，按其邊長磨到圓直徑之間的磨去量，根據(jù)磨外圓的加工機床與零件尺寸不同，可按表1-2確定，磨外圓公差可按表1-3確定。
表1-2磨外圓余量
零件直徑mm 加工種類
〈7 無心磨床 0.4～0.6
7～40 手搓滾圓
外圓磨床
改裝車床 1.5～2.0
1.5～2.0
2.0～2.5
〉40 外圓磨床
改裝車床 2.0～3.0
2.5～4.0
表1—3 磨外圓公差
加工方法 外圓公差mm 不同柱度mm
無心磨床
手搓滾圓
外圓磨床
改裝車床 0.05
0.10
0.05~0.10
0.10~0.20 0.01
0.01~0.10
0.05
0.10
4、研磨、拋光余量與公差
研磨的余量與被加工零件開關和尺寸、毛坯的種類、機床精度等因素有關。拋光余量十分微小，它與精磨余量一起給出。
（1）用散粒磨料研磨時，粗磨余量參考表1-4：
表1-4 散粒磨料粗磨余量
零件 毛坯種類 加工面形狀 透鏡直徑或長方形零件邊長（mm）
單面余量
0~25 25~40 40~65 〉65
1 2 1 2 1 2 1 2
透鏡 球面型料 凸面和凹面 0.2 0.3 0.3 0.4 0.4 0.6 0.6 0.6
塊料 凸面 0 0 0 0
凹面 h h h h
平面鏡 平面型料 平面 0.2 0.4 0.3 0.5 0.4 0.6 0.6 0.9
棱鏡 型料和鋸料 平面 0.5 0.5 0.6 0.6 0.7 0.7 0.9 0.9
（2）用固著磨料研磨時，粗磨銑切余量參考表1—5，對于棱鏡，考慮到修磨角度，余量應當增大。
表1—5 固著磨料粗磨余量
種類 零件直徑
直徑 直徑
單面余量（mm）
雙凸透鏡 0.15 0.20
平凸透鏡 0.075 0.10
雙凹透鏡 有平臺 1 0
無平臺 0.1 0.15
平凹透鏡 0.05 0.075
（3）精磨拋光余量及公差
精磨和拋光的余量：一般采用的數(shù)據(jù)為，零件直徑≤10mm時，單面余量取0.15~0.20mm，零件直徑>10mm時，單面余量取0.20~0.25mm。
高速精磨余量一般取0.1mm。
3、定心磨邊余量
凹透鏡的定心磨邊余量參考表1—6選取。對于凸透鏡當其直徑與凹透鏡尺寸相同時，可選取比表1—6低一級的余量。
表1—6 凹透鏡定心磨邊余量
透鏡直徑（mm） 1.5~2.5 2.5~4 4~6 6~10 10~15 15~25 25~65 65~100 >100
加工余量（mm） 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.5 2.0 2.5 3
1.4.4 光學零件毛坯尺寸的計算
各工序的加工余量確定之后，就可計算出毛坯的尺寸。
1、透鏡的毛坯尺寸計算
對于雙凸透鏡可按下式計算：
t=t0+2(p1+p2)
對于凹凸透鏡可按下式計算：
t=t0+2(p1+p2)＋h
對于雙凹透鏡可按下式計算：
t=t0+2(p1+p2)+h1+h2
式中：t——毛坯的厚度；
t0——透鏡的中心厚度；
p1——精磨拋光余量（單面）；
p2——粗磨余量（單面）；
h1、h2――凹面的矢高。
2、棱鏡的毛坯尺寸計算
棱鏡的種類雖多種多樣，但都可認為是若干個三棱鏡的組合，所以只需分析三棱鏡毛坯尺寸的計算。
第二章 光學零件制造工藝實習
2.1光學零件的粗磨成型工藝
2.1.1粗磨及其要求
1、什么是粗磨
將玻璃加工成透明的光學表面，無論采用傳統(tǒng)工藝還是機械化工藝，均需要經(jīng)過三大基本工序：即粗磨、細磨(精磨)、拋光。
