【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 的平面將球切割，其切口形成一個(gè)圓，它相當(dāng)于斜截圓。斜截圓與 OX 軸的交點(diǎn)為 0、從 039。點(diǎn)到圓周上的距離為 ro， ro 相當(dāng)磨輪中 Dm 之半，即 ro=Dm/2。 從球心 0 到斜截圓周上任意點(diǎn)的距離相等，此距離定為 R(相當(dāng)工件半徑），令 A、 B、 C、 D、為圓周上的點(diǎn)，那么 亦即 ABCD 是以 0 為球心， R 為半徑的球上的圓，此圓半徑為 r。圓心 039。是直線 OX(相當(dāng)磨輪軸線）垂直于此圓的垂足。角 AOX=a(相當(dāng)兩軸夾角），面OA=ro=Dm/2,則 在圖 22(b〉中 ,把斜截圓上的一點(diǎn) A 與球心 0 相連的直線 OA 作為軸〈相當(dāng)工件軸），直線 OX 對(duì) OA 回轉(zhuǎn)，并保持角 AOX=a， OA=R 的關(guān)系。若旋轉(zhuǎn)一周，圓ABCD 描述的軌跡，是以 0 為球心的球面，也就是球面 ACEFG 被加工出來(lái)。 如果 OX 軸不繞 OA 軸回轉(zhuǎn)，而是兩者各繞 OX 軸和 OA 軸作自身轉(zhuǎn)動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)軌跡與上相同。由此可見(jiàn)， 銖削加工表面的形狀，實(shí)際上是某一加工周期內(nèi)，斜截圓運(yùn)動(dòng)軌跡的總和。如圖 23 所示。 ＿＿＿＿＿＿＿ 河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) ＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿ 球面銑磨加工工藝 14 圖 23 斜截圓的運(yùn)動(dòng)軌跡 圖 24 磨輪軸與工件軸的坐標(biāo)系 (二）斜截圓的軌跡方程 在圖 24 中，坐標(biāo)原點(diǎn) 0 為工件軸和磨輪軸的交點(diǎn)（即 0點(diǎn)為工件表面的曲率中心）， OZ 為工件軸線， OA=R,OZ39。為磨輪軸線， 039。為斜截圃的中心， ro 為斜截圓半徑，在 X’ .Y’ .Z’ 坐標(biāo)系中，斜截圓的方程為 20239。239。 rYX ?? 20239。 rRZ ?? （ 23） 設(shè) M 為斜截圓上的一點(diǎn)， M 點(diǎn)在 X, 坐標(biāo)系中的坐標(biāo)為（ X,Y,Z） ,M點(diǎn)在X’ ,Y’ ,Z’ 坐標(biāo)系中的坐標(biāo)為（ X’ ,Y’ ,Z’ ） ,滿足（ 23）式，將 M 點(diǎn)的（ X’ ,Y’ ,Z’ ）轉(zhuǎn)換到 X,Y,Z 坐標(biāo)中，即求出 M 點(diǎn)兩坐標(biāo)的關(guān)系。根據(jù)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換公式 aZaYX s inc os39。 ?? aZaYZ c oss in39。 ?? XX?39。 （ 24） 將（ 23）式代入（ 24）式，并化簡(jiǎn)得 （ 25） （ 25）式是以 R 為半徑的球面方程，它說(shuō)明斜截圓上任意一點(diǎn)的軌跡方程＿＿＿＿＿＿＿ 河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) ＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿ 球面銑磨加工工藝 15 為球面，即銑削加工的運(yùn)動(dòng)軌跡為球面。 平面銑磨原理 平面銑削加工的目的，是獲得具有一定平面度或平行度要求的平面零件。 平面零件實(shí)際上是曲率半徑為∞的球面零件。