光學(xué)玻璃鉆削時孔口損傷的形成機理及抑制工藝

馬利杰，劉紅文，屈海濤，王占奎，蘇建修

(河南科技學(xué)院 機電學(xué)院，河南 新鄉(xiāng) 453003)

1 引 言

光學(xué)玻璃是一種可通過折射、反射、透過等方式傳遞光線或通過吸收改變光的強度或光譜分布的無機玻璃態(tài)材料，具有穩(wěn)定的光學(xué)性質(zhì)和高度光學(xué)均勻性，被廣泛用于制造光學(xué)儀器中的透鏡、棱鏡、反射鏡及窗口等關(guān)鍵性元件。隨著光學(xué)與電子信息科學(xué)、新材料科學(xué)的不斷融合，作為光電子基礎(chǔ)材料的光學(xué)玻璃在光傳輸、光儲存和光電顯示三大領(lǐng)域的應(yīng)用突飛猛進，已成為光電信息技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)條件之一[1]。特殊的用途決定了光學(xué)玻璃制件大都具有低損傷、超光滑、高精度的基本要求，因此，光學(xué)玻璃加工大都屬于精密與超精密加工的范疇[2-3]。

當前，機械去除加工仍是光學(xué)玻璃制件的重要生產(chǎn)工藝，然而光學(xué)玻璃高硬度、高脆性和低斷裂韌性的力學(xué)特點，嚴重制約了光學(xué)玻璃加工質(zhì)量的提高，表面崩碎、表面劃傷、邊緣破損及裂紋擴展已成為光學(xué)玻璃加工缺陷的主要表現(xiàn)形式。為此，國內(nèi)外學(xué)者圍繞上述難題開展了深入研究。Jia等[4]對光學(xué)玻璃進行了金剛石車削試驗，深入研究了刀具磨損對加工表面質(zhì)量的影響規(guī)律，發(fā)現(xiàn)：當車削路程大于150 m時，切削方式由塑性變?yōu)榇嘈?，刀具磨損加劇，表面粗糙度開始迅速增大。Zhou等[5-6]在車床上進行了BK7光學(xué)玻璃的變切深金剛石劃痕試驗，研究了切削液對臨界切削深度的影響，試驗表明：與無切削液加工相比，選用硼酸溶液作為切削液可以提高臨界切削深度。Jiang等[7]對光學(xué)玻璃進行了一系列精密磨削試驗，通過改進的圖像處理算法對加工表面的脆性材料去除分數(shù)與亞表面損傷深度的關(guān)系進行了實驗研究，結(jié)果表明，脆性材料去除分數(shù)是由不同的加工參數(shù)(磨削深度、砂輪轉(zhuǎn)速和工件進給速度)決定的。Yao等[8]根據(jù)表面和亞表面裂紋的特征以及平面磨削的運動學(xué)特征，建立了表面粗糙度與亞表面損傷深度的關(guān)系，研究發(fā)現(xiàn)：表面粗糙度與亞表面損傷深度之間的關(guān)系受磨粒半尖角和超晶粒擠壓量的影響。Yu等[9]對BK7光學(xué)玻璃的磨削特性進行了研究，重點分析了加工參數(shù)對表面形貌、亞表面損傷和磨削力的影響規(guī)律。Li等[10-11]通過差動腐蝕速率法，研究了不同研拋方式、粒徑大小對K9光學(xué)玻璃的亞表面損傷深度的影響，發(fā)現(xiàn)固結(jié)磨料研磨可以獲得更好的表面質(zhì)量，并且小尺度磨粒能夠減小亞表面損傷深度，提高表面加工質(zhì)量。林魁等[12]采用親水性固結(jié)磨料拋光墊對K9玻璃進行了一系列單因素的拋光試驗，研究了工藝參數(shù)對材料去除率及表面粗糙度的影響規(guī)律。Pal等[13]對BK7玻璃基板全口徑拋光工藝進行了研究，結(jié)果表明：磨料濃度對材料去除率和表面粗糙度有著決定性的作用；法向載荷嚴重影響材料去除率，但對表面粗糙度的影響較小。樊吉龍等[14]研究了工藝參數(shù)對研磨表面質(zhì)量的影響，并對研磨參數(shù)進行了優(yōu)化。Lv等[15]研究了BK7光學(xué)玻璃鉆削的孔入口缺陷，認為：鉆孔過程中，當切削深度超過材料的塑性-脆性轉(zhuǎn)變臨界值時，塑性區(qū)底部開始出現(xiàn)裂紋成核并向外擴展，當裂紋擴展至工件上表面時形成崩邊脫落。

