常用的腳輪拋光加工方法比較
發表時間:2012/7/18 21:49:57
一、常用的腳輪拋光法
古典拋光法是一種傳統的玻璃冷加工方法，腳輪拋光機是采用摩擦輪傳動，主軸轉速較低，用平面擺動三角架施壓，壓力靠負荷重量調節。在工作時，負荷的壓力始終是鉛直向下的，加工平面時上下盤之間的垂直壓力是穩定的。而在加工球面時擺動位置不同壓力在球心方向的分量也不同，這樣就造成上下盤的腳輪拋光壓力隨時變化，增加了球面表面形狀不穩定性。拋光膜用松香柏油或毛氈等材料制作，由于腳輪拋光膜比較柔軟，加工后的表面粗糙度小、表面缺陷小，可以加工較高精度等級的零件。在古典拋光過程中，腳輪拋光膜的表面的形狀容易變化，需要隨時進行修整，這就要求作業人員有較高操作技能，必須經過長期的培訓才能掌握，而且生產效率低。在少量和小批量加工中，它有很大的優點，對于腳輪拋光機的精度要求低，腳輪拋光模的代用率較高，設備、工裝夾具的投入費用小。
目前中等精度以下大批量生產的光學零件普遍都采用高速拋光的方法進行加工，高速拋光是以高主軸轉速、大壓力來提高拋光的效率。高速拋光機所使用的設備以準球心的方法設計的（另外還有一些是假準球心式拋光機，又有用平擺式拋光機用氣壓增加壓力的方法充當高速拋光機），所謂準球心，是在拋光過程中負荷的壓力始終指向被加工球面的球心位置。這種設計最大的優點就是，壓力從始至終都是在拋光膜和工件接觸面的正面施加的，正向壓力的大小是不變的，這種方法加工的球面面形比較穩定。準球心腳輪拋光法對設備精度要求較高，腳輪拋光模必須是專用的，很少有代用的情況，設備、工裝夾具的投入較大，只適合批量生產。由于腳輪拋光膜材料比較硬、耐磨性好，拋光膜修整的頻率小，對作業員的技術要求較低，通過簡單培訓的新工人就可以上崗。
在各種文獻中還常常提到范成法高速拋光機，這種拋光機的設計就象銑磨機一樣，工件裝在主軸上，拋光膜好象磨輪一樣在輔軸上高速旋轉對工件進行拋光，兩條軸都不做擺動。這種拋光機的設計構思是非常好的，但是它對制造的精度要求非常高，由于受到成本的制約，目前還不能廣泛的使用這種拋光機。首先說輔軸與主軸的對準精度，只要有微小的誤差，加工出來的表面就不是球面了，象散差就出現了。工件表面的中心點不是高就是低，就象瓜的臍一樣。如果以輔軸作為定位基準，拋光膜磨損以后基準點就產生變化，所以以輔軸為定位基準不合適。再說主軸一側，每個工件的厚度是有區別的，以主軸為定位基準也不合適。每一個工件都有邊厚差存在，每一次裝后表面的位置、方向都有所變化，這個誤差用拋光是無法消除的，拋光后的表面可能是一半亮一半不亮。工件裝夾后要一次從銑磨或從精磨開始一直加工拋光，這樣才能保證工件表面的有效加工。但是在同一個工位上同時進行不同工序的加工，工件表面缺陷就難以控制。還其它一些精度方面的原因，限制了范成法拋光的實施，而銑磨加工的精度要求比較低，其加工誤差在后續加工中可以輕易的修正。
二、古典腳輪拋光與準球心腳輪拋光的設備比較
高速拋光就是在一定限度內提高拋光的壓力和轉速，從而提高拋光的效率。高速拋光與古典拋光相比，拋光效率提高了十幾倍。
古典式拋光機或稱為平擺式拋光機，壓力P的方向是向下的而不與球面的法線方向一致，球面法線方向的正壓力 隨中心擺角α變化， 。擺到中心時的正壓力最大，擺到邊緣時正壓力最小。由于正壓力的大小周期性變化，就會造成球面加工量的不均勻性。壓力越大，不均勻程度就越大。擺動角度越大，不均勻程度就越大，受到的重力沖擊的影響也就越大。所以古典法拋光的效率不是很高，而且不能加工超半球表面，半球、近半球表面也難以加工。