按球面銑射原理公式（ 21），當(dāng) a=，并且處于兩一平面內(nèi)時(shí)， R=∞，則斜截圓在 工件表面上的軌跡 是一個(gè)平面。因此，球面銑磨機(jī)可以銑磨平面零件 .在生產(chǎn)中，很多光學(xué)廠是采用大型球面銑磨機(jī)加工平面或棱鏡。 目前國(guó)內(nèi)已有專供加工平面零件的銑磨機(jī)，如 PM500 大型平面銑磨機(jī)，加工的直徑范圍為 500mm。銑磨原理如圖 25所示。工件繞自身軸轉(zhuǎn)動(dòng)，起進(jìn)給作用。磨輪繞高速軸旋銑磨工件，同時(shí)磨輪叉沿軸向進(jìn)刀，達(dá)到逐漸吃刀銑磨工件的目的。 平行平面銑磨原理如圖 26 所示。兩個(gè)筒形金剛石磨輪同時(shí)銑磨兩個(gè)平行平面。磨輪繞自身軸線旋裝，又沿軸向進(jìn)刀。工件在工作臺(tái)的拖到下，進(jìn)行縱向送進(jìn)或返回，國(guó)產(chǎn) PM25 型就是專用于銑磨平行 平面的銑磨機(jī)，它的加工范圍是，厚度為 5 ~100mm，長(zhǎng)度為 250mm. ＿＿＿＿＿＿＿ 河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) ＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿ 球面銑磨加工工藝 16 銑槽及磨圓弧原理 有些光學(xué)零件，如棱鏡和平面鏡等，為了便于安裝固定或減輕重量等原因，往往需要進(jìn)行銑槽、磨圓弧或其它成型表面的加工等。由于粗磨機(jī)械化加工工藝的發(fā)展，目前，對(duì)這類零件的加工也多采用金剛石磨具，代替手工研磨。圖 411所示，是采用成型金剛石磨輪銑圓弧面。圖 412 所示，是采用平砂輪加工棱鏡的圓弧面。圖 413 所示是采用柱形金剛石磨輪銑槽。 ＿＿＿＿＿＿＿ 河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) ＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿ 球面銑磨加工工藝 17 磨料金剛石磨輪的選擇 磨料 (一 )種類 研磨光學(xué)玻璃 所用的磨料有天然磨料和人造磨料兩大類。主要的天然磨料有金剛石（ C） 、剛玉（ AL2O3） 和金剛砂（主要成分也是氧化鋁，但含量低于 60%）。常用的人造磨料有人造金剛石、人造剛玉、人造碳化硅（ SIC） 和碳化硼（ B4）等。在粗磨中，使用最多、效率最高地磨料是碳化硅（俗稱金剛砂），其莫氏硬度為 ‐ 。精磨中最常用的磨料是剛玉，莫氏硬度為 9，尤其是人造剛玉，價(jià)格便宜，使用廣泛，金剛石的硬度最髙，莫氏硬度為 10，它多以固著磨具的形式用于研磨和其他工序中。碳化硼的硬度僅次于金剛石，它適用于精磨。 (二）粒度 磨料 的粒度是以顆粒的大小分類的。我國(guó)的磨料粒度號(hào)規(guī)定 ,對(duì)用篩逸法獲得的磨料，粒度號(hào)用一英寸長(zhǎng)度上有多少個(gè)篩孔數(shù)來(lái)命名的。如 60粒度是指一英寸長(zhǎng)度上有 60 個(gè)孔， 依次類推。而用“ WX X 表示的微粉粒度，是用水選法分級(jí)的，其粒度號(hào)表示磨料的實(shí)際尺寸，如 W20，表示該號(hào)微粉主要組成粒度尺寸為 20u。 一些主要國(guó)家金剛石粒度表示法 ＿＿＿＿＿＿＿ 河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) ＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿ 球面銑磨加工工藝 18 磨具 目前，在粗磨工序中，通常采用的磨具有兩種。一種是普通磨嵙制成的砂輪，另一種是用結(jié)合劑固著的金剛石磨具。金剛石磨具使用壽命長(zhǎng)，生產(chǎn)效率高，它已成為 粗磨機(jī)械化加工的主要工具。因此，深入了解、正確選擇、合理使用金剛石磨具，對(duì)提髙生產(chǎn)效率和改善加工質(zhì)量具有重要義。 (一）金剛石磨具的結(jié)構(gòu) 金剛石磨具通常是由金剛石層、過(guò)渡層和基體三茚分抅成，如面 31 所示。 它是金剛石磨具的工作部分，由金剛石顆粒和結(jié)合劑組成。因?yàn)榻饎偸且环N稀有昂貴的材料，所以金剛石磨具只在金剛石層中含有金剛石。金剛石層的厚度，主要根據(jù)工件的磨削余量和深度而定，粗磨銑磨機(jī)上用的磨輪，金剛石層厚度一般在 2~3mm 左右。 ＿＿＿＿＿＿＿ 河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) ＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿ 球面銑磨加工工藝 19 只含有結(jié)合劑，對(duì)金剛石層和基體之間起著連 接固結(jié)作用。過(guò)渡層 般為 1? 2mm。 3. 基體 用于承載金剛石層和過(guò)渡層，并在磨具便用時(shí)，牢固地將其固定在機(jī)床磨頭軸上。一般金屬結(jié)合劑的鋸片和磨輪選用鋼作基體，樹(shù)脂結(jié)合劑磨輪選用鋁、銅或電木等作基體。 金剛石磨輪的選擇 金剛石磨具特性標(biāo)志有粒度、硬度、濃度、結(jié)合劑種類和磨具形狀尺寸等。 金剛石磨具的特性由下述參數(shù)表示 ,金剛石種類有天然的和人造的，分別用JT和 JR 表示 .金剛石磨具的特性標(biāo)志及書(shū)寫(xiě)順序如下 : 1) 磨料 :代號(hào)為 JT,JR1， JR2， JR3 2) 粒度 :常用 80 W5 3) 硬度 :常用 Z(中）， ZY(中硬〉 4) 濃度 :常用 25%， 50%， 70%， 100% 5) 結(jié)合劑：樹(shù)脂結(jié)合劑（ S)，青銅結(jié)合劑（ Q)，陶瓷結(jié)合劑〔 A），電鍍結(jié)合劑 (D) 6) 形狀 :平行輪（ P），薄片輪（ PB)，杯形輪〔 B〕，碗形一號(hào)輪（ BW1）， ＿＿＿＿＿＿＿ 河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) ＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿ 球面銑磨加工工藝 20 碗形二號(hào)輪 (BW2，碟形一號(hào)輪（ D1） ，碟形二號(hào)輪（ D2)，單面凹輪 (PDA)，雙面凹輪〔 PSA）筒形輪（ NP,NH） ，切割輪（ PBG）等 7) 外徑 :代號(hào) D 8) 厚度 :代號(hào) H 9) 孔徑 :代號(hào) d 10) 金剛石層環(huán)厚 :代號(hào) b 11) 金剛石層層厚 :代號(hào) h 12) 金剛石角度 :代號(hào) a 粒度 金剛石磨具的粒度對(duì)磨削效率和表面粗糙度的影響正好 相反，粒度越細(xì)，工件表面粗糖度愈小，則效率越低，粒度對(duì)表面粗糙度的影響近似成直線關(guān)系。選擇粒度的原則是：在保證工件粗糙度要求的前提下，盡可能采用粒度粗的磨輪加工，以提高磨削效率。但是，在濃度一定的情況下，粒度越大，粒數(shù)越小，每個(gè)顆粒上受到的壓力加大，則造成磨具磨耗增大、銑磨用的磨具粒度，范圍 180 到 200 。 結(jié)合劑 結(jié)合劑是把金剛石顆粒固結(jié)于磨具基體上的物質(zhì)，結(jié)合劑對(duì)磨具的使用壽命和磨削能力影響很大。因此，合理地選擇結(jié)合劑，對(duì)提高生產(chǎn)率和零件表面質(zhì)量是很重要的。 目前，國(guó)內(nèi)外使用的結(jié)合劑共有四大類。 耐麿性由弱到強(qiáng)的順序?yàn)?，?shù)脂結(jié)合劑，陶瓷結(jié)合劑，金屑結(jié)合劑和電鍍結(jié)合劑，金屬結(jié)合劑又分為銅基、硬質(zhì)合金基和鐵基三種。 