精磨

5-3球面金刚石高速精磨工艺

一、金刚石磨具的尺寸在高速精磨中，工件的几何精度和表面质量靠磨具来成型。因此金刚石磨具的尺寸、性能、复盖比、排列方式及磨片的特性参数（精度、浓度、结合剂）都直接影响工件的质量和效率。

①磨的磨具是把金刚石磨片按一定形式排列在磨具基体上，用粘结胶粘结而成，固化后修磨。

②修磨时，是用于先修好光圈的球模，加金刚砂和水，研磨金刚石磨盘。

③修磨后，用磨盘磨玻璃，看玻璃的光圈如何。

④中央留有内空，喷冷却液。

（一）球面金刚石精磨磨盘的曲率半径

粗磨、精磨、抛光各工序之间曲率半径的关系。加工凸球时，即凹模

图加工凸球面的各道工序磨具的曲率半径的关系

如图：零件为粗磨完工后，故其半径为Rc，粗磨模半径Rm，粗磨零

件为贴置模检查，半径为Rtm,检查后零件用精磨模研磨，半径为Rjm,△h1为Rc与Rtm在零件口径上的矢高差，即精磨盘与贴置模之间的光圈差。

为了保证零件为低光圈，并且有低得多提为低得少，应使每道工序都从边缘磨起半径变小。

故应：对凸球面零件（即凹磨盘）Rcm>Rtm>Rjm>Rpm

对凹球面零件（即凸模盘）Rcm

由于高速精磨出来的零件表面粗糙度比散粒小，故所留低光圈数小些，

第一道精磨盘磨出来零件光圈比抛光后光圈低4~ 5道

第二道精磨盘磨出来零件光圈比抛光后光圈低1~2道

（二）精磨盘与镜盘的相对位置和相对尺寸

1、精磨盘与镜盘的相对位置：磨具在主轴上，高速旋转

实现高速磨削

操作方便

镜盘偏心较小

2、精磨盘与镜盘的相对尺寸

指磨盘口径（或矢高）与镜盘口径（或矢高）的比例。

它与相互位置，零件曲率半径有关（不管磨盘、镜盘），p76,表5-5

3、精磨盘的基本半径

R jt=R jm t § ( 凸凹 )

R jt——基本表面曲率半径；R jm——精磨盘要求；t——精磨片厚度；§——胶层厚度，一般取0.1mm

为了保证磨具拧到主轴上，使磨具表面球心与摆架回转处于同一水平，基体一定要有一个基准面。H’为定位尺寸。标注R、H、 D、H’，故设计基本时，除注明R、D、H外，还要注明定位尺寸H’。

P77 图5-14

二、精磨片特性参数的选择

与金刚石磨具参数选择类似

1.粒度：精磨要求较高的磨削效率和较好粗糙度，故常有两个磨

具精磨。

第一道精磨粒度粗些，W20~W28，磨削量大；

第二道精磨粒度细些，W7~W10，粗糙度好。

也可只精磨一道，用W14为宜。

2.浓度

磨具金刚石层内，4.4克拉/cm3，适当的浓度对效率、质量、磨尖寿命均有利。常用40%~50% 法国，西德35%~50% 美国15%~75% 中国 30%~50%

