2.1光学零件的粗磨成型工艺
2.1.1粗磨及其要求
一、概   述
   1、什么是粗磨
   将玻璃加工成透明的光学表面，无论采用传统工艺还是机械化工艺，均需要经过三大基本工序：即粗磨、细磨(精磨)、抛光。
    粗磨是将玻璃块料或型料毛坯加工成具有一定几何形状、尺寸精度和表面粗糙度的工件的工序。按国内一般情况，粗磨工序是包括毛坯加工分工序的，而狭义的粗磨是仅指在已基本成型的毛坯上研磨表面，使其表面形状(如球面半径)和表面粗糙度满足下一步上盘细磨要求的那一部分工作。这里所述粗磨则指较广的范围，即从由块料加工毛坯开始，因此它所包含的分工序相应地要比成型毛坯的多一些。
   2、粗磨的要求
   粗磨的要求是随零件的种类不同而不同的。
   对于球面零件，粗磨加工的要求是：一定的曲率半径、中心厚度、中心偏不超过某一范围；完工后的表面粗糙度要求达到3.2(R1＝3.2μm)相当于旧标准光洁度等级为V5；对于平面零件，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应比球面零件的要求高一些。
二、粗磨工艺的机床、设备与辅料
    传统工艺用机床采用散粒磨粒加工，主要种类有：
    (1)割料机：主要结构为一高速旋转的铁片圆盘，下置一个砂桶，用手推动玻璃进行锯割，俗称泥锯；
   （2）粗磨机：该机床由一电机通过皮带驱动主轴转动，主轴上端装有平模或球模，主轴转速可以利用塔轧变速，研磨时可根据工件加工余量的大小，向平模或球模添加不同粒度的磨料与水的混合物。玻璃的磨除量和表面凹凸层与磨料粒度、磨料种类、磨料供给量、机床转速及压力等因素有关。该机只有一个主轴，故又称单轴机，若有两个主轴则称粗磨二轴机。
三、粗磨量具
根据粗磨精度情况，量具使用范围如下：
(1) 钢尺：用于划线、切料、核料、测量；
(2) 分厘卡：0—25mm规格，用于凸透镜中心厚度测量；25mm以下的外圆及棱镜尺寸测量；加装测量头还可测量凹透镜的中心厚度；25～50mm规格，用于25—50内各种外圆尺寸、棱镜尺寸测量；
   (3) 游标卡尺：用于零件直径、长度、高度、内径等大于50mm的尺寸测量；
(4) 百分表：测量零件深度、平行度、凹透镜中心厚度；
(5)角尺：包括直角尺、调整角尺（角规）、万能角尺，用于测量零件角度，是棱镜加工的必备量具；
(6)刀口尺：用于检验平面零件的平面性；
以上量具校正时应用三级块规。
四、粗磨磨料
粗磨磨料最常用的是金刚砂，其主要成份为Al2O3、SiO2、Fe2O3等，系天然矿物产品。
磨料生产中，对于粗细不同的磨料是用其粒度来表示的。按国家标准规定，对用筛选法获得的磨料粒度号用一英寸长度上的筛孔数目命名，如60、80、120、280。号数越大，磨料越细；较细的磨料用水选法分级，以实际尺寸命名粒度号。如W。、W20、Wo等，号数越大，磨料越粗。由于各种粒度的磨料实际上是一群粒径在一定范围内的混合体，因此，对磨料的质量还要求要有一定的粒度均匀性。
五、粘结材料
    用于粘结零件，是一种零件粘结和装夹辅助材料，常用的有柏油和松香。
按一定比例配合熬制成的火漆、松香和黄蜡配制的粘结胶等，其主要指标是针入度和软化点。软化点越高，针入度越小，胶则越硬．对于粘结胶，软化点约为上盘温度，而适宜使用的室内温度则应低于此值，粘结胶软化点应大于80℃。
2.1.2   粗磨磨具
