常用的抛光加工方法比较

一、常用的抛光法 


古典拋光法是一种传统的玻璃冷加工方法，抛光机是采用摩擦轮传动，主轴转速较低， 用平面摆动三角架施压，压力靠负荷重量调节。在工作时，负荷的压力始终是铅直向下的， 加工平面时上下盘之间的垂直压力是稳定的。 而在加工球面时摆动位置不同压力在球心方向的分量也不同， 这样就造成上下盘的抛光压力随时变化， 增加了球面表面形状不稳定性。 

拋光膜用松香柏油或毛毡等材料制作， 由于抛光膜比较柔软， 加工后的表面粗糙度小、 表面缺陷小，可以加工较高精度等级的零件。在古典拋光过程中，抛光膜的表面的形状容易变化， 需要随时进行修整， 这就要求作业人员有较高操作技能， 必须经过长期的培训才能掌握， 而且生产效率低。在少量和小批量加工中， 它有很大的优点，对于抛光机的精度要求低， 抛光模的代用率较高，设备、工装夹具的投入费用小。目前中等精度以下大批量生产的光学零件普遍都采用高速拋光的方法进行加工， 高速拋光是以高主轴转速、 大压力来提高拋光的效率。高速拋光机所使用的设备以准球心的方法设计的（另外还有一些是假准球心式拋光机， 又有用平摆式拋光机用气压增加压力的方法充当高速拋光机） ，所谓准球心，是在拋光过程中负荷的压力始终指向被加工球面的球心位置。这种设计最大的优点就是， 压力从始至终都是在拋光膜和工件接触面的正面施加的， 正向压力的大小是不变的，这种方法加工的球面面形比较稳定。准球心抛光法对设备精度要求较高， 抛光模必须是专用的，很少有代用的情况，设备、工装夹具的投入较大，只适合批量生产。由于抛光膜材料比较硬、 耐磨性好， 拋光膜修整的频率小，对作业员的技术要求较低， 通过简单培训的新工人就可以上岗。在各种文献中还常常提到范成法高速拋光机，这种拋光机的设计就象铣磨机一样，工件装在主轴上，拋光膜好象磨轮一样在辅轴上高速旋转对工件进行拋光，两条轴都不做摆动。这种拋光机的设计构思是非常好的， 但是它对制造的精度要求非常高，由于受到成本的制约， 目前还不能广泛的使用这种拋光机。首先说辅轴与主轴的对准精度， 只要有微小的误差， 加工出来的表面就不是球面了， 象散差就出现了。 工件表面的中心点不是高就是低， 就象瓜的脐一样。如果以辅轴作为定位基准， 拋光膜磨损以后基准点就产生变化， 所以以辅轴为定位基准不合适。再说主轴一侧，每个工件的厚度是有区别的，以主轴为定位基准也不合适。每一个工件都有边厚差存在， 每一次装后表面的位置、 方向都有所变化， 这个误差用拋光是无法消除的，拋光后的表面可能是一半亮一半不亮。工件装夹后要一次从铣磨或从精磨开始一直加工拋光， 这样才能保证工件表面的有效加工。但是在同一个工位上同时进行不同工序的加工，工件表面缺陷就难以控制。还其它一些精度方面的原因，限制了范成法拋光的实施， 而铣磨加工的精度要求比较低，其加工误差在后续加工中可以轻易的修正。 

二、古典抛光与准球心抛光的设备比较 

高速拋光就是在一定限度内提高拋光的压力和转速，从而提高拋光的效率。高速拋光与古典拋光相比，拋光效率提高了十几倍。古典式拋光机或称为平摆式拋光机，压力P的方向是向下的而不与球面的法线方向一致，球面法线方向的正压力随中心摆角α 变化，摆到中心时的正压力最大，摆到边缘 时正压力最小。由于正压力的大小周期性变化，就会造成球面加工量的不均匀性。 压力越大， 不均匀程度就越大。摆动角度越大，不均匀程度就越大，受到的重力冲击的影响也就越大。 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、 近半球表面也难以加工。准球心拋光采用圆弧式摆动，圆弧的圆心与被加工球面的球心重合，这就要求与主轴连接的镜盘或拋光模的相对位置必须是固定的，与主轴保持很高的同心度，通常将拋光模安装主轴上。 如果将镜片安装在主轴上， 就必须加工一个镜片就要重新调整一次准球心， 作业很不方便。由于被加工球心的曲率半径是某一范围的不定量， 而不是一个固定值，拋光模的高度也需要调整，所以在主轴上先安装一个过渡接头， 拋光模装在上面可以任意调整高度以确定准球心。 


