解析光學玻璃的超聲波精密加工
1)鉆孔的精美問題

在光學件制造中，多采用的是鉆頭打孔方式。在打孔過程中，常出現錐形、中心偏、爆邊和破片等問題。這類打孑L方式，對于精度要求不高的孔可滿足加工要求，但對高精度、軸心位置誤差要求高的孔，傳統加工方式通常不能滿足要求。同時由于傳統打孔方式由工人師傅操作，鉆孔質量還依賴于操作人員的熟練程度 。

2)切槽的崩邊問題

由于玻璃的硬脆特性，加工過程中的崩邊無法避免。但玻璃基板邊緣的崩邊現象直接影響工件后續鍍膜的平整度，從而影響到成品測量的精度。因此，需要將崩邊控制到*小程度。加工過程中如不注意，崩邊現象明顯，將導致玻璃基板報廢(圖1)。



3)切削的精密問題

由于精密測量的要求，一對玻璃基板要求鍍膜面重合度高，誤差不超過絲米級。如采用傳統的研拋工藝，不但周期長，成本高，而且鍍膜面的加工精度很難保證。

3 超聲波加工在光學玻璃精密加工上的應用

3．1 超聲波加工基本原理

超聲波加工(uhrasonic machining，USM)是利用工具端面作超聲頻振動，通過磨料懸浮液加工硬脆材料的一種加工方法，其加工原理如圖2所示。超聲波發生器將工頻交流電能轉變為有一定功率輸出的超聲頻電振蕩，通過換能器將此超聲頻電振蕩轉變為超聲機械振動，借助于振幅擴大棒把振動的位移幅值由0．005～0．01mm放大到0．01～0．15 mm，驅動工具振動。工具端面在振動中沖擊工作液中的懸浮磨粒，使其以很大的速度，不斷地撞擊、拋磨被加工表面，把加工區域的材料粉碎成很細的微粒后打擊下來。
3．2 超聲波加工特點

1)適宜加工各種硬脆材料，特別是電火花加工和電解加工難以加工的不導電材料和半導體材料，如光學玻璃等。

2)工件加工精度高、表面粗糙度低。超聲波加工可獲得較高的加工精度(尺寸精度可達0．001～0．02 mm)和較低的表面粗糙度(Ra值為0．05～0．2)，被加工表面無殘余應力、**等現象，也適合加工薄壁、窄縫和低剛度零件。

3)易于加工各種復雜形狀的型孔、型腔和成型表面等。

4)作為特種加工的一種，加工智能化高，操作方便。

4 實驗研究及分析

4．1 實驗研究

采用ULTRASONIC20linear超聲波加工中心(DMG)對K9材料的玻璃基板進行加工實驗。兩塊玻璃基板加工完畢后，用萬能工具顯微鏡測量玻璃基板的外形尺寸結果如表1所示。



玻璃基板對細槽有高精度要求。用萬能工具顯微鏡檢測一對玻璃基板如圖3標注的細槽寬度(L)。
玻璃基板要求有高精度內孔。用萬能工具顯微鏡測量1號玻璃基板8個圓孔正反兩面直徑(D)的尺寸，以檢測打孔錐度，測量打孔的形狀誤差。1號玻璃基板正面圓孔如圖4標注。

玻璃基板要求有高精度內孔。用萬能工具顯微鏡測量1號玻璃基板8個圓孔正反兩面直徑(D)的尺寸，以檢測打孔錐度，測量打孔的形狀誤差。1號玻璃基板正面圓孔如圖4標注。

實驗分析

從測量結果可以看出，采用超聲波加工方式，尺寸精度達到絲米級是很容易保證的。實際上若有加工精度需求，用ULTRASONIC 20 linear超聲波加工中心(DMG)加工，*高加工精度可達微米。采用超聲波加工，鉆孔的形狀誤差減小，并可以加工傳統加工工藝無法勝任的加工難題，如凹面、細槽等。采用超聲波加工，可以縮短5倍加工工時。所以可以說，因解決硬脆材質加工而發展起來的超聲波加工，是光學玻璃加工的*好選擇。

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