粗磨磨具包括加工用的研磨模、倒角模和装夹粘结用的粘结模。加工模具又称工具，多用铸铁制造；粘结模又称夹具，常用铝合金或铸铝制成，按其外形可分为球面和平面两类，各种球面模具的主要差别在于球面半径精度和模具的矢高，不同模具原则上不能通用。平面模具主要指标是其口径大小，通用性较大。
一、球面零件的粗磨
A、球面零件粗磨工艺过程
球面零件粗磨工艺过程根据所用毛坯的类型及加工方式的不同而不同。
1、块料毛坯：传统工艺下的球面零件粗磨工艺过程，可由下列工序构成：
   (1) 锯料(切割)：按零件毛坯尺寸进行锯切；
   (2) 整平：磨去锯切时留下的不平痕迹；
   (3) 切片(或割方)：按零件直径毛坯尺寸切片割方；
   (4) 胶条：按零件厚度方向胶成长条；
   (5) 滚圆：用手工方法将胶条磨去棱角再滚磨成圆柱，或装在专用机床上直接按尺寸要求磨外圆；
(6) 拆胶、清洗：胶条拆开获得若干单个圆形玻璃片；
(7) 磨球面(俗称开R)：将圆片平表面按图纸要求磨成球面；
(8) 倒角：磨去锋利的边缘；
(9) 清洗送检。
2、型料毛坯：型料毛坯一般是已具有圆片形状的玻璃料或是热压成型的球面玻璃料两种，对于型料毛坯一般是采用机械化工艺加工，其工序过程有：
    (1)型料检验   型料是一定质量的光学玻璃经热加工后的产品，其理化性质常有改变，因此用料时,一定要按图纸要求逐项检验，合格方可使用；
    (2)上盘 将型料上刚性盘装夹
    (3)铣磨球面   用金刚石磨轮在铣磨机上进行铣削形成球面；
    (4)粗磨修整   这一工序主要用于部分机械化工艺中，即成盘铣磨好的球面零件，下盘后要单只粗磨修整并倒角，方能送古典式细磨工序加工。
B、主要工序操作方法
1、锯料(切割)：锯料的目的是将大块料锯切成小块或片状，以利下道工序加工。可按以下步骤完成。
(1)选料：根据图纸上对材料提出的各项指标要求，认真细致地选择，不可出错，稍有差错，加王后即成废品，既费工又费料，因为以后各道工序一般不再检查，也很难检查。
(2)划线：划线的尺寸是图纸上零件要求的名义尺寸，总的加工余量与锯缝宽度三部分之和。
双凸透镜划线尺寸计算：
厚度划线尺寸：6(图纸上名义尺寸)+0.3(细磨抛光余量)+0.2(粗磨余量)＋1(整干余量)+2(锯缝宽度)=8.5。式中：单位是毫米（mm）；
直径划线尺寸：30(图上名义尺寸)+1.5(磨边余量)+1(滚圆余量)+1(磨方余量)+2(锯缝宽度)=35.5 。
(3)锯切：在泥锯上锯切；先检查机床是否正常，砂桶内有无合适的砂浆，工作台是否可靠。然后开动机床，手持玻璃沿靠板缓缓推进切割；对较薄的玻璃块，为防止最后崩边可预先胶上一块保护玻璃再行切割。
若在金刚石锯片切割机上切割，先按操作说明书检查机床是否正常，锯片装夹是否紧固，冷却液是否流通。然后装夹玻璃，调整好位置，开动电机自动切割。
   (4)锯切操作注意事项
a、锯片不平直时：应先调整平直，轴上安装要正确、可靠；
b、进料时，应对准锯缝，锯片和玻璃接触线不应过长，并应从玻璃边缘开始切割；
c、用手握住玻璃时，不应有上下与左右方向的跳动，切割开始与结束时用力要轻，以防崩边；
d、锯大的玻璃块料时，切到中间应调转180o再切；
e、锯下的余料，必须即时重新打印或者用玻璃铅笔写上原来的牌号及有关质量指标，以防止以后不可辨认而成为废料。
   2、整平：整平的目的是磨平锯切时留下的不平痕迹及破口，以保证零件平行度，控制尺寸，提高表面光洁度。也有手工整平与机械整平两种方法。