綜述分析，當前關(guān)于光學(xué)玻璃的高質(zhì)量加工已經(jīng)有很多研究，在加工工藝方面，關(guān)于光學(xué)玻璃超精密車削、磨削、拋光的研究比較多，針對其他工藝的研究相對較少。另一方面，當前關(guān)于光學(xué)玻璃加工的材料去除機理、表面粗糙度、表面及亞表面損傷研究的偏多，而涉及邊緣損傷的研究偏少。

內(nèi)孔是光學(xué)器件中的常見形面，鉆削仍是光學(xué)玻璃中小直徑內(nèi)孔的主要加工方法。光學(xué)玻璃內(nèi)孔鉆削時，孔口損傷已成為影響加工質(zhì)量的決定性因素[16-17]。為此，本文圍繞BK7光學(xué)玻璃的內(nèi)孔鉆削開展研究，對光學(xué)玻璃的孔口損傷特征及其形成機理進行深入分析；在此基礎(chǔ)上，研究旋轉(zhuǎn)超聲鉆削(Rotary Ultrasonic Drilling，RUD)及旋轉(zhuǎn)超聲啄式鉆削(Rotary Ultrasonic Pecking Drilling，RUPD)兩種非傳統(tǒng)鉆削工藝對孔口損傷的抑制效果。

2 光學(xué)玻璃鉆削時孔口損傷的基本特征

2.1 試驗條件

試驗在JT-VL850B高速立式加工中心上進行。工件為90 mm×40 mm×5 mm的BK7光學(xué)玻璃板，其物理力學(xué)性能詳見表1。

表1 BK7光學(xué)玻璃的物理力學(xué)性能Tab.1 Physical and mechanical properties of BK7 optical glass

如圖1為試驗刀具，選擇電鍍金剛石空心磨棒作為刀具，其結(jié)構(gòu)參數(shù)為：內(nèi)徑?2.4 mm，外徑?4 mm，電鍍長度5 mm，金剛石磨粒的粒度80#。采用套料鉆削的方式加工出所需的內(nèi)孔，試驗中選用10%普通乳化液作為切削液，潤滑方式為外冷式。試驗結(jié)束后，先對工件進行超聲清洗，然后使用Leica體視顯微鏡觀察所加工內(nèi)孔的入口和出口的損傷特征，并測量其損傷尺寸。

圖1 試驗刀具Fig.1 Test tool

2.2 孔口損傷的特征及評價指標

2.2.1 孔入口損傷

圖2為孔入口照片及其損傷示意圖，加工參數(shù)為主軸轉(zhuǎn)速n=5 000 r/min、進給速度vf=1.5 mm/min。由圖2可以看出：光學(xué)玻璃鉆削時在孔入口邊緣的部分區(qū)域出現(xiàn)了不同程度的崩碎型損傷，因此局部崩邊是入口損傷的主要形式；在崩邊形態(tài)上，有的呈碎裂狀、有的呈半圓形；入口崩邊沿孔深方向的尺寸一般較小，但其徑向尺寸較大。基于上述特征，為了方便對入口損傷的定量分析，最大入口崩邊尺寸Lin_max被選作評價指標，其表達式為：