三、抛光柏油与聚胺脂抛光膜的比较 

抛光柏油的主要成分是松香、沥青和白蜡，其材料硬度较小，可以获得较高的外观等级。热稳定性低，有良好的热流动性，可以很快的使抛光膜与镜盘吻合。由于抛光柏油具有有流动性，抛光膜表面形状不断变化，经常需要修改。抛光柏油对工房温度有明显的选择性，在工房温度变化后，就要改用不同型号的抛光柏油。抛光柏油很脆，易掉落残碴，同时带有油性，如果使用循环抛光液会造成抛光被液污染并产生泡沫，所以柏油抛光不适用循环抛光液。 


准球心拋光通常用聚胺脂做拋光膜，它有一定的弹性、耐磨性好、有大量的微孔可以保持拋光液、清洁无碎屑，聚胺脂拋光膜有均匀的切削能力，还有耐磨、耐热、柔韧性好和适当的硬度，收缩率要小、抗老化、吸水性好的性能。可以采用拋光液循环供给方式，对工房环境的温度要求不严格， 只要控制拋光液的温度就可以了。 聚胺脂抛光膜由于流动性小、 耐磨，表面形状比较稳定， 加工零件的光圈也就比较稳定。 但是较抛光柏油硬度高， 很难获得高品质的外观等级。 


四、固着拋光磨料 


固着拋光磨料是将氧化铈加在环氧树脂中调匀，加热凝固后的丸片，粘贴在基体上再经过修磨就得到固着拋光模具。使用固着磨料拋光，工件表面面形稳定、 表面疵病等级高、加工效率高、不容易出现塌边，而且表面上不易粘拋光粉，容易清洁。拋光冷却液是在水中加入少量的硝酸锌和甘油，硝酸锌的作用是提高拋光效率，甘油的作用是增加磨具与镜片之间的吸附能力改善吻合程度。冷却液的温度一般在28~31℃。虽然固着拋光磨料有诸多的好处，但是在工艺上也有许多因素需要控制。固着磨料拋光的面形稳定是依靠精磨的表面质量和面形精度来保证的，超精磨模与拋光模及精磨模与超精磨模曲率半径的搭配起着非常重要的作用。 如果曲率半径的搭配失当，加工的表面就不会稳定，而且还会损害磨具的精度。所以，工艺链设计的要严密，磨具的修整要精确。使用固着磨料进行拋光对拋光机精度要求是很高的，如果安装同心度有偏差或出现振动就会产生划伤。所以在加工时，主轴的转受到的限制，压力也不可以过大。刚开始拋光时，拋光模与镜片的吻合性差，摆动大会出现划伤，所以摆动也要小一些。 固着磨料拋光与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，而固着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来保证的。因此在诸多方面限制了固着磨料拋光的适用性。 