一些主要國(guó)家結(jié)合劑代號(hào)對(duì)照表見(jiàn)表 32 ＿＿＿＿＿＿＿ 河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) ＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿ 球面銑磨加工工藝 21 目前國(guó)內(nèi)使用的磨具采用的結(jié)合劑有： （ 1） 青銅結(jié)合劑 青銅結(jié)合劑，耐磨性好，磨耗小，使用壽命長(zhǎng)，可以承受較大的載荷磨削。但是，青銅結(jié)合劑磨具成本髙，本身自銳性稍差，鈍化的金剛石顆粒不能及時(shí)脫落，磨削過(guò)裎中不便充分冷卻，易堵塞發(fā)熱，有時(shí)需修整。 青銅結(jié)合劑磨具使用很廣泛。通常用于開(kāi)料鋸片、磨外圓的平形磨輪、銑磨平面、球面的金剛石磨輪 以及高速精磨磨具等。 (2) 電鍍結(jié)合劑 電鍍金剛石磨具是用電沉積金厲的方法，把金剛石顆粒 嵌接 在基體表面上。通常磨具表面只有一層金剛石顆粒，如圖 33 所示。 這種磨具結(jié)合力很強(qiáng)，磨削效率高。電鍍磨具與同一濃度的壓制磨具相此，有近 10 倍的金剛石顆粒參加磨削。金屬結(jié)合劑的壓制磨具，表面工作層僅有5%10%的磨粒構(gòu)成磨削刃。另外，電鍍結(jié)合劑的鎳結(jié)合層與工件之問(wèn)并不接觸，＿＿＿＿＿＿＿ 河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) ＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿ 球面銑磨加工工藝 22 因此磨具的壽命長(zhǎng)，直到金剛石顆粒被磨損到結(jié)合層為止。由于磨具的鎳結(jié)合層與工拌不接觸，摩擦力小，為高速磨削提供可能。麿具磨損后，可用重新鍍 制的方法使其復(fù)新，磨具不必報(bào)廢。由于磨輪具有開(kāi)放式結(jié)構(gòu)，所以冷卻液可以連續(xù)不斷地與金剛石切削點(diǎn)充分接觸，從而避免金剛石由于過(guò)熱而引起碳化。 它的缺點(diǎn)，一是磨具在使用末期，磨損至基底時(shí)，為防止突然發(fā)生卡死現(xiàn)象，必須采用監(jiān)控表；二是金剛石磨損時(shí)性能會(huì)發(fā)生變化。另外，因受電鍍層的限制，金剛石層不能太厚。因此，電鍍結(jié)合劑磨具，目前僅用于制作特小、特薄和其他 特殊形狀的磨具，如套料筒、內(nèi)圓切割鋸片等。但由于電鍍金剛石磨具獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，它具有廣泛的發(fā)展前景。 (3) 樹(shù)脂結(jié)合劑 樹(shù)脂結(jié)合劑的磨具，加工的表面粗糙度小，磨削 中不易堵塞，容易修整，但其結(jié)合力小，耐磨性差，不適合于大負(fù)荷磨削。樹(shù)脂結(jié)合劑磨具多用于精磨和初拋光 （ 4）陶瓷結(jié)合劑 陶瓷結(jié)合劑的金剛石磨具酎磨性強(qiáng)，磨削中不易堵塞和發(fā)熱。耐磨性和磨削效率介于樹(shù)脂結(jié)合劑和金屬結(jié)合劑之間。同時(shí)，具有良好的耐熱性、化學(xué)穩(wěn)定性和耐水性，它不怕腐燭和潮濕。因此，可以使用任何一種冷卻液。但是由于這種磨具的脆性大，在光學(xué)加工中應(yīng)用裉少。 硬度 磨輪的硬度是指磨具表面的磨粒在外力作用下脫落的難易程度。磨粒易脫落則磨具軟 ,反之則硬。 磨輪硬度的選擇，對(duì)磨削效率、加工質(zhì)量和磨具壽命影響很大， 若磨具硬度過(guò)高，則結(jié)合劑把已經(jīng)磨鈍而失去磨削能力的磨粒牢牢把持住而不讓其脫落，這樣會(huì)造成磨具與工件之間摩捺力增大，發(fā)熱量大，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使零件炸裂。同時(shí)，硬度過(guò)髙將大大降低磨削效率和表面 .質(zhì)量。相反，磨具硬度過(guò)低，磨粒還在鋒利時(shí)候就會(huì)掉下來(lái)，這樣不但