11-2 加工余量

一  关于加工余量的基本概念 在光学加工过程中，为了从光学毛坯获得所需要零件的形状、尺寸和面质量，必须去除一定量的光学材料层，这一定量的光学材料层称为加工余量。 加工余量的给定是十分重要的。如果给出的余量太小，则加工不出符合技术要求的零件；如果余量太大，又会造成材料和加工工时的浪费。 光学零件的加工余量分： （一）  零件的线性尺寸余量  为获得给定的基本尺寸，各道工序所必须去除的光学材料层。 （二）  零件的角度余量  为获得规定的角度，各道工序所必须去除的材料层。由于零件的角度往往是由一些线性尺寸决定，所以实际上角度余量常以线性尺寸余量表示。 在每一工序之后给下一道工序留下的余量称为工序余量。 由工序余量组成加工余量的和，称为总加工余量。 根据光学零件加工工序，对于块料毛坯，零件的加工余量分为：锯切余量、整平余量、粗磨余量、精磨余量、抛光余量及定心磨边余量，若为型料，则可省去毛坯成型余量。 二  确定加工余量的原则 从用散粒磨料研磨和固着磨料磨削玻璃的机理知道，玻璃粗磨后表面产生具有一定深度的破坏层。精磨、抛光是要去除这一破坏层使玻璃表面形成符合要求的光学表面。因此确定加工余量的原则，硬实每道工序中去除余量△等于上一道工序产生的破坏层深度Fn-1与本道工序所产生的破坏层深度Fn之差，图11-2表示散粒磨料研磨、抛光时加工余量的确定。                                                                玻璃经第一道磨料粗磨后，加工表面产生 凹凸层hc和破坏层Fc，破坏层最深处以AA 表示。同样的，当用第二道磨料粗磨时，产 生凹凸层h1和破坏层F1，其破坏层深度不应 超过AA线，则第二道磨料的加工余量为图中 的△1。显然△1应等于Fc与F1之差。以后 各道磨料的研磨加工余量均可类推，这就构成 逐次研磨的加工过程，使零件表面宏观形状得 到进一步的校正，同时使微观结构得到改善。 最后一道磨料的精磨所产生的h和F都已相当 细微，因此，应该使最后一道磨料的F略微超 出Fc的最深线AA，然后通过抛光去除残留的相当细微的破坏层。余量的表达式为： △1 = Fc - F1 △2 = F1 - F2 ． ． ． △n =Fn-1 – Fn                                                (11-3) 值得指出，根据上述原则计算的余量是理论上的，实际上还必须考虑到加工中其它因素的影响。通常各厂根据具体情况给以适当的放大。 三  各工序余量的计算 （一） 锯切余量与公差 锯切余量与锯片的侧向振动、锯片的厚度和锯切的深度等因素有关，可按表11-1选取 表11-1  锯  切  余  量 锯切深度 mm 散粒磨料锯切余量 mm 金刚石锯片锯切余量 mm 锯片厚度1mm 锯片厚度2mm 锯片厚度1mm 锯片厚度2mm <10 1.5 3.0 1.5 2.5 10~65 2.0 3.2 1.8 2.7 >65 2.5 3.6 2.2 3.0           锯切的尺寸公差取±0.2~0.5mm. 上表面 (二) 研磨（或磨削）、抛光余量与公差 研磨（或磨削）的余量与被加工零件的形状、尺寸、毛坯的种类、表面形状、磨料与磨具的种类有关。抛光余量因十分微小，与精磨余量一起给定。 1. 散粒磨料研磨 散粒磨料粗磨余量是指毛坯粗加工需要磨去玻璃层的厚度，可参照表11-2 表11-2  散  粒  磨  料  粗  磨  余  量 零件直径后边长 ＜65 ＞65～120 ＞120～200   底面 上表面 底面 上表面 底面 上表面 透 镜 块料 1.0 1.2 1.5 型料 1 0.8 1.2 1.0 2 1.2 平面镜 块料 1.0 1.5 1.8 型料 1.2 0.8 1.8 1.2 2.5 1.5 棱 镜 块料 1.0 1.5 1.8 型料 1.2 0.8 1.8 1.2 2.5 1.5                 粗磨完工厚度尺寸及公差，可参阅表11-3 精磨和抛光的加工余量，与零件的直径有关，也与抛光完工后零件厚度尺寸的公差有关，所以，一方面可参照表11-3；另一方面，一般采用的数据为：零件直径小于10mm时，单面余量取0.15~0.20mm；零件直径大于10mm时，单面余量取0.20~0.25 mm，二个方面同时参考着决定。 