3.结合剂

精磨工序中普遍使用金属结合剂：硬青铜结合剂（铁、钴、铜）：寿命长；钢结合剂：耐磨质量稳定，软青铜结合剂（树脂+青

铜）：加工大、薄零件。

美国：钢结合剂

西德、法国：（铁、钴、铜）硬青铜

日本：金属结合剂，树脂结合剂

我国：青铜结合剂作用把持金刚石颗粒，其磨损速度应与金刚

石磨耗速度大致相同，平衡磨耗。

故结合剂硬度要与玻璃硬度匹配：玻璃硬，结合剂硬；磨削

量大玻璃软，结合剂软；不出道子

①光学玻璃（K9）比对按磨耗，把结合剂硬度分

硬、中硬、软三种类，

②光学玻璃选精磨片硬度p78表5-6.7.8

如：ZBaF1—67—MZ—1(65左右，中硬玻璃)，结合剂05

4、精磨片的形状、尺寸

形状：圆、距（苏联），工作面：平、凸、凹三种，尺寸主

要φ，t

磨片直径φ：取决于精磨盘的曲率半径，口径和镜盘的直径。

磨片厚度t:取决于精磨的直径。φ↑，t↓

参数P78表5-9

附2.3页

三．工艺因素对球面高速精磨的影响

指影响精磨的因素①效率：磨去量

②质量：粗糙度；

③磨具寿命；

④金刚石磨片的钝化

工艺因素包括：

①机床：主轴转速、压力、摆幅；

②磨具：磨片粒度、浓度、结合剂、摆列方式、复盖比等等；

③冷却液：种类，性能，流量、温度等；

④玻璃；品种、工作原始表面粗糙度；

⑤加工时间

1.主轴转速：

玻璃的磨削量随主轴转速的增大成线性增加，表面粗糙度，及凸凹层深度随磨削量增大而增大；磨具磨耗也随主轴转速提高而成线性增加。

国内精磨机主轴转速达几千转，小球面：2~3000转/ 分；中球面：1000转/分左右

2.压强的影响

玻璃的磨去量随压强增大而增大但q(1Kg/cm2,成直线；

q)1Kg/cm2，增大。但不是直线。

3.玻璃原始表面粗糙度

实验表面，在加工条件完全相同的情况下，加工原始表面粗糙度

不同的零件，经测定结果表明，工件原始表面粗糙度大，玻璃磨去量大。这是因为

①粗磨完成后的工件表面粗糙度大，有助于磨具的机械自锐作

用，有利于提高磨削效率，但也不能太粗，会使精磨后的破坏层抛光无法去除，留下砂眼；

②玻璃破坏层内的较深裂纹和凸凹不平的表面，去除破坏层比去

除致密的基体快。

4.玻璃品种4页

去除量随品种而异，一般说来，玻璃硬度大，磨去量小。

5.加工时间

①一般说来，玻璃磨去量随加工时间延长而增加，这决定于玻璃

品种和磨片结合剂的种类；

②加工时间与表面粗糙度和关系分三种情况

散粒磨料精磨工艺

磨料

精磨磨料最粗粒度为W40,最后一道工序的磨料通常视工艺条件而定的。

磨料的使用次序不是一次将所有相邻编号的磨料都用上，而是要按照一定原则能迅速除去上一道磨料的粗糙表面，从而得到均匀的精磨表面。

精磨模的材料

常用的材料为铸铁HT20-40、黄铜H62、砖黄铜HSi80-3。对

于较大直径的平面模具表面，可铣出一些沟槽，以便磨料流通和排出磨下的材料。

精磨模的修改

精磨模经车床加工后，其工作面曲率半径的精度还不能满足光学加工的要求，需进行修改。当精磨模使用一段时间后，表面变形较大，也需要修改。

当修改球模时凹凸模对磨，凹模在上，曲率半径变小；凸模在上，曲率半径变大。

当修改平模时两模误差同号时，顶针放正，振幅中等；两模误差异号时，中心凸起在上，凹下在下，顶针偏离大。

影响精磨模表面曲率半径精度的工艺因素

精磨时玻璃镜盘在精度模上的研磨过程，在磨削玻璃的同时，精磨模也有一定的磨损。逐渐，精磨模就不能保证工件的加工精度。

精磨模与镜盘的相对尺寸

球模时，相对尺寸指Hjm/Hj,平模或大曲率半径时球模，相对尺寸为Djm/Dj.

摆幅的大小

摆幅就是上模摆动的幅度。摆幅越大，上模的中部与下模的边缘磨削较多。因此，摆幅大小应合适。对于平模，上模摆动的距离为下模直径的0.45~0.65范围内；对于球模，上模摆动的角度为下模张角2r的04~0.55范围内。

顶针的前后伸缩

上模中心与下模中心的偏离；偏离越大，上模的中部和下模的边缘磨削较多。因此偏离量的大小也应合适，对于平面，偏离量可取摆幅大小的0~0.1.对于球面为0~0.4.

