光纖系列產(chǎn)品滾圓開臺(tái)階工藝的研究

薛睿斌

（山西長城微光器材股份有限公司，山西 太原 030032）

光纖系列產(chǎn)品包括光纖倒像器、面板（直板）、光錐三大系列，200多種常規(guī)產(chǎn)品，是微光像增強(qiáng)器的關(guān)鍵元件。微光像增強(qiáng)器主要應(yīng)用于夜間肉眼看不到的環(huán)境下、能清晰觀察目標(biāo)的微光夜視儀上，該儀器主要應(yīng)用于軍事層面。近些年來，光纖系列產(chǎn)品還應(yīng)用于航天航空、醫(yī)療診斷、天文觀測、深水作業(yè)、安全檢查監(jiān)控等多個(gè)領(lǐng)域。

當(dāng)今世界，隨著紅外成像、熱成像等成像技術(shù)的不斷發(fā)展，對(duì)微光成像技術(shù)發(fā)展提出更大挑戰(zhàn)的同時(shí)也創(chuàng)造了更廣泛的發(fā)展機(jī)遇，光纖系列產(chǎn)品也應(yīng)用到了更廣泛的領(lǐng)域和行業(yè)，相應(yīng)地，光纖系列產(chǎn)品技術(shù)指標(biāo)的要求也隨之不斷提高，尤其是對(duì)外形尺寸和外形缺陷提出了更高的要求，其中一些光纖產(chǎn)品倒角處的尺寸要求0.3 mmMAX×45°（如圖1所示，此圖為其中一種產(chǎn)品的部分外形尺寸及公差要求）。因光纖產(chǎn)品是由幾百萬根絲徑為0.006 mm左右的纖維絲經(jīng)高溫熔壓后制成，產(chǎn)品基體是由玻璃纖維組成，這種材料特性比較脆，加工過程中易崩邊（破邊）、易掉碎屑，產(chǎn)品質(zhì)量很難保證，而且每個(gè)批量受到設(shè)備、刀具、冷卻液溫度、操作人員等諸多因素的影響，產(chǎn)品加工的一致性也很難控制。

圖1 產(chǎn)品尺寸示意圖

光線系列產(chǎn)品的加工過程涉及到玻璃外型機(jī)械加工、玻璃光學(xué)拋光、自動(dòng)化及手工磨邊等諸多工藝和技術(shù)環(huán)節(jié)，每個(gè)細(xì)節(jié)都應(yīng)加以充分考慮。經(jīng)過生產(chǎn)過程中的不斷總結(jié)和摸索，結(jié)合產(chǎn)品特性、設(shè)備、工裝和人員的實(shí)際情況，筆者總結(jié)出了一套有效的加工工藝，用以保障產(chǎn)品的質(zhì)量。

1 光纖產(chǎn)品滾圓開臺(tái)階的基本原理

1.1 產(chǎn)品尺寸參數(shù)

光纖產(chǎn)品尺寸的主要參數(shù)：Φ*-滾圓外徑，Φ-臺(tái)階外徑，H-總高，h-臺(tái)階高度。

1.2 基本原理

調(diào)整設(shè)備各項(xiàng)參數(shù)、編程，把毛坯裝卡到上、下頂尖中間，預(yù)夾緊毛坯，用百分表使毛坯與設(shè)備主軸同心，夾緊毛坯后啟動(dòng)設(shè)備加工開始。光纖產(chǎn)品的滾圓、開臺(tái)階加工的基本工作原理是：設(shè)備上、下頂尖夾緊光纖產(chǎn)品工件后，刀具1和刀具2同步工作，依次完成開臺(tái)階、倒角和滾圓工作，具體步驟（見圖2）：①刀具1完成開臺(tái)階，保證尺寸h（臺(tái)階高度）和Φ（臺(tái)階外徑），同時(shí)刀具2的K處完成保護(hù)性倒角0.1~0.2 mm加工；②刀具1和刀具2同時(shí)完成外徑Φ*的滾圓。

圖2 產(chǎn)品滾圓開臺(tái)附基本原理示意圖

2 光纖產(chǎn)品滾圓開臺(tái)階的工藝

按照正常工藝加工，倒角與工件的上表面交界處崩邊嚴(yán)重，常會(huì)出現(xiàn)多處部位崩邊均超過0.3 mm的現(xiàn)象，檢驗(yàn)后均不能正常流轉(zhuǎn)至下一道工序，甚至?xí)蓮U品。通過工作中的不斷實(shí)踐總結(jié)，筆者研制出了一套行之有效的加工工藝（主要設(shè)備由德國LOH公司光學(xué)加工中心制造），用以解決此類問題，確保產(chǎn)品質(zhì)量。