Lin_max=Max(Lin1，Lin2，…，Lini，…，Linn)，

(1)

式中Lini為沿著孔徑方向測量的崩邊尺寸。

圖2 孔入口照片及其損傷示意圖

2.2.2 孔出口損傷

圖3為孔出口照片及其損傷示意圖，與圖2為同一孔的出口部位。由圖3可以看出：無論是從孔深方向，還是從孔徑方向衡量，出口損傷的程度通常都大于入口損傷；出口損傷的形式與入口截然不同，總體上表現(xiàn)為沿著出口邊緣四周的整體剝落(圖3中灰色陰影)，且經(jīng)常在剝落斷面上產(chǎn)生貝殼狀條紋；除整體剝落之外，在接近內(nèi)孔表面的剝落斷面上也經(jīng)常出現(xiàn)不連續(xù)崩碎(圖3中深黑色區(qū)域)，這種不連續(xù)崩碎的徑向尺寸通常都小于整體剝落，但其深度一般較大。綜上所述，整體剝落和不連續(xù)崩碎相互疊加是孔出口損傷的表現(xiàn)形式，因此本文選取最大出口剝落尺寸ds_max和最大出口崩碎尺寸Lout_max作為出口損傷的評價指標，其中Lout_max的評價方法與Lin_max相同，ds_max的計算公式為：

(2)

式中：Dm為與被加工內(nèi)孔同心的整體剝落的外接圓直徑；D0為內(nèi)孔直徑。

圖3 孔出口照片及其損傷示意圖Fig.3 Exit of machined hole and its damage schematic diagram

3 孔入口損傷的形成機理

3.1 入口損傷的產(chǎn)生原因

金剛石磨棒套料鉆削可以被看作是端面磨粒的垂直切入和圓周磨粒的側(cè)向銑磨兩個切削過程的疊加，因此，光學(xué)玻璃鉆削時孔入口損傷的形成原因和程度大小必定與這兩個過程密切相關(guān)。下面主要從這兩個方面進行分析。

3.1.1 端面磨粒的作用機理

如圖4所示，單一端面磨粒的垂直切入過程可以簡化成一個錐形刀具的變切深刻劃過程。切入過程中，在金剛石磨粒法向分力Fn的作用下，從刻劃表面自上而下會產(chǎn)生塑性變形區(qū)和脆性裂紋區(qū)，其中在脆性裂紋區(qū)包含有許多中位裂紋和側(cè)向裂紋[18]。隨著鉆進過程的繼續(xù)，當側(cè)向裂紋擴展至工件上表面并相互貫通時，就會產(chǎn)生入口邊緣損傷，因此側(cè)向裂紋成核和擴展是造成孔入口崩邊的重要原因。側(cè)向裂紋的成核深度Cd和擴展長度Cl可分別表達為[19]：

(3)

(4)

式中：ρ1和ρ2為比例常數(shù)；Hv和KIC分別為工件材料的維氏硬度和斷裂韌性。對于確定的材料，Hv和KIC均為定值，因此側(cè)向裂紋的成核深度Cd和擴展長度Cl與法向分力Fn具有非線性正比關(guān)系。

圖4 端面磨粒的刻劃切入及亞表層裂紋形成示意圖Fig.4 Cut-in of end abrasive and formation of subsurface crack

根據(jù)磨削原理，進給速度vf是軸向力Fz的重要影響因素，且隨著進給速度vf的提高而增大[20]。因此，式(4)中側(cè)向裂紋的擴展長度Cl可以被描述為：

(5)

式中：Fz為鉆削軸向力(這里假設(shè)軸向力Fz全部由端面有效磨粒產(chǎn)生，且各磨粒所產(chǎn)生的法向分力相等)；m為金剛石磨棒端面的有效磨粒數(shù)。

