高精度平面加工中的粗磨、精磨和抛光

这篇文章基本上都是蔡立教授写的书里面的，部分内容可能比较旧，部分内容可能对爱好者来说比较难做到，但，我想对各位想DIY平面镜的人来说，有一些参考价值。以下内容没有得到蔡教授的授权，希望大家不要转载。

   高精度平面加工中的粗磨、精磨和抛光工序中的方法及注意事项，对于完成高精度平面的制造是很重要的。高精度光学零件加工除了必要的条件外，还取决于加工者的熟练程度和丰富的经验，所以，在各道工序中还有许多适合加工者及具体情况的好方法。
（一）粗磨成型时产生表面应力的处理方法
   在粗磨铣磨中，由于机床速度快，磨砂颗粒大等原因，玻璃表面产生一层应力。这种应力经细磨、抛光且随着时间的推移可以逐渐消除，但是粗磨后的零件继续加工时，各个面不可能同时进行，只能逐个表面加工，这样在加工第二面时，已加工好的第一面便产生了边塌或边翘等，不得不反复加工，浪费工时，为了克服此疵病，在细磨、抛光前将粗磨成型的零件有20~25%氢氟酸溶液浸蚀10~20min，可消除应力。另一种消除应力的方法是将边缘和所有面进行粗略抛光后再进行细磨，抛光。
（二）精磨的方法和要求
精磨也称细磨，用303 1/2、304砂，它是冷加工中一道重要工序，尤其是对于高精度平面，如果细磨不好将会影响加工精度。具体要求如下：
(1) 面形好，平细，用反射光观察时，整个面光滑均匀。用直角样板检验平度，用千分表测量厚度。整个面光圈N/≤2，厚度差2um。
（2）用肉眼观察无粗砂眼和道子。磨盘口径要比零件口径大1/3。研磨时将零件放在不能转动的平面磨盘上，加工者边用手推磨边围绕工作台转。用力不宜过大，以防止塌边。砂子颗粒要均匀，加砂时将零件取下，将砂抹均匀，加水不宜太多，保持转动流畅即可。
 （三）抛光方法
 抛光是冷加工中最后和最关键一道工序。在这一工序中，除去细磨后的凹凸层及裂纹层，使表面透明光滑，达到规定的表面疵病等级，精确地修正表面几何形状，达到规定的面形平度，N和△N均达到图纸要求。
 抛光仍然采用古典抛光法，即采用普通透镜研磨抛光机及分离器抛光，抛光膜材料多采用柏油加松香，抛光剂主要使用氧化铈或氧化铁加水等。以机订速度和加压力来实现抛光。这种抛光方法虽然效率低，但对加工中等精度以上的光学平面是常用的，也是加工高精度大口径光学零件的方法。直径小的零件可采用多片上盘法。以便优选检测，精度可达到λ/50~  λ/100。
（1）抛光上盘法
抛光上盘通常采用如弹性胶、浮胶、或光胶方法。不同形状和规格的零件选用不同粘结方法，如口径与厚度比为10：2的零件，口径虽大，也可不考虑粘结变形问题，用软胶点或胶条均可，因为零件厚，强度大，不致于变形。用软胶上盘的好处是下盘方便，并能适应加工中温度的变化，对加工检测都有利。大口径零件或口径与厚度比大于10：2的零件，应采用硬点子胶，这样在修正光圈时，可避免由于机头压力或线速度大，零件随之变化而增加的加工困难。硬点子胶粘结时，应注意粘结盘会使玻璃受热变形，且冷却后也不能恢复，这将使得零件下盘后变形。粘结时将零件置于水盆内，使水比零件高约2~3mm，并在零件圆周边缘等分三点上放约3mm左右等厚玻璃小片，来保持零件和粘结盘表面的平行。水的作用粘结盘热量不至于传到零件上。
光胶法上盘能较全面地克服胶结变形，适应各种高精度零件加工上盘，尤其是高精度批量零件的生产。光胶法要求光胶两表面相对误差N=1~2光圈方可进行光胶。
浮胶法也称假光胶法。多用于直径小，精度高的平面镜的抛光上盘。形状不对称而且薄的平面镜（如扇形镜），需要多片上盘时也可使用浮胶法。这种方法就是用一块表面平度为1/2~1/4光圈的平面玻璃垫板，它的直径与粘盘相同，把它粘到粘盘上，再将要加工的零件放到平面玻璃上，摆成盘，将熔化好的松香蜡（松香与蜡比为3：1）涂到零件空隙中间，蜡凉后就把零件固定住了，如图所示。这种胶结法，对于零件的正面是没有拉力的，但侧面有拉力。要注意涂蜡温度不能高，刚熔化就行，在空隙间的蜡层的厚度为零件厚度一半多一些，并且都一样厚。零件和平面玻璃接触的一面要细磨的很平，且没有灰尘夹杂到中间去。这种方法粘结力不大，所以要注意机器转速不能太高，也不能用冷水冲洗。
（2）抛光辅料的选择
用做抛光盘的柏油、松香和蜂蜡等，要求有良好的吸附性能、弹性、可塑性和化学稳定性及一定的硬度。
抛光剂多采用氧化铁抛光粉（又称红粉），它属于γ型氧化铁（γ-Fe2O3 ），晶格结构是斜方晶系，颗粒外形呈棱状；粒度为0.5~1um；硬度为莫氏4~7；比重为5.2。抛光效率较低，表面粗糙较低，是加工高表面度光学零件比较理想的抛光剂。还有一种叫作氧化铈的抛光粉，它是稀土金属氧化物，属于立方晶系，颗粒外形呈多边型，棱角明显，粒度范围较大，由1~40um，莫氏硬度为6~8；比重为7.3；抛光能力高，污染小，纯度高。但在抛光高精度的表面时，必须选用粒度小于5um的抛光粉。
 （3）抛光机床和抛光胶模盘的选择
抛光机床就具有较好的稳定性，最慢的转速和摆速及较大功率，形状较小精度较高的零件或反修件也可在脚踏机上进行加工。
抛光模盘的选择应根据镜面面积大小面定，在抛光机上加工时，若抛光模在下，抛光盘应比镜盘直径大20~30%；反之，抛光盘应比镜盘直径小5~10%。柏油胶层厚度约为4~7mm为宜。
4.光圈修正
在抛光过程中，由于各种因素的影响，工件表面的几何精度（N和△N）超出了图纸要求。为了消除这些误差，第一要正确判断产生误差的原因；第二要正确调整机床的各参数，以及修改抛光盘的形状和改变压力来修光圈。

太好了!