2.1 毛坯準(zhǔn)備及工作間室溫控制

毛坯準(zhǔn)備及工作間室溫控制的具體流程：①毛坯準(zhǔn)備。將待加工的毛坯清洗干凈，同時(shí)對(duì)外觀、尺寸進(jìn)行自檢。②工作間室溫控制。工作間安裝冷暖柜式空調(diào)，夏季溫度控制在25~28℃，冬季溫度保證在20~23℃。

2.2 一次掃面

一次掃面的具體內(nèi)容依序應(yīng)為：①設(shè)備準(zhǔn)備要求。設(shè)備為LOH-120SL型加工中心，主軸徑向軸向跳動(dòng)0.005 mm，刀具徑向軸向跳動(dòng)0.005 mm，刀具使用D15（粒度為M6/12）。②設(shè)備工作參數(shù)設(shè)定。主軸轉(zhuǎn)速200 rev/min，刀具轉(zhuǎn)速350 rev/min，刀具軸向進(jìn)刀速度0.02 mm/s，設(shè)定刀具與工件安全距離0.2 mm。③將毛坯裝卡到設(shè)備卡頭上，同時(shí)檢查設(shè)備真空吸附裝置，確定毛坯裝卡牢靠。④啟動(dòng)設(shè)備，將毛坯掃面至高度為H+0.05 mm+h′（主要值尺寸H+上公差尺寸0.05 mm+預(yù)留尺寸h′）。

2.3 滾圓開臺(tái)階

2.3.1 設(shè)備配置輔機(jī)

為設(shè)備LOH-C2型加工中心加裝冷卻液配備水溫控制機(jī)（天津產(chǎn)，型號(hào)SK30PT），主要用于控制設(shè)備冷卻液的溫度（冷卻液是用德國進(jìn)口油性冷卻液，型號(hào)K43），使冷卻液溫度控制在30±3℃，工作時(shí)提前開啟冷卻控制機(jī)（主要在夏季使用）。

2.3.2 設(shè)備準(zhǔn)備要求

主軸徑向軸向跳動(dòng)0.005 mm，刀具徑向軸向跳動(dòng)0.005 mm，刀具使用D15（粒度為M6/12），上下頂尖夾緊力（氣壓）2 000 N。

2.3.3 設(shè)備工作參數(shù)設(shè)定

主軸轉(zhuǎn)速25轉(zhuǎn)/分，刀具轉(zhuǎn)速1 000轉(zhuǎn)/分，刀具使用D20（粒度為M12/22），刀具徑向進(jìn)刀速度0.02 mm/s。

2.3.4 設(shè)備編程依次為

①設(shè)定臺(tái)階高度加工尺寸為h+0.1 mm+h′（主要值尺寸H+上公差尺寸0.1+預(yù)留尺寸h′）。②設(shè)定臺(tái)階外徑加工尺寸為Φ+0.1 mm+Φ′（主要尺寸Φ+上公差尺寸0.1+預(yù)留尺寸Φ′）。

2.3.5 調(diào)整同心度

工件置于上、下頂尖中間，預(yù)夾緊，用百分表測試工件與主軸同心度，用橡膠錘敲擊工件，調(diào)整同心度小于0.02 mm為止。

2.3.6 后續(xù)

啟動(dòng)設(shè)備開始按鈕，設(shè)備自動(dòng)運(yùn)行直至工件加工結(jié)束。

2.4 二次掃面

二次掃面的主要步驟如下：①設(shè)備準(zhǔn)備要求。設(shè)備為LOH-120SL型加工中心，主軸徑向軸向跳動(dòng)0.005 mm，刀具徑向軸向跳動(dòng)0.005 mm，刀具使用D7（粒度為M2.5/5）。②設(shè)備工作參數(shù)設(shè)定。主軸轉(zhuǎn)速200 rev/min，刀具轉(zhuǎn)速350 rev/min，刀具軸向進(jìn)刀速度0.015 mm/s，設(shè)定刀具與工件安全距離至少0.2 mm。③將毛坯裝卡到設(shè)備卡頭上，同時(shí)檢查設(shè)備真空吸附裝置，確定毛坯裝卡牢靠。④啟動(dòng)設(shè)備，掃面進(jìn)刀量為h′（h′為預(yù)留尺寸）。

2.5 工序檢驗(yàn)

2.5.1 檢驗(yàn)