基于上述分析，端面磨粒的刻劃切入所導(dǎo)致的亞表層側(cè)向裂紋擴展是導(dǎo)致孔入口損傷的重要原因。從形成機理上分析，圖2中的半圓形崩邊可能就是側(cè)向裂紋擴展所造成的損傷。

3.1.2 圓周磨粒的作用機理

如圖5所示，與端面磨粒的刻劃切入不同，由于圓周磨粒的尺寸差異和分布不均勻性，凸起的磨粒會對已加工孔壁產(chǎn)生二次銑磨作用，與此同時也就必然伴隨著對孔口的沖擊損傷。圓周磨粒對孔入口的沖擊損傷程度與主軸轉(zhuǎn)速n、金剛石磨粒的粒度大小及其分布均勻性密切相關(guān)，主軸轉(zhuǎn)速越高、粒度越大、顆粒分布越不均勻造成的損傷就越嚴重。實際上，由于鉆入過程中圓周磨粒的材料切除量較小，其造成的損傷也會小些。圖2中的碎裂狀崩邊即為圓周磨粒的沖擊作用結(jié)果。

圖5 圓周磨粒的銑磨和沖擊作用示意圖Fig.5 Grinding and impact of circular abrasive

3.2 鉆削參數(shù)對入口損傷的影響規(guī)律

圖6為鉆削參數(shù)對孔入口損傷的影響規(guī)律。根據(jù)圖6(a)，當主軸速度n取5 000 r/min時，隨著進給速度vf的提高，最大入口崩邊尺寸Lin_max呈增大趨勢。其原因在于：在鉆入過程中，進給速度vf提高，能帶來法向分力Fn的增加，從而導(dǎo)致側(cè)向裂紋擴展長度Cl和最大入口崩邊尺寸Lin_max的增大。如圖6(b)，當進給速度vf為1 mm/min時，隨著主軸速度n的增加，最大入口崩邊尺寸Lin_max也呈增大趨勢。這個結(jié)果與式(5) 好像是矛盾的，因為僅提高主軸轉(zhuǎn)速n，并不會增加磨粒的法向分力Fn，也不應(yīng)該導(dǎo)致側(cè)向裂紋長度Cl的增加；但注意到，圓周磨粒的沖擊損傷會隨著主軸轉(zhuǎn)速n的提高而增強，從而帶來了最大入口崩邊尺寸Lin_max的增加。

(a)變進給速度(a)Variation of feed rate

(b)變主軸轉(zhuǎn)速(b)Variation of spindle speed圖6 鉆削參數(shù)對孔入口損傷的影響Fig.6 Influence of drilling parameters on hole entrance damage

4 孔出口損傷的形成機理

4.1 出口損傷的形成過程

光學(xué)玻璃鉆削時，孔出口的損傷形式與塑性材料截然不同；塑性材料通常表現(xiàn)為孔出口毛刺，而光學(xué)玻璃卻表現(xiàn)為較大面積的環(huán)形剝落。圖7為光學(xué)玻璃孔出口損傷的形成過程，這是用PHANTOM高速攝像機拍攝的結(jié)果，為了便于觀察，加工前將工件的孔出口表面涂成藍色(彩圖見期刊電子版)。如圖7(a)～7(d)，出口損傷的形成共包含了正常鉆削、初始裂紋形成、裂紋擴展及整體剝落四個階段。其具體過程描述如下：金剛石磨棒的端面磨粒在去除材料的同時也伴隨著亞表層的裂紋成核和擴展，其中中位裂紋一直向下擴展，并最終穿透孔出口表面形成初始裂紋；隨著加工過程的持續(xù)進行，初始裂紋逐漸長大，使出口材料的支撐強度逐漸降低；最后，當出口材料的支撐強度小于磨棒的軸向作用力時，沿交叉裂紋的脆弱界面整體剝落。圖7(e)為最終去除的連帶環(huán)形剝落的玻璃芯料。