(1) 手工整平方法   手握工件，使其在铸铁研磨盘上沿椭圆形路线运动，运动方向应与磨盘转动方向相反，同时加砂加水，研磨时需要多磨的地方应加大压力，如在凸出部、形块的厚端部或者让需要多磨的部位在磨盘的边缘部分停留的时间较长些；
(2) 机械整平   用平面磨床进行磨平，或者用铣磨机床铣平，一般是多块成盘加工；
(3) 整平操作注意事项
手工整平时，要防止在工件上加压不匀造成工件表面成凸起的弧形，正确的加压方法是使工件始终贴紧磨盘表面运动，同时不可一次加压过剧，应从厚到薄逐渐过渡。
    3、划方：划方是传统工艺中，加工小尺寸球面零件时常见的工序方法。对于较薄(<
10mm)的整平毛坯，不用锯切方法而是用金刚石玻璃刀划方，使用金刚石玻璃刀划方的要
点如下：
    (1) 选择号数合适的金刚石刀、玻璃厚时，相应的金刚石刀的号数要大；
    (2) 走刀时，切削刀刃加力要合适(约2kg)应与玻璃表面成一定倾角，走刀过程中不能
停顿断线；
(3) 划痕不能重复，交叉；
(4) 工作台面要平，玻璃较厚时，刀路上应涂上煤油，d>lOmm时，划后用小锤轻轻敲击划痕背面，使之开裂。
3、磨球面（开R）
这是球面光学零件的第一次成形加工。磨球面工艺的要求除加工出符合粗磨图纸上规定的球面半径值外，还应该控制偏心差，并使加工面具有一定的粗糙度。同样，磨球面也有手工与机械两种方法。
（1）手工法磨球面   用手工法磨球面指用散粒磨料单件手工粗磨球面的方法。
①研磨盘以速度w1作逆时针方向转动，工件用手指按住(较小的工件可以用一木棒粘上)沿磨盘表面上下移动。为防止产生较大偏心差，工件还要依靠大拇指的推动，不断围绕自身轴线以速度w2转动；
②粗磨球面一般要用从粗到细的三道磨料加工，每一号磨料应有相应曲率半径的粗磨球模，第一道磨料要根据单件矢高的大小，选择不同的粒度(矢高大于1毫米时用粒度180#磨料；矢高为0.4~l毫米时用200～180#磨料，矢高小于0.4毫米的，用小于200#的磨料)；第二道选用280#磨料，第三道选用W40。(或W2a)磨料；
③为控制偏心和检验厚度，磨完第一道磨料后应留出具一定尺寸的检验环(凹球面)和检验   点(凸球面)用观察检验环是否对径等宽分布，检验点是否位于中心来判断偏心的程度。磨完第二道磨料的中心厚度大于粗磨完工尺寸约0.1毫米，第三道磨料则磨到粗磨完工尺寸。

2.1.3 平面零件的粗磨   
  一、平面零件的粗磨
对于具有一个侧圆柱面的一般平面零件，如分划板、度盘、平面平晶，平行平晶等，传统工艺的工艺过程类似于球面零件的粗磨工序，不同之处是无需磨制球面；平面零件粗磨表面质量比球面的要求高，应比球面零件多磨一道细一号的砂，同时要修改两表面的平行性。
    用散粒磨料粗磨平面时，第一道砂根据工件的加工余量的不同，选用不同的粒度。用粒度小于180#的砂研磨后，厚度余量应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间略凹些为好。
    粗磨时检验工件和平模的平面性用刀口平尺，根据平尺刃口下是否漏光的情况来判断面形。检验前应将表面擦净。平尺放到工件上后不要来回拖动，以免使平尺刃口很快被磨损。
    1、散粒磨料多片加工
    工件尺寸小于150mm时，可采用多片成盘加工工艺。具体操作过程是：将粘盘加热，用
石蜡或松香蜡将平面工件上盘，粘盘中心要凹；
    2、散粒磨料单件加工
工件尺寸大于150mm时，应用小平模粘结单件加工，如外圆较规则，可不必粘结,装在套模内加工即可。