关于特殊光纤产品加工工艺的研究

薛睿斌

摘 要：由于光纤系列产品形状、技术要求和材料上的不同，各类产品的加工工艺也不同。通过实际的生产实践，总结出一套较为科学的的加工工艺，它不仅可以提高产品的加工合格率，还能有效提升生产效率。

关键词：光纤产品；技术要求；加工工艺；磨砂抛光

中图分类号：TN253 文献标识码：A 文章编号：2095-6835（2014）07-0033-02

光纤系列产品包括光纤倒像器、面板（直板）、光锥三大系列。随着光纤系列产品应用到更广泛的领域和行业，人们对光纤系列产品技术指标的要求也越来越高，尤其对其外形尺寸提出了更高的要求，例如对一些光纤产品的柱面Φ、Φ′锥度、总高H、台阶高度h等的尺寸公差要求都要在0.05 mm之内，如图1、图2、图3所示。由于光纤产品是由几百万根丝径为几个微米左右的纤维丝经高温熔压后制成，产品基体由玻璃纤维组成，这种材料比较脆，加工过程中易崩边（破边）、易掉碎屑，产品质量很难保证，而且每批量都要受到设备、刀具、冷却液温度、操作人员等诸多因素的影响，所以光纤产品的加工很难得到控制。

产品的加工过程涉及到玻璃外形机械加工、玻璃光学抛光、自动化和手工磨边等诸多工艺和技术环节，每个细节都应被分析和考虑到。经过长期生产过程中的不断总结和摸索，并结合我公司产品的特性、设备、工装和人员的实际情况，我们总结出了一套有效的加工工艺，用以保证产品的质量。

1 产品概述

我公司生产的光纤产品的外形按照用户的不同要求可以分为很多种类，根据技术要求、尺寸公差要求和产品的外形可分为以下几种情况。

1.1 按产品的外形和技术要求分类

按台阶分类：可分为台阶型和圆柱型，如图1和图2所示，台阶型产品又可分为直台阶型和斜台阶型，如图1、图3所示。

按照柱面（斜面）粗糙度要求分类：可分为非抛光面和抛光面，分别见图1的K1处和图3的K1处，抛光面均为手工磨砂并亮抛，且无明显砂眼和划痕。

按照倒角分类：主要分为45°倒角和圆倒角，分别见图1的K2处和K3处。

按照外径尺寸（图示中的Φ或Φ′）的大小分类：一般尺寸为Φ或Φ′<25 mm，中等尺寸为Φ≥25 mm或Φ′<40 mm，大尺寸为Φ≥40 mm或Φ′<65 mm，超大尺寸为Φ或Φ′≥65 mm。

1.2 按照产品的难易程度分类

所有产品的外形均为设备加工成型，上下平面由设备决定。柱面、斜面、倒角的磨砂抛光均为手工操作完成。按照加工的难易程度，基本可以分为四种情况，简单表述为“一般难度”“中等难度”“较高难度”和“超高难度”。光纤产品在上述四种情况中共有的技术指标为：大直径Φ和小直径Φ′，锥度均小于0.05 mm，总高公差为±0.1 mm，台阶高度公差为±0.05 mm，上下表面均为光学抛光，光圈要求2～12个牛顿环。

1.2.1 “一般难度”

直台阶型、圆柱型且倒角为45°的产品加工相对简单，如图1、图2、图3中的下平面，在保证产品外形尺寸要求的同时，倒角K2、平面和柱面的交界处允许有不大于0.1 mm的破边。

1.2.2 “中等难度”

直台阶、圆柱型且倒角为圆倒角的产品加工相对较难，如图1、图2中的上平面。此类产品在满足外形尺寸技术要求的同时，圆角要进行手工磨砂并抛光，并要求圆角K3处与平面交接处不允许有明显尖角和大于等于0.1 mm的崩点（破边），有些产品甚至规定为在20倍放大镜下检验不允许有可见崩点（破边）。