(c)裂紋擴展(c)Crack extension

(e)玻璃芯料(e)Glass rod

4.2 出口損傷的形成原因

圖8為孔出口整體剝落的形成示意圖。實際加工中，由于磨棒端面上各磨粒的形狀差異，加工表面亞表層的中位裂紋的方向也會有較大的不同，從而會與內(nèi)孔的圓柱面呈現(xiàn)不同的夾角?？壮隹诓牧系恼w剝落尺寸ds與中位裂紋的長度Cm、軸向力Fz以及材料的斷裂韌性KIC有關(guān)，且它們之間的關(guān)系可以通過式(6)進行描述[21]：

(6)

式中：k為指數(shù)系數(shù)，ρ3表示與磨粒大小、材料特性等相關(guān)的系數(shù)。根據(jù)Lambropoulos的研究[22]，中位裂紋的擴展長度Cm可以被表達為：

(7)

式中ρ4表示與磨粒頂角、形狀等有關(guān)的系數(shù)；E為工件材料的彈性模量。把式(5)代入式(7)，再代入式(6)，可得：

(8)

圖8 孔出口整體剝落形成示意圖Fig.8 Schematic diagram of layer separation at hole exit

磨棒圓周磨粒對孔出口的損傷機理及其影響規(guī)律與孔入口相同，然而由于孔出口材料瞬時剝落時帶來出口形狀的不規(guī)則性會導(dǎo)致圓周磨粒的沖擊作用增強。因此，除整體剝落外，孔出口的崩碎現(xiàn)象也會更嚴重些。

4.3 鉆削參數(shù)對出口損傷的影響規(guī)律

圖9為鉆削參數(shù)對出口損傷的影響規(guī)律。根據(jù)圖9(a)，當主軸速度n取5 000 r/min時，最大出口剝落尺寸ds_max隨著進給速度vf的提高而增大，而最大出口崩碎尺寸Lout_max卻基本不變。這是因為，當轉(zhuǎn)速n保持不變時，軸向力Fz隨著進給速度vf的提高而增大，根據(jù)式(7)和式(8)，增加的軸向力將導(dǎo)致中位裂紋長度Cm和最大出口剝落尺寸ds_max隨之增大；然而，由于轉(zhuǎn)速n沒有改變，圓周磨粒對孔出口材料的沖擊變化不大，最大出口崩碎尺寸Lout_max也基本不發(fā)生變化。由圖9(b)，當進給速度vf取1 mm/min時，最大出口剝落尺寸ds_max隨主軸速度n的提高而減小，而最大出口崩碎尺寸Lout_max卻隨之增大。其原因在于：當進給速度vf不變時，隨著轉(zhuǎn)速n的增加，端面各磨粒單位時間內(nèi)參與切削的次數(shù)增加，而每次參與切削的材料去除量將會減小，從而帶來軸向力Fz的減小；然而圓周磨粒的沖擊作用卻隨著轉(zhuǎn)速的提高而不斷增加，兩方面共同作用的結(jié)果將帶來最大出口剝落尺寸ds_max的減小和最大出口崩碎尺寸Lout_max的增大。

(a)變進給速度(a)Variation of feed rate

(b)變主軸轉(zhuǎn)速(b)Variation of spindle speed圖9 鉆削參數(shù)對出口損傷的影響Fig.9 Influence of drilling parameters on exit damage