主轴转速与上模摆速之比

就是主轴转速与偏心轮转速之比。主轴转速越大，下模边缘磨削越大；偏心轮转的越快，上模与下模中心部分磨的越快。对于平面来说，主轴转速为摆幅的0.4~0.8倍，对于球面为1~2.5倍。

精磨注意事项

磨料粒度要均匀，他是精度质量的关键之一；每次加磨料时，要均匀散开，不宜成团的添加；

磨料悬浮液不应太稀或太稠，否则易出划痕；

每次更换磨料时，工作及镜盘应刷洗干净，机器台面也应擦拭干净；

精磨完毕，应用放大镜检查表面有无粗砂眼或划痕；

应经常检查精度面的曲率半径和平面度，发现变化较大时，应及时修整模具。

常见病疵及产生原因

高速精磨工艺5页

高速精磨用金刚石模具

球面金刚石模具

球面金刚石模具结构由金刚石精磨片、粘结剂和模具基体组成。球面金刚石精磨模的曲率半径

金刚石精磨模的曲率半径于散粒磨料精磨模曲率半径的计算有些不同，一般情况下，第一道静默后的光圈数比抛光后的低3~4道，第二道精磨后的光圈数比抛光后的低1~2道。

工艺因素对高速精磨的影响

机床主轴转速

玻璃的磨削量与机床主轴的转速成正比。

镜盘压力

玻璃的磨削量与镜盘的压力成正比。

加工时间的影响

玻璃的磨削量与加工的时间成正比。

工件初识表面粗糙度

工件初识表面粗糙度影响高速精磨的精度，粗糙度越大，玻璃的磨削量越大，精磨后的粗糙度越大。

工艺因素对高速精磨的影响

光圈匹配

光圈匹配指的是被加工镜盘的曲率半径与最后完工的曲率半径之间的差别；一般情况，镜盘的要比完工的光圈低3~4圈。

金刚石精磨片的覆盖比

复盖比与磨削量成反比，对于打球面，覆盖比取小些，对于小球面，覆盖比取大些。

冷却液

在高速精磨是必然后产生大量的磨削热，为减小热应变对玻璃的影响，必须用冷却液进行冷却、润滑及清洗。

常见疵病及产生原因

常见疵病及产生原因（1）

5-4金刚石精磨中的冷却液

高速精磨：①三乙醇胺——水；②甘油——水③三乙醇胺——甘油——水

用金刚石磨具在高速精磨机床上加工零件，机床和磨具对玻璃的机械磨削作用是主要的。但是冷却液的作用也很重要。冷却清洗、润滑、化学作用直接影响去除量、表面粗糙度的磨具寿命。

一、冷却作用

指冷却液流经玻璃和工具表面时，吸收和带走热量的能力。

高速精磨是在高速高压下工作，必然产生较多磨削热。冷却作用要适当才有利于磨削。①若冷却作用太强，温度太低，会使粘结胶变硬，零件脱落，若冷却不足，温度高，磨具磨耗大；②与抛光液温差大，光圈衔接不好。影响磨具寿命和尺寸形稳性。在液体中，水的冷却作用最好，价廉；油的冷却作用最差；乳化液冷却作用介于二者之间。

二．润滑作用

指减少金刚石磨具与工件接触面磨损的能力。

冷却液润滑性好，可以减少摩擦，也可以减少玻璃屑对磨具的附着作用，有利于延迟磨具的釉化，保护磨具，提高效率工件质量。润滑作用过大，会降低磨削效率。

二、清洗作用

指及时清除加工中产生的玻璃碎屑和磨具碎屑的能力。

若冷却液清洗作用差，加工中不断产生的碎屑得不到及时清除，就会堆积在玻璃和磨具的表面上。在高速高压作用下，在磨具表面很快形成一层材料膜，使磨具变钝，这就是金刚石磨具的釉化。

釉化（变钝）的磨具不仅会破坏自锐作用，降低磨削效率，还会使表面粗糙度加大，降低磨具使用寿命。

对于循环使用的冷却液，其中碎屑含量不宜多，应及时清除碎屑或更换，在一定范围内增大冷却液的流量是提高清洗作用的有效方法。

四．化学作用

目前国内外广泛使用的高速就精磨冷却液是以水为主体的水溶性冷却液，①三乙醇胺——水；②甘油——水③三乙醇胺——甘油——水

以三乙醇胺——水冷却液为例，说明对磨具和玻璃的作用：

1.冷却液对金刚石磨具的化学自锐作用

金刚石磨片中，金属结合剂中的铜，能与空气中的二氧化碳、氧、冷却液中的水生成两种碱式碳酸铜：

CuCO3*Cu(OH)2*H2O Cu+CO2+H2O+O2

2[CuCO3* Cu(OH)2] 2