粗磨是將玻璃塊料或型料毛坯加工成具有一定幾何形狀、尺寸精度和表面粗糙度的工件的工序。按國內(nèi)一般情況，粗磨工序是包括毛坯加工分工序的，而狹義的粗磨是僅指在已基本成型的毛坯上研磨表面，使其表面形狀(如球面半徑)和表面粗糙度滿足下一步上盤細磨要求的那一部分工作。這里所述粗磨則指較廣的范圍，即從由塊料加工毛坯開始，因此它所包含的分工序相應地要比成型毛坯的多一些。
2、粗磨的要求
粗磨的要求是隨零件的種類不同而不同的。
對于球面零件，粗磨加工的要求是：一定的曲率半徑、中心厚度、中心偏不超過某一范圍；完工后的表面粗糙度要求達到3.2(R1＝3.2μm)相當于舊標準光潔度等級為V5；對于平面零件，粗磨加工的要求是：一定的角度、厚度、外形尺寸；完工后的表面粗磨度一般應比球面零件的要求高一些。
二、粗磨工藝的機床、設備與輔料
傳統(tǒng)工藝用機床采用散粒磨粒加工，主要種類有：
(1)割料機：主要結構為一高速旋轉(zhuǎn)的鐵片圓盤，下置一個砂桶，用手推動玻璃進行鋸割，俗稱泥鋸；
（2）粗磨機：該機床由一電機通過皮帶驅(qū)動主軸轉(zhuǎn)動，主軸上端裝有平?；蚯蚰＃鬏S轉(zhuǎn)速可以利用塔軋變速，研磨時可根據(jù)工件加工余量的大小，向平?；蚯蚰Ｌ砑硬煌６鹊哪チ吓c水的混合物。玻璃的磨除量和表面凹凸層與磨料粒度、磨料種類、磨料供給量、機床轉(zhuǎn)速及壓力等因素有關。該機只有一個主軸，故又稱單軸機，若有兩個主軸則稱粗磨二軸機。
三、粗磨量具
根據(jù)粗磨精度情況，量具使用范圍如下：
(1) 鋼尺：用于劃線、切料、核料、測量；
(2) 分厘卡：0—25mm規(guī)格，用于凸透鏡中心厚度測量；25mm以下的外圓及棱鏡尺寸測量；加裝測量頭還可測量凹透鏡的中心厚度；25～50mm規(guī)格，用于25—50內(nèi)各種外圓尺寸、棱鏡尺寸測量；
(3) 游標卡尺：用于零件直徑、長度、高度、內(nèi)徑等大于50mm的尺寸測量；
(4) 百分表：測量零件深度、平行度、凹透鏡中心厚度；
(5)角尺：包括直角尺、調(diào)整角尺（角規(guī)）、萬能角尺，用于測量零件角度，是棱鏡加工的必備量具；
(6)刀口尺：用于檢驗平面零件的平面性；
以上量具校正時應用三級塊規(guī)。
四、粗磨磨料
粗磨磨料最常用的是金剛砂，其主要成份為Al2O3、SiO2、Fe2O3等，系天然礦物產(chǎn)品。
磨料生產(chǎn)中，對于粗細不同的磨料是用其粒度來表示的。按國家標準規(guī)定，對用篩選法獲得的磨料粒度號用一英寸長度上的篩孔數(shù)目命名，如60、80、120、280。號數(shù)越大，磨料越細；較細的磨料用水選法分級，以實際尺寸命名粒度號。如W。、W20、Wo等，號數(shù)越大，磨料越粗。由于各種粒度的磨料實際上是一群粒徑在一定范圍內(nèi)的混合體，因此，對磨料的質(zhì)量還要求要有一定的粒度均勻性。
五、粘結材料
用于粘結零件，是一種零件粘結和裝夾輔助材料，常用的有柏油和松香。
按一定比例配合熬制成的火漆、松香和黃蠟配制的粘結膠等，其主要指標是針入度和軟化點。軟化點越高，針入度越小，膠則越硬．對于粘結膠，軟化點約為上盤溫度，而適宜使用的室內(nèi)溫度則應低于此值，粘結膠軟化點應大于80℃。
2.1.2 粗磨磨具
粗磨磨具包括加工用的研磨模、倒角模和裝夾粘結用的粘結模。加工模具又稱工具，多用鑄鐵制造；粘結模又稱夾具，常用鋁合金或鑄鋁制成，按其外形可分為球面和平面兩類，各種球面模具的主要差別在于球面半徑精度和模具的矢高，不同模具原則上不能通用。平面模具主要指標是其口徑大小，通用性較大。