5 不同鉆削工藝對孔口損傷的抑制效果

5.1 旋轉(zhuǎn)超聲鉆削的抑制效果

5.1.1 旋轉(zhuǎn)超聲鉆削提高內(nèi)孔質(zhì)量的原因

旋轉(zhuǎn)超聲鉆削(RUD)是隈部教授于20世紀60年代提出來的一種加工新技術(shù)，其基本原理是：在普通鉆削(Common Drilling， CD)的基礎(chǔ)上，通過給刀具或工件施加可控的超聲振動，起到改變切削機理、改善切削工況的作用，從而實現(xiàn)改善加工質(zhì)量、提高加工精度、延長刀具壽命的目的[23]。近年來，國內(nèi)外數(shù)名學(xué)者對光學(xué)玻璃、陶瓷等硬脆材料的旋轉(zhuǎn)超聲鉆削開展了研究，并在改善內(nèi)孔表面質(zhì)量、抑制孔口缺陷、提高加工精度方面取得了較好的效果[24-28]。他們認為：外加超聲振動之所以能夠提高鉆削質(zhì)量，其原因主要在于：(1) 超聲振動能夠變連續(xù)性鉆削過程為斷續(xù)切削，從而使切削液更容易進入切削區(qū)，更好地發(fā)揮其性能[27]；(2) 超聲振動改變了刀齒或磨粒的運動軌跡，改善了刀具的切削性能、促進了切屑的排出[24-25]；(3) 外加超聲振動能夠提高刀具的剛性、改善鉆削穩(wěn)定性[26]；(4) 超聲振動改變了被加工材料的斷裂失效特性，從而改變了材料的去除機理[28]。

5.1.2 試驗驗證及結(jié)果分析

本試驗通過專用刀柄給刀具施加可控的軸向振動，實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)超聲鉆削加工。圖10為試驗用超聲振動刀柄，其振動頻率fvib為50 KHz，振幅A可以通過控制刀柄的輸入功率在2～10 μm內(nèi)調(diào)整。當輸入功率為零時，刀具不發(fā)生振動，此時即為普通鉆削的情況。

圖10 試驗用超聲振動刀柄Fig.10 Ultrasonic vibration tool handle

圖11為CD和RUD的孔口損傷對比，兩者采用相同的主軸轉(zhuǎn)速n和進給量vf。從圖11(a)可以看出：RUD的最大入口崩邊尺寸Lin_max顯著小于CD，尤其是在CD中經(jīng)常出現(xiàn)的較大尺寸的半圓形崩邊基本消失，整體上表現(xiàn)為圍繞孔入口邊緣的碎裂狀崩邊。這表明：超聲振動有利于改善端面磨粒的垂直切入狀態(tài)，變連續(xù)切入為脈沖切入，避免了由于端面磨粒連續(xù)擠壓而導(dǎo)致的裂紋持續(xù)擴展，從而減小了側(cè)向裂紋的擴展長度和入口崩邊尺寸。根據(jù)圖11(b)，RUD的最大出口剝落尺寸ds_max也明顯小于CD，這表明：RUD中刀具的高頻低幅振動能使中位裂紋沿著更加集聚的方向擴展，從而起到了抑制出口損傷的效果。究其內(nèi)在原因，可能與光學(xué)玻璃受到?jīng)_擊后產(chǎn)生的失效波有關(guān)[29]。

此外，由于圓周磨粒的軸向往復(fù)拋磨，RUD相對于CD的出口崩碎現(xiàn)象也越來越不明顯，因此下文中僅以最大出口剝落尺寸ds_max對出口損傷進行評價。

(a)孔入口(a)Hole entrance

(b)孔出口(b)Hole exit圖11 CD和RUD的孔口損傷對比

圖12 不同超聲振幅下的孔口損傷Fig.12 Hole edge damage with different ultrasonic amplitudes

圖12為不同超聲振幅下的孔口損傷，由圖可知，試驗條件下，RUD對于入口和出口損傷都具有較好的抑制效果，其最大入口崩邊尺寸Lin_max和最大出口剝落尺寸ds_max分別下降為CD的15%～50%和45%～65%，且較小的振幅具有更好的效果。