準球心拋光采用圓弧式擺動，圓弧的圓心與被加工球面的球心重合，這就要求與主軸連接的鏡盤或拋光模的相對位置必須是固定的，與主軸保持很高的同心度，通常將拋光模安裝在主軸上。如果將鏡片安裝在主軸上，就必須加工一個鏡片就要重新調整一次準球心，作業很不方便。由于被加工球心的曲率半徑是某一范圍的不定量，而不是一個固定值，拋光模的高度也需要調整，所以在主軸上先安裝一個過渡接頭，拋光模裝在上面可以任意調整高度以確定準球心。
三、腳輪拋光柏油與聚胺脂腳輪拋光膜的比較
腳輪拋光柏油的主要成分是松香、瀝青和白蠟，其材料硬度較小，可以獲得較高的外觀等級。熱穩定性低，有良好的熱流動性，可以很快的使腳輪拋光膜與鏡盤吻合。由于腳輪拋光柏油具有有流動性，腳輪拋光膜表面形狀不斷變化，經常需要修改。腳輪拋光柏油對工房溫度有明顯的選擇性，在工房溫度變化后，就要改用不同型號的腳輪拋光柏油。腳輪拋光柏油很脆，易掉落殘碴，同時帶有油性，如果使用循環腳輪拋光液會造成腳輪拋光被液污染并產生泡沫，所以柏油腳輪拋光不適用循環腳輪拋光液。
準球心拋光通常用聚胺脂做拋光膜，它有一定的彈性、耐磨性好、有大量的微孔可以保持拋光液、清潔無碎屑，聚胺脂拋光膜有均勻的切削能力，還有耐磨、耐熱、柔韌性好和適當的硬度，收縮率要小、抗老化、吸水性好的性能。可以采用拋光液循環供給方式，對工房環境的溫度要求不嚴格，只要控制拋光液的溫度就可以了。聚胺脂腳輪拋光膜由于流動性小、耐磨，表面形狀比較穩定，加工零件的光圈也就比較穩定。但是較腳輪拋光柏油硬度高，很難獲得高品質的外觀等級。
四、固著拋光磨料
固著拋光磨料是將氧化鈰加在環氧樹脂中調勻，加熱凝固后的丸片，粘貼在基體上再經過修磨就得到固著拋光模具。使用固著磨料拋光，工件表面面形穩定、表面疵病等級高、加工效率高、不容易出現塌邊，而且表面上不易粘拋光粉，容易清潔。
拋光冷卻液是在水中加入少量的硝酸鋅和甘油，硝酸鋅的作用是提高拋光效率，甘油的作用是增加磨具與鏡片之間的吸附能力改善吻合程度。冷卻液的溫度一般在28~31℃。
雖然固著拋光磨料有諸多的好處，但是在工藝上也有許多因素需要控制。固著磨料拋光的面形穩定是依靠精磨的表面質量和面形精度來保證的，超精磨模與拋光模及精磨模與超精磨模曲率半徑的搭配起著非常重要的作用。如果曲率半徑的搭配失當，加工的表面就不會穩定，而且還會損害磨具的精度。所以，工藝鏈設計的要嚴密，磨具的修整要精確。使用固著磨料進行拋光對拋光機精度要求是很高的，如果安裝同心度有偏差或出現振動就會產生劃傷。所以在加工時，主軸的轉受到的限制，壓力也不可以過大。剛開始拋光時，拋光模與鏡片的吻合性差，擺動大會出現劃傷，所以擺動也要小一些。
固著磨料拋光與散粒磨料拋光效果上看，散粒磨料即修整工件的表面又改善表面粗糙度，而固著磨料拋光只改善表面粗糙度而表面面形精度是依靠超精磨的加工精度來保證的。因此在諸多方面限制了固著磨料拋光的適用性。
五、腳輪拋光液的供給
通常腳輪拋光液的供給采用手工添加、自動添加和循環添加。
手工添加是用毛筆蘸腳輪拋光液，在上盤擺動錯開的瞬間涂在鏡盤或腳輪拋光盤上。有時為了保證鏡盤中心有充足的腳輪拋光液，可以停機取下上盤，在鏡盤中心或整盤涂腳輪拋光液。
自動添加是腳輪拋光液通過細管滴入的方式，為鏡盤添加腳輪拋光液。較手工添加減少了作業員的勞動強度，并且可以使腳輪拋光液的添加量更為均勻。
循環添加是腳輪拋光液通過水泵加壓，沖在鏡盤上，腳輪拋光液再由水盆底孔流回水泵中，可以采用加熱或冷卻法調整腳輪拋光液的溫度。循環添加的供給量很大，對鏡盤的冷卻效果好。循環添加節省人力，但腳輪拋光粉的消耗也很大。腳輪拋光液循環使用一段時間后，腳輪拋光粉的粒度變小，腳輪拋光粉的腳輪拋光效率也會變低，腳輪拋光過程產生的玻璃粉、腳輪拋光膜碎屑混在腳輪拋光液中，影響腳輪拋光效率。腳輪拋光液中的玻璃粉更容易水解，加速了腳輪拋光液PH值的變化。