一、球面零件的粗磨
A、球面零件粗磨工藝過程
球面零件粗磨工藝過程根據(jù)所用毛坯的類型及加工方式的不同而不同。
1、塊料毛坯：傳統(tǒng)工藝下的球面零件粗磨工藝過程，可由下列工序構成：
(1) 鋸料(切割)：按零件毛坯尺寸進行鋸切；
(2) 整平：磨去鋸切時留下的不平痕跡；
(3) 切片(或割方)：按零件直徑毛坯尺寸切片割方；
(4) 膠條：按零件厚度方向膠成長條；
(5) 滾圓：用手工方法將膠條磨去棱角再滾磨成圓柱，或裝在專用機床上直接按尺寸要求磨外圓；
(6) 拆膠、清洗：膠條拆開獲得若干單個圓形玻璃片；
(7) 磨球面(俗稱開R)：將圓片平表面按圖紙要求磨成球面；
(8) 倒角：磨去鋒利的邊緣；
(9) 清洗送檢。
2、型料毛坯：型料毛坯一般是已具有圓片形狀的玻璃料或是熱壓成型的球面玻璃料兩種，對于型料毛坯一般是采用機械化工藝加工，其工序過程有：
(1)型料檢驗 型料是一定質(zhì)量的光學玻璃經(jīng)熱加工后的產(chǎn)品，其理化性質(zhì)常有改變，因此用料時,一定要按圖紙要求逐項檢驗，合格方可使用；
(2)上盤 將型料上剛性盤裝夾
(3)銑磨球面 用金剛石磨輪在銑磨機上進行銑削形成球面；
(4)粗磨修整 這一工序主要用于部分機械化工藝中，即成盤銑磨好的球面零件，下盤后要單只粗磨修整并倒角，方能送古典式細磨工序加工。
B、主要工序操作方法
1、鋸料(切割)：鋸料的目的是將大塊料鋸切成小塊或片狀，以利下道工序加工。可按以下步驟完成。
(1)選料：根據(jù)圖紙上對材料提出的各項指標要求，認真細致地選擇，不可出錯，稍有差錯，加王后即成廢品，既費工又費料，因為以后各道工序一般不再檢查，也很難檢查。
(2)劃線：劃線的尺寸是圖紙上零件要求的名義尺寸，總的加工余量與鋸縫寬度三部分之和。
雙凸透鏡劃線尺寸計算：
厚度劃線尺寸：6(圖紙上名義尺寸)+0.3(細磨拋光余量)+0.2(粗磨余量)＋1(整干余量)+2(鋸縫寬度)=8.5。式中：單位是毫米（mm）；
直徑劃線尺寸：30(圖上名義尺寸)+1.5(磨邊余量)+1(滾圓余量)+1(磨方余量)+2(鋸縫寬度)=35.5 。
(3)鋸切：在泥鋸上鋸切；先檢查機床是否正常，砂桶內(nèi)有無合適的砂漿，工作臺是否可靠。然后開動機床，手持玻璃沿靠板緩緩推進切割；對較薄的玻璃塊，為防止最后崩邊可預先膠上一塊保護玻璃再行切割。
若在金剛石鋸片切割機上切割，先按操作說明書檢查機床是否正常，鋸片裝夾是否緊固，冷卻液是否流通。然后裝夾玻璃，調(diào)整好位置，開動電機自動切割。
(4)鋸切操作注意事項
a、鋸片不平直時：應先調(diào)整平直，軸上安裝要正確、可靠；
b、進料時，應對準鋸縫，鋸片和玻璃接觸線不應過長，并應從玻璃邊緣開始切割；
c、用手握住玻璃時，不應有上下與左右方向的跳動，切割開始與結束時用力要輕，以防崩邊；
d、鋸大的玻璃塊料時，切到中間應調(diào)轉(zhuǎn)180o再切；
e、鋸下的余料，必須即時重新打印或者用玻璃鉛筆寫上原來的牌號及有關質(zhì)量指標，以防止以后不可辨認而成為廢料。
2、整平：整平的目的是磨平鋸切時留下的不平痕跡及破口，以保證零件平行度，控制尺寸，提高表面光潔度。也有手工整平與機械整平兩種方法。
(1) 手工整平方法 手握工件，使其在鑄鐵研磨盤上沿橢圓形路線運動，運動方向應與磨盤轉(zhuǎn)動方向相反，同時加砂加水，研磨時需要多磨的地方應加大壓力，如在凸出部、形塊的厚端部或者讓需要多磨的部位在磨盤的邊緣部分停留的時間較長些；