5.2 旋轉(zhuǎn)超聲啄式鉆削的抑制效果

啄鉆工藝(Peck Drilling， PD)是難加工材料和深小孔鉆削時經(jīng)常用到的加工方法，對于改善切削液作用效果、促進斷屑排屑具有重要的作用[30-31]。由于金剛石磨棒的特殊結(jié)構(gòu)以及外冷式潤滑方式的制約，即使在RUD情況下，也經(jīng)常會出現(xiàn)排屑不暢，脫落的金剛石磨粒和磨屑劃傷孔壁的現(xiàn)象。為此，把RUD和PD結(jié)合起來，初步嘗試旋轉(zhuǎn)超聲啄式鉆削(Rotatory Ultrasonic Pecking Drilling， RUPD)對孔口損傷的抑制效果。試驗中選用的啄鉆下刀量Q為0.5 mm，也即加工過程中每鉆進0.5 mm的深度，金剛石磨棒就要退出孔外，短暫停留后再次進行鉆削，如此反復(fù)直至鉆透工件為止。除此之外，其他鉆削參數(shù)與圖11完全相同。

圖13 不同鉆削工藝下的孔出口損傷對比Fig.13 Comparison of hole exit damage with different drilling technologies

圖13為不同鉆削工藝下的孔出口損傷對比，由圖可知，與CD相比，RUD和RUPD對于抑制孔入口和出口損傷都具有較好的效果，且RUPD比RUD更有利于減小出口損傷，其最大出口剝落尺寸ds_max約為RUD的1/3、CD的1/6；然而RUPD的最大入口崩邊尺寸Lin_max卻大于RUD，這可能與磨棒多次退出孔外，進而對孔入口的多次切削有關(guān)。

由于光學(xué)玻璃鉆削時孔出口損傷一般都大于入口損傷，所以，總體上講，RUPD能夠獲得比RUD更好的孔口損傷抑制效果。其原因在于：RUPD除具有RUD的工藝特征之外，啄鉆工藝能夠進一步提升切削液的冷卻和清洗效果，加速玻璃碎屑和脫落磨粒排出孔外，從而減小了它們所帶來的負面影響。

6 結(jié) 論

孔口損傷是光學(xué)玻璃鉆削的常見缺陷形式，由于被加工孔入口和出口材料的受力狀態(tài)不同，入口和出口具有不同的損傷形式?！熬植勘肋叀笔侨肟趽p傷的主要形式，“整體剝落”和“不連續(xù)崩碎”相互疊加是出口損傷的表現(xiàn)形式。

金剛石磨棒端面磨粒垂直切入所導(dǎo)致的亞表層側(cè)向裂紋擴展是造成入口損傷的重要原因，中位裂紋擴展和軸向壓潰是出口損傷的主要成因。此外，由于磨棒圓周磨粒的大小差異和分布不均勻性所帶來的銑磨沖擊作用是造成孔口損傷的另一個原因。進給速度和主軸轉(zhuǎn)速的增加都能導(dǎo)致入口崩邊尺寸的增大；但主軸轉(zhuǎn)速的提高卻能減小出口剝落尺寸的大小。

由于超聲振動能夠減小側(cè)向裂紋的擴展長度，并集聚中位裂紋的擴展方向，RUD可以使被加工孔的最大入口崩邊尺寸Lin_max和最大出口剝落尺寸ds_max下降到CD的15%～50%和45%～65%，且較小的振幅具有更好的效果。RUPD除具有RUD的工藝特征之外，啄鉆工藝能夠加速磨屑和脫落磨粒排出孔外，從而獲得更小的出口損傷，其最大出口剝落尺寸ds_max約為CD的1/6，RUD的1/3。

抑制和減小孔口損傷是光學(xué)玻璃鉆削的基本技術(shù)要求，它對于減少后續(xù)研拋工作量，提高光學(xué)制件的生產(chǎn)率具有重要的實踐意義。本文僅對RUD和RUPD工藝的孔口損傷抑制效果進行了初步探索，后續(xù)的研究將集中在RUD，RUPD及其他先進工藝抑制孔口損傷的機理、工藝參數(shù)優(yōu)化等方面。