解析光學(xué)玻璃的超聲波精密加工
1)鉆孔的精美問題

在光學(xué)件制造中，多采用的是鉆頭打孔方式。在打孔過程中，常出現(xiàn)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(tǒng)加工方式通常不能滿足要求。同時由于傳統(tǒng)打孔方式由工人師傅操作，鉆孔質(zhì)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(xiàn)象直接影響工件后續(xù)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(xiàn)象明顯，將導(dǎo)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(tǒng)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(xué)玻璃精密加工上的應(yīng)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(fā)生器將工頻交流電能轉(zhuǎn)變?yōu)橛幸欢üβ瘦敵龅某曨l電振蕩，通過換能器將此超聲頻電振蕩轉(zhuǎn)變?yōu)槌暀C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(qū)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(qū)域的材料粉碎成很細(xì)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(dǎo)電材料和半導(dǎo)體材料，如光學(xué)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(dá)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(yīng)力、**等現(xiàn)象，也適合加工薄壁、窄縫和低剛度零件。

3)易于加工各種復(fù)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(jìn)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(jié)果如表1所示。



玻璃基板對細(xì)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(biāo)注的細(xì)槽寬度(L)。
玻璃基板要求有高精度內(nèi)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(biāo)注。

玻璃基板要求有高精度內(nèi)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(biāo)注。

實驗分析

從測量結(jié)果可以看出，采用超聲波加工方式，尺寸精度達(dá)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(dá)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(tǒng)加工工藝無法勝任的加工難題，如凹面、細(xì)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(zhì)加工而發(fā)展起來的超聲波加工，是光學(xué)玻璃加工的*好選擇。

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