(2) 機械整平 用平面磨床進行磨平，或者用銑磨機床銑平，一般是多塊成盤加工；
(3) 整平操作注意事項
手工整平時，要防止在工件上加壓不勻造成工件表面成凸起的弧形，正確的加壓方法是使工件始終貼緊磨盤表面運動，同時不可一次加壓過劇，應從厚到薄逐漸過渡。
3、劃方：劃方是傳統(tǒng)工藝中，加工小尺寸球面零件時常見的工序方法。對于較薄(<
10mm)的整平毛坯，不用鋸切方法而是用金剛石玻璃刀劃方，使用金剛石玻璃刀劃方的要
點如下：
(1) 選擇號數(shù)合適的金剛石刀、玻璃厚時，相應的金剛石刀的號數(shù)要大；
(2) 走刀時，切削刀刃加力要合適(約2kg)應與玻璃表面成一定傾角，走刀過程中不能
停頓斷線；
(3) 劃痕不能重復，交叉；
(4) 工作臺面要平，玻璃較厚時，刀路上應涂上煤油，d>lOmm時，劃后用小錘輕輕敲擊劃痕背面，使之開裂。
3、磨球面（開R）
這是球面光學零件的第一次成形加工。磨球面工藝的要求除加工出符合粗磨圖紙上規(guī)定的球面半徑值外，還應該控制偏心差，并使加工面具有一定的粗糙度。同樣，磨球面也有手工與機械兩種方法。
（1）手工法磨球面 用手工法磨球面指用散粒磨料單件手工粗磨球面的方法。
①研磨盤以速度w1作逆時針方向轉(zhuǎn)動，工件用手指按住(較小的工件可以用一木棒粘上)沿磨盤表面上下移動。為防止產(chǎn)生較大偏心差，工件還要依靠大拇指的推動，不斷圍繞自身軸線以速度w2轉(zhuǎn)動；
②粗磨球面一般要用從粗到細的三道磨料加工，每一號磨料應有相應曲率半徑的粗磨球模，第一道磨料要根據(jù)單件矢高的大小，選擇不同的粒度(矢高大于1毫米時用粒度180#磨料；矢高為0.4~l毫米時用200～180#磨料，矢高小于0.4毫米的，用小于200#的磨料)；第二道選用280#磨料，第三道選用W40。(或W2a)磨料；
③為控制偏心和檢驗厚度，磨完第一道磨料后應留出具一定尺寸的檢驗環(huán)(凹球面)和檢驗 點(凸球面)用觀察檢驗環(huán)是否對徑等寬分布，檢驗點是否位于中心來判斷偏心的程度。磨完第二道磨料的中心厚度大于粗磨完工尺寸約0.1毫米，第三道磨料則磨到粗磨完工尺寸。
2.1.3 平面零件的粗磨
一、平面零件的粗磨
對于具有一個側(cè)圓柱面的一般平面零件，如分劃板、度盤、平面平晶，平行平晶等，傳統(tǒng)工藝的工藝過程類似于球面零件的粗磨工序，不同之處是無需磨制球面；平面零件粗磨表面質(zhì)量比球面的要求高，應比球面零件多磨一道細一號的砂，同時要修改兩表面的平行性。
用散粒磨料粗磨平面時，第一道砂根據(jù)工件的加工余量的不同，選用不同的粒度。用粒度小于180#的砂研磨后，厚度余量應比粗磨完工尺寸至少大0.5毫米；用180#砂研磨后留余量0.3毫米以上；用240#砂磨后留余量0.25毫米以上；用280#砂磨后留余量0.1毫米；
最后用W40(或W2s)砂磨到粗磨完工尺寸，粗磨完工的工件表面以中間略凹些為好。
粗磨時檢驗工件和平模的平面性用刀口平尺，根據(jù)平尺刃口下是否漏光的情況來判斷面形。檢驗前應將表面擦凈。平尺放到工件上后不要來回拖動，以免使平尺刃口很快被磨損。
1、散粒磨料多片加工
工件尺寸小于150mm時，可采用多片成盤加工工藝。具體操作過程是：將粘盤加熱，用
石蠟或松香蠟將平面工件上盤，粘盤中心要凹；
2、散粒磨料單件加工
工件尺寸大于150mm時，應用小平模粘結單件加工，如外圓較規(guī)則，可不必粘結,裝在套模內(nèi)加工即可。
2.2 光學零件的細磨(精磨)工藝
一、細磨工藝及其要求