当圆角处有尖角或崩点时，返修后平面边缘易出现“塌边”现象，需再次上盘低抛。如果返修次数过多，不仅耗工且出成率会大大降低。

如果如图1所示中的K1处需要抛光，操作难度会增大，小直径Φ′的锥度和尺寸公差及台阶高度h较难保证。

1.2.3 “较高难度”

斜台阶（斜面和台阶面需要抛光）且倒角为圆倒角的产品加工工艺复杂，如图3所示。此类产品除具有“中等难度”的特性外，它还具有以下难度：成型时对刀具要求较高，斜面与台阶面的刀痕会直接影响抛光质量；平面与圆倒角交接处的倒圆角在手工操作时，尺寸较难把握，与斜台阶相比，直台阶产品的台阶高度更难保证。

1.2.4 “超高难度”

此类光纤产品同时具备以上所述“中等难度”和“较高难度”的加工难度，是斜台阶和直台阶并存的多台阶产品，如图4、图5所示，且为大尺寸或超大尺寸的产品，产品外径尺寸Φ，Φ′和Φ″均超过40 mm，光圈要求少于4个牛顿环。

此类光纤产品要求产品上下平面、倒圆角处、斜面和台阶面均使用冷光源检验，不允许有崩点、砂眼和划痕存在，上下平面抛光等级要求较高。

产品总高度H和台阶高度h′，h″公差较小，既要兼顾台阶高度，还要保证总高度。如图5所示，双向双台阶比图4所示单向双台阶加工难度会更大。

2.2 毛坯准备

切片后的毛坯，检验内部斑点、鸡丝等指标，修像位移小于80 um。

2.3 一次扫面

2.3.1 设备准备

使用D15（粒度为M6/12）磨头，启动设备LOH-120SL型加工中心，根据设备要求设定相应工作参数。

2.3.2 加工

将毛坯按要求装到设备卡头上，启动开始按钮，并将毛坯高度扫至为：H+0.1+H′ mm（主要值尺寸H+公差尺寸0.1+预留尺寸H′），同时，检验毛坯上下平面是否有明显刀痕。

2.4 开台阶成型

2.4.1 设备准备

启动设备LOH-C2型加工中心及冷却液水温控制机，根据设备要求设定相应工作参数。

2.4.2 设备编程

设定斜台阶高度加工尺寸为：h′+H′/2 mm（主要值尺寸h′+预留尺寸H′/2）；设定斜台阶外径加工尺寸为：（Φ′+0.1+0.3）mm（主要值尺寸Φ′+公差尺寸0.1+预留尺寸0.3 mm）；设定直台阶高度加工尺寸为：h″ mm（主要值尺寸h″）；设定直台阶外径加工尺寸为：（Φ″+0.05+0.1）mm（主要值尺寸Φ″+上公差尺寸0.05+预留尺寸0.1 mm）。

2.4.3 加工

按要求夹紧工件，启动开始按钮，设备自动运行直至工件加工结束，检验外形无明显刀痕、崩边后，继续加工下一件。

2.5 单轴打砂

单轴打砂的具体的操作步骤为：①将成型的毛坯吸附到单轴机上，用不锈钢片和W14金刚砂把毛坯的所有棱边打磨保护性倒角，尺寸要求0.2×45°Max；②用图8所示的斜台阶磨砂圈和W10金刚砂，对图7所示毛坯的a和b部位进行打磨，确保b台阶面与上下平面的平行度且尺寸Φ″为（Φ″+0.04）mm（比Φ″的上公差尺寸小0.01 mm即可）；③用图9所示直台阶磨砂圈和W10金刚砂，对图7所示毛坯的c和d部位进行打磨，确保d台阶面与上下平面的平行度和c部位的锥度小于0.03 mm，保证台阶高度为（h″+0.03）mm；④需要注意的是，在打砂过程中，要用力均匀，保证无划痕、无砂眼。