五、抛光液的供给 

通常抛光液的供给采用手工添加、自动添加和循环添加。手工添加是用毛笔蘸抛光液，在上盘摆动错开的瞬间涂在镜盘或抛光盘上。有时为了保证镜盘中心有充足的抛光液，可以停机取下上盘，在镜盘中心或整盘涂抛光液。自动添加是抛光液通过细管滴入的方式，为镜盘添加抛光液。较手工添加减少了作业员的劳动强度，并且可以使抛光液的添加量更为均匀。循环添加是抛光液通过水泵加压，冲在镜盘上，抛光液再由水盆底孔流回水泵中，可以采用加热或冷却法调整抛光液的温度。 循环添加的供给量很大， 对镜盘的冷却效果好。 循环 添加节省人力，但抛光粉的消耗也很大。抛光液循环使用一段时间后，抛光粉的粒度变小， 抛光粉的抛光效率也会变低， 抛光过程产生的玻璃粉、抛光膜碎屑混在抛光液中，影响抛光效率。抛光液中的玻璃粉更容易水解，加速了抛光液PH值的变化。 拋光粉的颗粒大小和拋光膜的硬度对拋光后的表面疵病有很大的影响， 因此在选用辅助材料时，要根据工件的表面疵病要求严格程度，再考虑玻璃的机械性能进行选择。 拋光膜软、 拋光粉粒度小拋光的表面光滑，但效率低，拋光膜过软容易产生塌边。 拋光膜硬、 光粉粒度大拋光的表面光滑程度变差，拋光效率高，镜片塌边现象减轻。 拋光液的浓度是拋光粉的重量与水的重量之比，用百分率或比值来表示，通常拋光液的浓度定为5% 。拋光液的浓度在0~15% 范围内，拋光速度随浓度的增加而成线性提高的。 但是当浓度超过 30% 以后，拋光速度就下降了，这是由于拋光粉的密集程度太大，在玻璃的表面上堆积，夸张的说就象在砂堆上磨刀一样， 压力起不到作用， 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，拋光粉的悬浮性好，切削能力就强一些，拋光液就可以稀一些。 不同的制造商加工的拋光粉制备方法不同、组成成分、 配比都是不同的，有些还专门加入某种添加剂， 以适应某些牌号玻璃的拋光。拋光粉的型号和拋光液的浓度，要根据具体的玻璃牌号和镜片形状来选择。 拋光液 PH 对玻璃表面拋光质量和效率有很大的影响，在拋光过程中经常有腐蚀现象 发生。对于不同牌号的玻璃要设定不同的 PH 值。 

拋光液的供给量大小对拋光速度也有影响，供给的过多，拋光产生的热量迅速散发，不 利于水解反应， 模具和玻璃表面之间吻合性差。供给量过少， 参与拋光的颗粒少， 拋光效率下降， 拋光产生的热量不同散发，表面容易变形，甚至产生腐蚀。 所以供给量要有一个合适的量。 

拋光液的温度在拋光过程中起着非常重要的作用，玻璃和拋光膜的温度是依靠拋光液的温度来控制的，保持它们温度的恒定，对面形的稳定有很大的帮助。在高速拋光中，拋光液的温度要在 30~35 ℃范围内，并且要保持恒定。 


六、常用的加工方式 


光学镜片的加工方式按加工数量区分可以分为：成盘加工和单件加工。按上盘的方法区分可以分为：弹性上盘、成性上盘、自由上盘、弹性装夹和真空吸附等。常见的有下列方式古典抛光的火漆上盘，火漆用松香、沥青和滑石粉等配制，粘接强度很高，用加热法上 下盘。对上盘模的精度要求低，容易加工。火漆上盘模制造成本低。 成性上盘，在刚性上盘模基体上加工出光学镜片的定位孔，将镜片用很薄的胶粘接在上盘模上。用加热法上下盘。对刚性上盘模的精度要求很高，必须用高精度的设备加工，很难直接检验出刚性上盘模的制造精度，必须依靠加工过程的控制保证精度。制造成本比较高。高速加工中的单件自由装夹，将镜片放在夹具中，采用镜片在上的方法进行抛光。由于不使用粘接剂，上下夹具非常方便。盘加工，一次的加工数量多，因此加工效率高。单件加工，装卸方便，减少了上下盘工序，缩短了镜片的加工周期，有利于减少镜片的腐蚀。定中心磨边后的透镜返修，用单件加工法很方便，返修后对镜片中心偏的影响很小。 而成盘返修定中心磨边的镜片， 其中心偏可能有很大的变化。 火漆上盘加工，镜片的中心厚度公差控制在±.10mm 是很高的精度。成性上盘，一些 镜片中心厚度公差可以控制在± 0.02mm 。单件加工，镜片中心厚度公差可以控制在±0.01mm 。 以上是常见的几种抛光加工方法在部分方面的比较，采用任何一种方法都可以加工出镜片，只是加工的效率、成本、镜片的精度等级不同，每种加工方法工艺技术的重点也是不同的。 因此在选择加工方法时，要根据本企业的工艺技术特点和工艺水平选择。