粗磨完工的零件表面是比較粗糙的，其幾何形狀也與圖紙要求差距較大，還不能用來進 行拋光加工，為此，零件的粗磨工序完工之后還必須設置細磨工序。其目的有兩個，一是通過細磨工序?qū)⒘慵谋砻娲植诙忍岣叩?.8(R1=0.8μm)左右，相當于舊標準光潔度等級V 7；二是使零件幾何形狀更加精確，面形更為完善。所以細磨是粗磨與拋光之間的一道中間工序，也是不可少的基本工序。
鑒于以上原因，細磨工藝過程并無嚴格的界限，通常是指從280#或320#到W1、W10等，粒度的散粒磨料的加工。有的地方，特別是采用金剛石丸片加工的機械化工藝場合，通常把 粗磨與拋光中間的工序叫精磨工序。其作用與要求與上述細磨相同。為便于區(qū)分，以下把這 一工序中用散粒磨料加工的叫細磨；用金剛石工具加工的叫精磨。
二、細磨工序的特點
1、細磨完工后工件表面粗糙度低，凹凸層深度接近拋光劑顆粒尺寸面形基本接近圖紙
要求，角度用測角儀檢測應基本無誤差；
2、細磨工序只要零件結構允許，多是成盤加工．必須指出，如果采用機械化工藝，用金剛石磨輪銑磨，金剛石丸片精磨的方式則往往在粗磨前即應完成成盤工作；
3、細磨所用機床、工具應較粗磨時精密，特別是平面研磨模，球面研磨模等，必須經(jīng)過反復修改，試磨、檢驗符合要求后才能使用；
4、對清潔工作的要求更高，粗砂絕對不可帶入細砂。為此，每道砂后都必須對工件、磨具、機床臺面進行清洗。細磨完畢后用皂液作更精細地清洗。
2.2.2上盤與下盤技術
上盤是細磨<精磨)加工前的一道關鍵工序。無論用哪一種方法加工，無論是單件或多件加工，一般都要先上盤，即把零件按一定要求固定在粘結模上。固定的方式有用膠粘結的，也有不用膠粘結而依靠分子吸引力固定著的(光膠)．對于單件上盤只是要求把零件無偏心地固定在粘結模上；對于多件上盤，則要求(1)所有零件在鏡盤上加工面一致，即要求球面鏡盤上所有零件的加工面位于同一球面上。如果是平面鏡盤，則要求所有加工面處于同一平面內(nèi)。(2)零件在鏡盤上的排列必須符合可排片數(shù)多和磨損均勻的原則。由于機床功率限制和球面半徑的約束，每一鏡盤上所能排列的鏡片數(shù)量有一極限值。另外，由于鏡盤增大，均勻磨損困難程度也隨之增大，所以每一鏡盤上也不是排列的片數(shù)越多越好。因此，上盤以前必須進行鏡盤設計，確定采用鏡盤的排列方式和尺寸，所用粘結模的尺寸等。然后方能進行上盤操作。鏡盤設計一般由工藝人員完成。感興趣者可查閱曹天寧等編《光學零件制造工藝學》第五章有關內(nèi)容，此處從略。
2.2.3 透鏡的細磨工藝
透鏡的細磨方法有兩種，即用散粒磨粒細磨與金剛石工具高速精磨。
一、用散粒磨料細磨球面
用散粒磨料細磨時，磨料在研磨磨具和零件之間處于松散的自由狀態(tài)，借助細磨所加壓
力，通過模具、磨料和零件之間的相對運動，實現(xiàn)零件表面成型目的。細磨前應根據(jù)零件粗磨后的表面質(zhì)量，選擇細磨用磨料粒度號。通常粗磨完工，表面粗糙度為3.2，相當于用w28
(302#)磨料加工的表面，則細磨第一道磨料粒度號應選用W28(302#)。
散粒磨料細磨的技術關鍵在于細磨磨具的面形精度、研磨速度及壓力調(diào)整。如細磨研磨
模具面形精度達不到要求，則應先修改研磨模具。
1、細磨模具的修改
細磨模具的修改方法根據(jù)修改量的大小，可有對磨法(凹凸一對磨具對磨)，砂石或刮刀修改法。若表面誤差太大時，可在球面車床上進行修改。細磨模修改后，工作表面曲率半徑應符合要求，表面且不允許有不規(guī)則的凹凸不平，不允許有砂眼、氣孔、大擦痕，模具工作面相對鏡盤旋轉(zhuǎn)中心的跳動量應小于0.1毫米。
