解析光学玻璃的超声波精密加工

解析光学玻璃的超声波精密加工
1)钻孔的精美问题

在光学件制造中，多采用的是钻头打孔方式。在打孔过程中，常出现锥形、中心偏、爆边和破片等问题。这类打孑L方式，对于精度要求不高的孔可满足加工要求，但对高精度、轴心位置误差要求高的孔，传统加工方式通常不能满足要求。同时由于传统打孔方式由工人师傅操作，钻孔质量还依赖于操作人员的熟练程度 。

2)切槽的崩边问题

由于玻璃的硬脆特性，加工过程中的崩边无法避免。但玻璃基板边缘的崩边现象直接影响工件后续镀膜的平整度，从而影响到成品测量的精度。因此，需要将崩边控制到*小程度。加工过程中如不注意，崩边现象明显，将导致玻璃基板报废(图1)。



3)切削的精密问题

由于精密测量的要求，一对玻璃基板要求镀膜面重合度高，误差不超过丝米级。如采用传统的研抛工艺，不但周期长，成本高，而且镀膜面的加工精度很难保证。

3 超声波加工在光学玻璃精密加工上的应用

3．1 超声波加工基本原理

超声波加工(uhrasonic machining，USM)是利用工具端面作超声频振动，通过磨料悬浮液加工硬脆材料的一种加工方法，其加工原理如图2所示。超声波发生器将工频交流电能转变为有一定功率输出的超声频电振荡，通过换能器将此超声频电振荡转变为超声机械振动，借助于振幅扩大棒把振动的位移幅值由0．005～0．01mm放大到0．01～0．15 mm，驱动工具振动。工具端面在振动中冲击工作液中的悬浮磨粒，使其以很大的速度，不断地撞击、抛磨被加工表面，把加工区域的材料粉碎成很细的微粒后打击下来。
3．2 超声波加工特点

1)适宜加工各种硬脆材料，特别是电火花加工和电解加工难以加工的不导电材料和半导体材料，如光学玻璃等。

2)工件加工精度高、表面粗糙度低。超声波加工可获得较高的加工精度(尺寸精度可达0．001～0．02 mm)和较低的表面粗糙度(Ra值为0．05～0．2)，被加工表面无残余应力、**等现象，也适合加工薄壁、窄缝和低刚度零件。

3)易于加工各种复杂形状的型孔、型腔和成型表面等。

4)作为特种加工的一种，加工智能化高，操作方便。

4 实验研究及分析

4．1 实验研究

采用ULTRASONIC20linear超声波加工中心(DMG)对K9材料的玻璃基板进行加工实验。两块玻璃基板加工完毕后，用万能工具显微镜测量玻璃基板的外形尺寸结果如表1所示。



玻璃基板对细槽有高精度要求。用万能工具显微镜检测一对玻璃基板如图3标注的细槽宽度(L)。
玻璃基板要求有高精度内孔。用万能工具显微镜测量1号玻璃基板8个圆孔正反两面直径(D)的尺寸，以检测打孔锥度，测量打孔的形状误差。1号玻璃基板正面圆孔如图4标注。

玻璃基板要求有高精度内孔。用万能工具显微镜测量1号玻璃基板8个圆孔正反两面直径(D)的尺寸，以检测打孔锥度，测量打孔的形状误差。1号玻璃基板正面圆孔如图4标注。

实验分析

从测量结果可以看出，采用超声波加工方式，尺寸精度达到丝米级是很容易保证的。实际上若有加工精度需求，用ULTRASONIC 20 linear超声波加工中心(DMG)加工，*高加工精度可达微米。采用超声波加工，钻孔的形状误差减小，并可以加工传统加工工艺无法胜任的加工难题，如凹面、细槽等。采用超声波加工，可以缩短5倍加工工时。所以可以说，因解决硬脆材质加工而发展起来的超声波加工，是光学玻璃加工的*好选择。

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