拋光粉的顆粒大小和拋光膜的硬度對拋光后的表面疵病有很大的影響，因此在選用輔助材料時，要根據工件的表面疵病要求嚴格程度，再考慮玻璃的機械性能進行選擇。拋光膜軟、拋光粉粒度小拋光的表面光滑，但效率低，拋光膜過軟容易產生塌邊。拋光膜硬、拋光粉粒度大拋光的表面光滑程度變差，拋光效率高，鏡片塌邊現象減輕。
拋光液的濃度是拋光粉的重量與水的重量之比，用百分率或比值來表示，通常拋光液的濃度定為5%。拋光液的濃度在0~15%范圍內，拋光速度隨濃度的增加而成線性提高的。但是當濃度超過30%以后，拋光速度就下降了，這是由于拋光粉的密集程度太大，在玻璃的表面上堆積，夸張的說就象在砂堆上磨刀一樣，壓力起不到作用，拋光粉不能有效的切削玻璃。不同的拋光粉的性能是不同的，拋光粉的懸浮性好，切削能力就強一些，拋光液就可以稀一些。不同的制造商加工的拋光粉制備方法不同、組成成分、配比都是不同的，有些還專門加入某種添加劑，以適應某些牌號玻璃的拋光。拋光粉的型號和拋光液的濃度，要根據具體的玻璃牌號和鏡片形狀來選擇。
拋光液PH值對玻璃表面拋光質量和效率有很大的影響，在拋光過程中經常有腐蝕現象發生。對于不同牌號的玻璃要設定不同的PH值。
拋光液的供給量大小對拋光速度也有影響，供給的過多，拋光產生的熱量迅速散發，不利于水解反應，模具和玻璃表面之間吻合性差。供給量過少，參與拋光的顆粒少，拋光效率下降，拋光產生的熱量不同散發，表面容易變形，甚至產生腐蝕。所以供給量要有一個合適的量。
拋光液的溫度在拋光過程中起著非常重要的作用，玻璃和拋光膜的溫度是依靠拋光液的溫度來控制的，保持它們溫度的恒定，對面形的穩定有很大的幫助。在高速拋光中，拋光液的溫度要在30~35℃范圍內，并且要保持恒定。
六、常用的加工方式
光學鏡片的加工方式按加工數量區分可以分為：成盤加工和單件加工。按上盤的方法區分可以分為：彈性上盤、成性上盤、自由上盤、彈性裝夾和真空吸附等。常見的有下列方式
古典腳輪拋光的火漆上盤，火漆用松香、瀝青和滑石粉等配制，粘接強度很高，用加熱法上下盤。對上盤模的精度要求低，容易加工。火漆上盤模制造成本低。
成性上盤，在剛性上盤模基體上加工出光學鏡片的定位孔，將鏡片用很薄的膠粘接在上盤模上。用加熱法上下盤。對剛性上盤模的精度要求很高，必須用高精度的設備加工，很難直接檢驗出剛性上盤模的制造精度，必須依靠加工過程的控制保證精度。制造成本比較高。
高速加工中的單件自由裝夾，將鏡片放在夾具中，采用鏡片在上的方法進行腳輪拋光。由于不使用粘接劑，上下夾具非常方便。
成盤加工，一次的加工數量多，因此加工效率高。單件加工，裝卸方便，減少了上下盤工序，縮短了鏡片的加工周期，有利于減少鏡片的腐蝕。定中心磨邊后的透鏡返修，用單件加工法很方便，返修后對鏡片中心偏的影響很小。而成盤返修定中心磨邊的鏡片，其中心偏可能有很大的變化。
火漆上盤加工，鏡片的中心厚度公差控制在±0.10mm是很高的精度。成性上盤，一些鏡片中心厚度公差可以控制在±0.02mm。單件加工，鏡片中心厚度公差可以控制在±0.01mm。
以上是常見的幾種腳輪拋光加工方法在部分方面的比較，采用任何一種方法都可以加工出鏡片，只是加工的效率、成本、鏡片的精度等級不同，每種加工方法工藝技術的重點也是不同的。因此在選擇加工方法時，要根據本企業的工藝技術特點和工藝水平選擇。
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