2.6 二次扫面

二次扫面的具体操作步骤为：①设备准备。刀具使用D7（粒度为M2.5/5）磨头，其它各项参照一次扫面的要求。②检测一次单轴打磨好的毛坯，测量斜台阶h′的实际高度，以下平面为基准扫上平面，保证h′尺寸为（h′+0.05+0.04）mm（主要值尺寸h′+上公差尺寸0.05+预留尺寸0.04 mm）。③以扫好的上平面为基准，扫下平面，并保证毛坯总高度H尺寸为（H+0.1+0.07）mm（主要值尺寸H+公差尺寸0.1+预留尺寸0.07 mm）。④需要注意的是，在扫面过程中，严格注意磕碰，注意上下平面无划痕和凹坑。

2.7 二次单轴磨砂和抛光

保证二次扫面后的毛坯的f部位倒圆角为R0.5Max，且与上平面交界处无明显尖角、无砂眼；用聚氨酯和抛光粉将毛坯的a，b，c和f部位分别亮抛。

2.8 低速抛光

低速抛光具体操作步骤为：①磨砂盘和抛光胶盘准备。用与毛坯同口径（Φ）的废毛坯试验，制作符合2个牛顿环的专用磨砂盘和抛光胶盘。②光学低速抛光。对前道工序加工好的毛坯通过石膏盘分别进行上下平面的光学抛光，上平面光圈数少于2个牛顿环，下平面光圈数少于4个牛顿环。③在抛光过程中，要密切关注产品上下平面的光圈和塌边情况，以便随时调整。

2.9 下盘、送检

将光学抛光好的产品下盘、清洗并送检，工作流程结束后，需返修则按规定程序进行返修。

3 总结

3.1 特殊光纤产品工艺的主要流程

每次接到客户新的订单，如何进行加工、采取怎样的工艺、怎样保证质量、如何保证产成率？对于我们都是一个新的挑战，经过长期的实践，总结出了产品加工的主要工艺流程，如图10所示。

3.2 特殊光纤产品工艺的关键点和难点

3.2.1 预留工件高度

预留工件高度，包括工件总高H和台阶高度h′和h″。一次扫面时主动加高毛坯工件的总高度至H+0.1+H′，H′根据情况一般预留0.3～0.5 mm之间。单轴加工时难以确定台阶高度h′和h″，因此成型加工时，斜台阶高度h′的尺寸要加至h′+ H′/2 mm，直台阶高度h″的尺寸为h″。这样单轴操作相对变得简单，单轴只需保证直台阶高度h″的要求尺寸（h″+0.03）mm即可，单轴结束后通过二次扫面来保证斜台阶高度h′的尺寸。二次扫面后产品总高度保证为（H+0.1+0.07）mm，这样为上下平面抛光也留了加工余量（在高度H正公差上再加0.07 mm的余量，是根据长期工艺摸索所制定的，不同的产品还要做相应调整）。

3.2.2 保证产品上下平面的质量

光纤产品材料比较特殊，表面比较脆，容易因掉渣而出现破边、崩点等现象，上下平面的光圈在抛光中不稳定，磨砂盘和抛光胶盘也是通过长期的总结和试验制作而成，同时通过各项工艺的优化，还要为返修留有余量，这样才能保质保量地完成生产任务。

〔编辑：王霞〕

2.4.3 加工

按要求夹紧工件，启动开始按钮，设备自动运行直至工件加工结束，检验外形无明显刀痕、崩边后，继续加工下一件。

2.5 单轴打砂

单轴打砂的具体的操作步骤为：①将成型的毛坯吸附到单轴机上，用不锈钢片和W14金刚砂把毛坯的所有棱边打磨保护性倒角，尺寸要求0.2×45°Max；②用图8所示的斜台阶磨砂圈和W10金刚砂，对图7所示毛坯的a和b部位进行打磨，确保b台阶面与上下平面的平行度且尺寸Φ″为（Φ″+0.04）mm（比Φ″的上公差尺寸小0.01 mm即可）；③用图9所示直台阶磨砂圈和W10金刚砂，对图7所示毛坯的c和d部位进行打磨，确保d台阶面与上下平面的平行度和c部位的锥度小于0.03 mm，保证台阶高度为（h″+0.03）mm；④需要注意的是，在打砂过程中，要用力均匀，保证无划痕、无砂眼。