用6倍(或10倍)刻度放大鏡,檢驗(yàn)倒角與工件上表面交界處，無大于0.2 mm的崩邊（破邊），工件上表面無大于0.1 mm刀紋，即為合格產(chǎn)品，可轉(zhuǎn)入下一道工序。

2.5.2 返修

若倒角與工件上表面交界處的崩邊（破邊）大于0.2 mm，可再進(jìn)行上述2.4步驟的掃面，但掃面尺寸的大小要根據(jù)產(chǎn)品總高H的尺寸公差來確定，不得低于產(chǎn)品的最低尺寸要求。一般工件的總高最低尺寸為H-0.05 mm，要為后續(xù)工序留有加工余量。（成品最低尺寸為H-0.1mm，后續(xù)還要進(jìn)行拋光工序，至少留有0.05mm的加工余量）。

2.6 單軸、拋光

該工序的工藝流程依次為：①設(shè)定單軸機(jī)轉(zhuǎn)速1 000 rev/min，安裝配套工裝模具。②使用規(guī)格為5 mm×0.6 mm×120 mm的不銹鋼片和W14金剛砂，對(duì)倒角及臺(tái)階小柱面進(jìn)行手工打磨修整。③尺寸保證。確保倒角尺寸0.3 mmMAX×45°，臺(tái)階外徑應(yīng)把預(yù)留尺寸Φ′打磨掉，使外徑尺寸進(jìn)入公差范圍。④上石膏盤，采用傳統(tǒng)平拋工藝，對(duì)工件上下平面分別進(jìn)行拋光。⑤下盤清洗后送成品檢驗(yàn)。⑥需要注意的是，在工序流轉(zhuǎn)工程中，嚴(yán)格注意產(chǎn)品輕拿輕放，避免磕碰。

3 工藝小結(jié)

3.1 新舊工藝對(duì)比

如何加工、采取怎樣的工藝、怎樣保證質(zhì)量、如何保證產(chǎn)成率？對(duì)于現(xiàn)有的加工都是一個(gè)新的挑戰(zhàn)。雖然進(jìn)行了看似簡單的一個(gè)工藝改進(jìn)，但也是筆者經(jīng)過多年的經(jīng)驗(yàn)和實(shí)踐所總結(jié)得出的，下面就是工藝流程改進(jìn)前后的對(duì)比情況。

舊工藝流程：

3.2 工藝改進(jìn)

光纖產(chǎn)品在滾圓開臺(tái)階的加工過程中，尖楞處小的崩邊、破邊是不可避免的，此工藝改進(jìn)的關(guān)鍵點(diǎn)主要有兩點(diǎn)：①預(yù)留工件高度（包括工件總高H和臺(tái)階高度h）。主動(dòng)加高毛坯工件的總高度至H+0.1 mm+h′,開臺(tái)階加工也隨之加高至h+0.1 mm+h′，通過滾圓開臺(tái)階后增加二次掃面的工藝，去除預(yù)留的高度h′（h′具體的大小根據(jù)產(chǎn)品的實(shí)際情況確定），就可以有效地把工件上表面與倒角交界處小的崩邊（破邊）去除。②預(yù)留臺(tái)階外徑尺寸（Φ）。主動(dòng)增加臺(tái)階外徑的尺寸至Φ+0.1 mm+Φ′，通過單軸工序?qū)ε_(tái)階外徑的打磨，去除預(yù)留尺寸Φ′，就可以有效地把工件臺(tái)階柱面表面與倒角交界處小的崩邊（破邊）去除。

3.3 硬件管理

進(jìn)行上述工藝改進(jìn)的同時(shí)，設(shè)備的硬件方面也需加強(qiáng)管理，力求工藝操作嚴(yán)格化，比如以下應(yīng)隨時(shí)關(guān)注的幾個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)：①確保工作間的工藝環(huán)境衛(wèi)生，工作間的溫度和濕度。②嚴(yán)格控制設(shè)備LOH-C2型加工中心冷卻液的溫度，避免冷卻液溫度過高造成工件變脆，減少崩邊。③及時(shí)更換設(shè)備LOH-C2和LOH-120SL冷卻液雜質(zhì)沉淀收集罐，減少因冷卻液雜質(zhì)和玻璃碎屑對(duì)產(chǎn)品的劃傷。④對(duì)設(shè)備LOH-C2和LOH-120SL刀具的工作表面定期檢查，避免刀具工作表面刺入玻璃碎屑。

4 結(jié)束語

通過上述工藝的改進(jìn)，滾圓開臺(tái)階等工序的外型加工合格率達(dá)到98%以上，有效地保證了成品的最終加工合格率，并且生產(chǎn)效率也得到了提高。