表11-3  粗磨完厚度尺寸及公差 抛光完工厚度 尺寸的公差 mm 粗磨完工厚度尺寸及公差 mm 基本尺寸 公差 ±0.05 抛光完工厚度尺寸的上限 +0.15 -0.05 ±0.1 抛光完工厚度尺寸的上限 +0.1 -0.1 ±0.2 抛光完工厚度尺寸的上限 +0.1 -0.15 ±0.3 抛光完工厚度尺寸的上限 +0.05 -0.15 >±0.4 抛光完工厚度尺寸的上限 +0.03 -0.15       对于精度要求高、玻璃材料软、磨模硬度大、单件加工是，精磨余量应取大值。 2. 固着磨料磨削 金刚石磨具的铣磨，对平面来说，锯切以后，单面铣磨余量仍可参照表11-2；对球面来说，若为型料，也仍可参照表11-2；若为块料，并且以磨成平面平行的圆片，则单面铣磨开球面时，凸零件中心部位的余量，可取0.10~20mm。凹面为矢高。 目前，金刚石磨具铣磨后，有的铣磨机能加工出符合要求的球面，但是，也有的工件表面几何形状不规则，往往需要手修。手修余量根据铣磨后的质量考虑，可在0.05~0.10mm之间选择。对于棱镜，经铣磨机加工后，角度精度达不到要求，也要留手修角度余量，余量大小，决定于铣磨后的质量。但是，有的棱镜铣磨机，加工后，能够满足要求，当然也要看棱镜抛光后的角度要求。 高速精磨与超精磨的余量加在一起，对球面来说，单面余量取0.08mm 就够了。对于平面或大球面镜盘高速精磨的单面余量，不要超过0.05mm，否则，磨不下去。 粗磨铣磨后的厚度公差仍可参照表11-3。精磨后，因零件不下盘，不检查厚度公差，仅在加工中作厚度控制。抛光后的公差按光学零件图技术条件决定。 (三) 磨外圆和定心磨边余量与公差 1. 磨外圆余量与公差 磨外圆余量是指锯切下料后的方料，按其边长（不是对角线）磨到圆直径之间的磨去量，根据磨外圆机床与零件尺寸不同，参考表11-4，磨外圆公差可参考表11-5。 2. 定心磨边余量与公差 （1）  按经验数据给定，对焦距短于300mm和偏心差要求不高的零件，可参考表11-6。 （2） 生偏心的透镜，其定心磨边余量△D可由加工中所能达到的边厚差△t算出。如果透镜的名义直径为D，曲率半径为R1、R2，中心厚度为d，凸面的矢高为h1，如图11-3，那么，△t与△D的关系如下 表11-4    磨外圆余量 零件直径mm 加工种类 加工余量mm ＜7 无心磨床 0.4～0.6 7～40 手搓滚床 外圆磨床 改装车床 1.5～2.0 1.5～2.0 2. 0～2.5 ＞40 外圆磨床 改装车床 2.0～3.0 2.5～4.0       表11-5    磨外圆公差 加工方法 外圆公差 不圆柱度 无心磨床 手搓滚圆 外圆磨床 改装车床 0.05 0.10 0.5～0.10 0.10～0.20 0.01 0.01～0.10 0.05 0.10       表11-6    定心磨边余量 透镜完工直径mm 1.5～2 2～4 4～10 10～20 20～35 35～60 60～100 ＞100 定心磨边余量mm 0.4 0.6 0.8 1.2 1.6 2.0 2.5 3.0                   双凸透镜          △t= 双凹透镜 正弯月透镜 负弯月透镜 平凸平凹透镜 透镜定心磨边的直径公差，按光学零件图技术条件决定。 四  光学零件毛坯尺寸的计算 毛坯尺寸的计算，就是计算各工序中的毛坯的合理尺寸，而某一工序的毛坯尺寸是本工序完工后毛坯在增大方向上具有最大允差的尺寸和本工序加工余量之和。毛坯尺寸计算顺序与光学加工顺序相反。 （一） 透镜块料毛坯尺寸的计算 如图11-4所示，若毛坯的中心厚度为d ,透镜的最大允许的中心厚度为d0, 凹面的矢高为h，单面精磨余量为Pj，单面粗磨余量为Pc，则有下面的关系式 双凸透镜 弯月透镜 双凹透镜 （二） 棱境毛坯的计算 棱镜的型装是多样的，但都可看作若干个三棱镜的组合，因此，只需分析三棱镜毛坯尺寸的计算。设三棱镜的三个角度为α、β、γ，如图11-5所示，其对应的面积为3、2、1，毛坯的尺寸为Lx，棱镜的最大允许为L，精磨余量为Pj,初磨余量为Pc，则有下面关系式