2.6 二次扫面

二次扫面的具体操作步骤为：①设备准备。刀具使用D7（粒度为M2.5/5）磨头，其它各项参照一次扫面的要求。②检测一次单轴打磨好的毛坯，测量斜台阶h′的实际高度，以下平面为基准扫上平面，保证h′尺寸为（h′+0.05+0.04）mm（主要值尺寸h′+上公差尺寸0.05+预留尺寸0.04 mm）。③以扫好的上平面为基准，扫下平面，并保证毛坯总高度H尺寸为（H+0.1+0.07）mm（主要值尺寸H+公差尺寸0.1+预留尺寸0.07 mm）。④需要注意的是，在扫面过程中，严格注意磕碰，注意上下平面无划痕和凹坑。

2.7 二次单轴磨砂和抛光

保证二次扫面后的毛坯的f部位倒圆角为R0.5Max，且与上平面交界处无明显尖角、无砂眼；用聚氨酯和抛光粉将毛坯的a，b，c和f部位分别亮抛。

2.8 低速抛光

低速抛光具体操作步骤为：①磨砂盘和抛光胶盘准备。用与毛坯同口径（Φ）的废毛坯试验，制作符合2个牛顿环的专用磨砂盘和抛光胶盘。②光学低速抛光。对前道工序加工好的毛坯通过石膏盘分别进行上下平面的光学抛光，上平面光圈数少于2个牛顿环，下平面光圈数少于4个牛顿环。③在抛光过程中，要密切关注产品上下平面的光圈和塌边情况，以便随时调整。

2.9 下盘、送检

将光学抛光好的产品下盘、清洗并送检，工作流程结束后，需返修则按规定程序进行返修。

3 总结

3.1 特殊光纤产品工艺的主要流程

每次接到客户新的订单，如何进行加工、采取怎样的工艺、怎样保证质量、如何保证产成率？对于我们都是一个新的挑战，经过长期的实践，总结出了产品加工的主要工艺流程，如图10所示。

3.2 特殊光纤产品工艺的关键点和难点

3.2.1 预留工件高度

预留工件高度，包括工件总高H和台阶高度h′和h″。一次扫面时主动加高毛坯工件的总高度至H+0.1+H′，H′根据情况一般预留0.3～0.5 mm之间。单轴加工时难以确定台阶高度h′和h″，因此成型加工时，斜台阶高度h′的尺寸要加至h′+ H′/2 mm，直台阶高度h″的尺寸为h″。这样单轴操作相对变得简单，单轴只需保证直台阶高度h″的要求尺寸（h″+0.03）mm即可，单轴结束后通过二次扫面来保证斜台阶高度h′的尺寸。二次扫面后产品总高度保证为（H+0.1+0.07）mm，这样为上下平面抛光也留了加工余量（在高度H正公差上再加0.07 mm的余量，是根据长期工艺摸索所制定的，不同的产品还要做相应调整）。

3.2.2 保证产品上下平面的质量

光纤产品材料比较特殊，表面比较脆，容易因掉渣而出现破边、崩点等现象，上下平面的光圈在抛光中不稳定，磨砂盘和抛光胶盘也是通过长期的总结和试验制作而成，同时通过各项工艺的优化，还要为返修留有余量，这样才能保质保量地完成生产任务。