對磨修改球面研磨模操作方法：
(1)凹模修改
①用凹模在細磨機上細磨一盤零件；
②洗凈、擦干，用樣板檢查加工面光圈，若出現(xiàn)低光圈，凹模中心應多磨，將凸模安裝在主軸上，凹模在上，擺幅要大，擺幅量是凹模直徑的1／2左右；
③若零件表面出現(xiàn)高光圈，則凹模邊緣應多磨。修改方法：凹模在下，凸模在上，擺幅要大，擺幅量是凸模直徑的1／3左右；
各道細磨用的研磨模具的修改順序以最后一道磨料所用模具為基準，逐步修改上一道磨料用的研磨模具。用擦貼度檢驗，擦貼度為1／3～1／2，即接觸面積占1／3～1／2，且接觸區(qū)不應集中在零件中心。如細磨用302#、302、303#三道磨料，相應有三對研磨模具。先修改303#磨料用模具，用廢零件試磨看光圈檢驗，303磨料用模具修改好后，修改302磨，用模具亦用零件檢驗，試磨后的零件在303#磨料模具上看擦貼度，若合格最后修改302#
磨料用研模具。
(2)凸模修改
①試磨一盤零件。用件板檢查被加工面，是高光圈時，應多磨模具邊緣、修改方法是凸模在下，凹模在上，加大擺幅，擺幅量是凹模直徑的1／2左右；
②用樣板檢查被加工面時，若是低圈則應多磨模子中心，凹模在下、凸模在上。擺幅要大，擺幅量是凸模直徑的1/3；
③擦貼度觀察方法 為了方便而有效地觀察擦貼度，可在零件(鏡盤)上哈氣，哈出的帶有水汽的氣體在玻璃表面冷凝成水膜，貼合在模子上，接觸處形成水印。取下鏡盤后，看水印大小及分布狀態(tài)即可判別擦貼度大小。
2、細磨操作過程
散粒磨料在普通細磨機上細磨過程如下：
(1)根據(jù)被加工零件的技術要求和鏡盤大小選擇機床。一般機床可加工的最大鏡盤尺寸按平面鏡盤尺寸千計算，球面鏡盤應進行換算。決定機床轉(zhuǎn)速、三角架擺幅、鐵筆的前后位置和高低。
(2)分清磨料粒度號，依次確定磨去余量分配。細磨余量根據(jù)磨料號。零件大小、零件材料軟硬程度確定。單面余量<0.01mm時可用Wu和Wzo號磨料；單面余量0.1mm左右時，可用Wo＼Wi4＼Wlo號磨料。為了保證零件厚度，對于厚度公差0.1mm的零件，在第二面加工時應按厚度大小配盤，若厚度差別過大，應單只修磨，整盤零件厚度公差在0.05mm以內(nèi)；
(3)將鏡盤或模具裝上機床主軸。正常情況下，一般凸鏡盤及直徑大于350mm的凹鏡盤應裝在主軸上，而凹研磨模應扣在其上，由鐵筆撥動；
(4)在下盤上均勻涂布濃些磨料漿，放上鏡盤，手推動幾下，使磨料分布均勻。然后手扶鐵筆，架至上盤支承孔內(nèi)，開動機器。先開主軸開關，再開擺動開關。5分鐘左右取下鏡盤檢查零件是否全部磨到．如果均勻磨到，可繼續(xù)加磨料研磨。如果鏡盤邊緣或中間均勻地未磨到，應再修改模具。如鏡盤上局部區(qū)域未磨到，應預熱一下鏡盤再磨。如仍磨不到，則表示上盤時各零件的加工面不在一個球面上，應重新上盤。
(5)鏡盤和模具研合后，可在鐵筆上部加荷重，以加快研磨速度，采用兩道磨料制時，球面第一道磨料應研磨10—20分鐘。
(6)清洗鏡盤。檢驗無砂眼和擦痕時，換用第二道磨料。第二道磨料開始前，磨具、臺面、鐵筆等均應清洗干凈．當最后一道磨料在整個鏡盤表面研磨均勻之后應停止加磨料，再加5—10分鐘的水，磨到模具表面呈灰青色或灰黑色時取下。
(7)用溫水洗凈鏡盤，檢查表面細磨質(zhì)量。合格后送拋光。細磨中零件最后面形和樣板相比，一般應為低光圈，光圈數(shù)為2—3為宜。
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