对于圆形的光学零件,精磨抛光完工之后一般都还要进行磨边,使其侧圆柱面尺寸满足装配要求;对于球面透镜,磨边还有一个重要作用:就是校正透镜在研磨抛光过程中很难完全避免的偏心,即校正两球心连线(光轴)与外圆对称轴(几何袖)的偏离。
根据透镜的使用要求,光学设计时往往预先给定这种偏离的大小,并用符号C表示。定心磨边就是使透镜满足这种技术要求。
3.1 偏心及其产生原因
3.1.1 偏心与定心方法
透镜在粗磨成型、细磨抛光过程中,由于磨损不均匀,往往造成球面相对倾斜或偏移,出现边缘厚度不一致,结果使光轴和几何轴不重合。
造成零件磨损不均匀的原因较多。如开球面时,球面顶点不在毛坯中心;粗磨时用力不均匀,上盘时镜盘顶点偏高旋转中心;粘结胶软化,零件走动;研磨抛光时各工艺参数调节不合理等等。
3.1.2 偏心的计量
偏心如何计量,按要求不同,可有以下两种方法。
1、角偏移计量法:
以被定心表面相对定位面(定位轴)的角偏移表示。定位面可以是某一光学表面或者侧圆柱面。这种方法对偏心的计量准确精度高,是正在推广的一种方法。
2、线编移计量法
以透镜外圆几何轴和光轴在透镜曲率中心处的线偏离表示。这种表示方法不能确切表示出两轴相互位置以及各面偏心对象差贡献的大小,但它适合目前使用的仪器和磨边工序的加工目的,特别是单透镜的情况,故仍被广泛采用。
3.2 定心磨边工艺
如前所述:定心磨边工艺有两类:一是以光学定心仪或其它定心方法先校正偏心量,然后磨边;二是采用自动磨边机床,自动定心磨边。以下主要叙述光学法中球心反射象定心磨边工艺。
3.2.1 定心磨边准备工作
1、选择所用定心夹头,检验其是否可用,误差太大则应修整。
(1)夹头直径确定,可根据以下两个条件:
①夹头直径D小于零件直径 约0.2~0.3毫米,此处为磨边完工直径;
②满足定心系数k的要求,一般情况下应有k>0.15,据此,R已知,可算出D要求的最小数 值。
(2)夹头的其它要求
①夹头轴与磨边机主轴同轴度应在0.003—0.005mm以内;
②夹头端面与几何轴垂直度在0.003—0.005mm以内;
③夹头壁厚lmm,壁的端部呈锥面;
④与零件粘接部分粗糙度R:≤0.05(抛光面);
⑤材料的导热性要好,耐磨、变形小,一般用黄铜制作。
(3)夹头修整
夹头如不符合上述要求,应当修整。由于精度要求高,一般是将夹头直接装在磨边机的主轴上。在磨边机导轨上安装刀架精车后,用金相细砂纸研磨,最后用棉花球上抛光液手工抛光,用乙醚、酒精混合液清洗。
2、球心象校正点位置确定
所谓校正点就是透镜表面球心象所处的位置。当定心仪物镜前焦点置于校正点上时,球心反射象可以在目镜分划板上清晰地观察到。
透镜前表面(非粘结面)的校正点与它的曲率中心(球心)置于同一纵向位置。到前表面的距离x2=R2,定心仪物镜(顶焦距为LF)到被定心透镜前面顶点距离L2为:
L2=LF2+R2
式中:凸面时,R2取负值;凹面时,R2取正值。透镜启表面定心,一般靠夹头端面垂直度保证,不需要观察球心象跳动,当要检验时,则要计算x1的值:
Ll=LF一zl
3、定心仪物镜选择原则
为适合不同曲率半径的透镜定心,定心仪物镜分两部分、最外面部分是可更换的,可换物镜选择的原则是:
(1)定心凸面时,可换物镜顶焦距LF必须大于R2,因为此时R2为负值;球心在透镜后面,L2=LF-R2,I>0,L2值一般不得少于lOmm,否则会造成定心仪物镜可能撞击被定心透镜或物镜焦点根本落不到球心上。
(2)保证一定的球心象跳动量
为保证球心象有一定的跳动量,要求可换物镜放大倍数要合适。过大,象的跳动量大,不易找象,过小,象的跳动范围小,格值大,精度低。
4、磨边胶特征及配比
磨边胶用于将透镜粘接于夹头上。必须具备以下特征:
(1)粘结强度大,经得起砂轮磨削时的拉力;
(2)稍热即软化,便于移动透镜定心;
(3)容易清洗去除;
(4)中性,不腐蚀玻璃,无杂质。因为粘接面一般也是光学面,不允许因磨边操作不慎而出现损伤,使前面的各道工序前功尽弃。
目前常使用的能满足上述各项特性的配方有:
(1)松香+胶 1 :1配比;
(2)松香+黄蜡 (90~95):(10~5);
(3)松香+矿物油(86~95):(14~5)。
3.2.2 定心磨边操作过程
1、按加工图纸要求,准备好粘接夹头,选配好合适的定心仪物镜;
2、用酒精灯加热夹头,均匀地涂上磨边胶;
3、迅速粘上物镜,注意使胶层均匀;
4、移动定心仪,使其物镜前焦点落在校正点上,在目镜视场内能清晰地看到球心反射象(亮十字象);
5、用手转动夹头,观察球心反射象的跳动量是否在规定范围内,如偏大,趁透镜在未完全固定前移动透镜在夹头上的位置(贴着夹头端面稍加挤压)直到球心反射象不跳动或跳动在规定的范围内。
6、开动机床,移动砂轮拖板磨削外圆,达到图纸规定尺寸。磨削时,同时开通冷却液,砂轮线速度以15—35m/s、工件线速度0.3~2m/s、进刀量以0.0l~0.08mm为宜;
7、倒角,用成型砂轮倒角或用倒角模倒角;
8、加热夹头,拆下零件,清洗擦干送下道工序或保存;
9、关闭机床,清洗工作场所。
3.2.3 磨边中常见缺陷及克服方法
在磨边过程中经常会出现各种缺陷,必须及时进行原因分析和采取相应克服办法。
1、崩边破口产生原因
(1)砂轮或磨轮表面不平,或已磨钝后微孔堵塞,砂轮以选中软硬度为宜;
(2)砂轮粒度太租,工件越小,粒度越细,见表3-1:
表3—1 常用砂轮种类
砂轮种类 | 粒 度(号) | 砂轮线速度(m/s) | 适用范围(工件直径mm) | |
碳化硅 | 180240 | 25 | < 25 | |
碳化硅 | 180 | 28 | 25~28 | |
碳化硅 | 120 | 32 | >80 | |
金刚石 | 280 | 32 | < 25 | |
金刚石 | 240 | 34 | >50 | |
(3)砂轮量太大,或进给太快;
(4)砂轮和工件轴的相对跳动太大;
(5)砂轮或透镜转整选择不当;
2、透镜上径出现椭圆或锥度,产生原因:
(1)砂轮与工件的径向跳动太大;
(2)夹头端面与工件轴不垂直;
(3)往复运动方向与砂轮工作面不平行;
3、表面疵病等级下降.产生原因
(1)夹头端面不光滑而划伤;
(2)粘结胶不清洁或对透镜起腐蚀作用;
(3)机械定中心时压力过大;
(4)冷却液对玻璃起腐蚀作用;
(5)倒角时擦伤;
(6)清洗时擦伤。