〔编辑：王霞〕

2.4.3 加工

按要求夹紧工件，启动开始按钮，设备自动运行直至工件加工结束，检验外形无明显刀痕、崩边后，继续加工下一件。

2.5 单轴打砂

单轴打砂的具体的操作步骤为：①将成型的毛坯吸附到单轴机上，用不锈钢片和W14金刚砂把毛坯的所有棱边打磨保护性倒角，尺寸要求0.2×45°Max；②用图8所示的斜台阶磨砂圈和W10金刚砂，对图7所示毛坯的a和b部位进行打磨，确保b台阶面与上下平面的平行度且尺寸Φ″为（Φ″+0.04）mm（比Φ″的上公差尺寸小0.01 mm即可）；③用图9所示直台阶磨砂圈和W10金刚砂，对图7所示毛坯的c和d部位进行打磨，确保d台阶面与上下平面的平行度和c部位的锥度小于0.03 mm，保证台阶高度为（h″+0.03）mm；④需要注意的是，在打砂过程中，要用力均匀，保证无划痕、无砂眼。

2.6 二次扫面

二次扫面的具体操作步骤为：①设备准备。刀具使用D7（粒度为M2.5/5）磨头，其它各项参照一次扫面的要求。②检测一次单轴打磨好的毛坯，测量斜台阶h′的实际高度，以下平面为基准扫上平面，保证h′尺寸为（h′+0.05+0.04）mm（主要值尺寸h′+上公差尺寸0.05+预留尺寸0.04 mm）。③以扫好的上平面为基准，扫下平面，并保证毛坯总高度H尺寸为（H+0.1+0.07）mm（主要值尺寸H+公差尺寸0.1+预留尺寸0.07 mm）。④需要注意的是，在扫面过程中，严格注意磕碰，注意上下平面无划痕和凹坑。

2.7 二次单轴磨砂和抛光

保证二次扫面后的毛坯的f部位倒圆角为R0.5Max，且与上平面交界处无明显尖角、无砂眼；用聚氨酯和抛光粉将毛坯的a，b，c和f部位分别亮抛。

2.8 低速抛光

低速抛光具体操作步骤为：①磨砂盘和抛光胶盘准备。用与毛坯同口径（Φ）的废毛坯试验，制作符合2个牛顿环的专用磨砂盘和抛光胶盘。②光学低速抛光。对前道工序加工好的毛坯通过石膏盘分别进行上下平面的光学抛光，上平面光圈数少于2个牛顿环，下平面光圈数少于4个牛顿环。③在抛光过程中，要密切关注产品上下平面的光圈和塌边情况，以便随时调整。

2.9 下盘、送检

将光学抛光好的产品下盘、清洗并送检，工作流程结束后，需返修则按规定程序进行返修。

3 总结

3.1 特殊光纤产品工艺的主要流程

每次接到客户新的订单，如何进行加工、采取怎样的工艺、怎样保证质量、如何保证产成率？对于我们都是一个新的挑战，经过长期的实践，总结出了产品加工的主要工艺流程，如图10所示。

3.2 特殊光纤产品工艺的关键点和难点

3.2.1 预留工件高度

预留工件高度，包括工件总高H和台阶高度h′和h″。一次扫面时主动加高毛坯工件的总高度至H+0.1+H′，H′根据情况一般预留0.3～0.5 mm之间。单轴加工时难以确定台阶高度h′和h″，因此成型加工时，斜台阶高度h′的尺寸要加至h′+ H′/2 mm，直台阶高度h″的尺寸为h″。这样单轴操作相对变得简单，单轴只需保证直台阶高度h″的要求尺寸（h″+0.03）mm即可，单轴结束后通过二次扫面来保证斜台阶高度h′的尺寸。二次扫面后产品总高度保证为（H+0.1+0.07）mm，这样为上下平面抛光也留了加工余量（在高度H正公差上再加0.07 mm的余量，是根据长期工艺摸索所制定的，不同的产品还要做相应调整）。

3.2.2 保证产品上下平面的质量

光纤产品材料比较特殊，表面比较脆，容易因掉渣而出现破边、崩点等现象，上下平面的光圈在抛光中不稳定，磨砂盘和抛光胶盘也是通过长期的总结和试验制作而成，同时通过各项工艺的优化，还要为返修留有余量，这样才能保质保量地完成生产任务。

〔编辑：王霞〕