關于特殊光纖產品加工工藝的研究

薛睿斌

摘 要：由于光纖系列產品形狀、技術要求和材料上的不同，各類產品的加工工藝也不同。通過實際的生產實踐，總結出一套較為科學的的加工工藝，它不僅可以提高產品的加工合格率，還能有效提升生產效率。

關鍵詞：光纖產品；技術要求；加工工藝；磨砂拋光

中圖分類號：TN253 文獻標識碼：A 文章編號：2095-6835（2014）07-0033-02

光纖系列產品包括光纖倒像器、面板（直板）、光錐三大系列。隨著光纖系列產品應用到更廣泛的領域和行業，人們對光纖系列產品技術指標的要求也越來越高，尤其對其外形尺寸提出了更高的要求，例如對一些光纖產品的柱面Φ、Φ′錐度、總高H、臺階高度h等的尺寸公差要求都要在0.05 mm之內，如圖1、圖2、圖3所示。由于光纖產品是由幾百萬根絲徑為幾個微米左右的纖維絲經高溫熔壓后制成，產品基體由玻璃纖維組成，這種材料比較脆，加工過程中易崩邊（破邊）、易掉碎屑，產品質量很難保證，而且每批量都要受到設備、刀具、冷卻液溫度、操作人員等諸多因素的影響，所以光纖產品的加工很難得到控制。

產品的加工過程涉及到玻璃外形機械加工、玻璃光學拋光、自動化和手工磨邊等諸多工藝和技術環節，每個細節都應被分析和考慮到。經過長期生產過程中的不斷總結和摸索，并結合我公司產品的特性、設備、工裝和人員的實際情況，我們總結出了一套有效的加工工藝，用以保證產品的質量。

1 產品概述

我公司生產的光纖產品的外形按照用戶的不同要求可以分為很多種類，根據技術要求、尺寸公差要求和產品的外形可分為以下幾種情況。

1.1 按產品的外形和技術要求分類

按臺階分類：可分為臺階型和圓柱型，如圖1和圖2所示，臺階型產品又可分為直臺階型和斜臺階型，如圖1、圖3所示。

按照柱面（斜面）粗糙度要求分類：可分為非拋光面和拋光面，分別見圖1的K1處和圖3的K1處，拋光面均為手工磨砂并亮拋，且無明顯砂眼和劃痕。

按照倒角分類：主要分為45°倒角和圓倒角，分別見圖1的K2處和K3處。

按照外徑尺寸（圖示中的Φ或Φ′）的大小分類：一般尺寸為Φ或Φ′<25 mm，中等尺寸為Φ≥25 mm或Φ′<40 mm，大尺寸為Φ≥40 mm或Φ′<65 mm，超大尺寸為Φ或Φ′≥65 mm。

1.2 按照產品的難易程度分類

所有產品的外形均為設備加工成型，上下平面由設備決定。柱面、斜面、倒角的磨砂拋光均為手工操作完成。按照加工的難易程度，基本可以分為四種情況，簡單表述為“一般難度”“中等難度”“較高難度”和“超高難度”。光纖產品在上述四種情況中共有的技術指標為：大直徑Φ和小直徑Φ′，錐度均小于0.05 mm，總高公差為±0.1 mm，臺階高度公差為±0.05 mm，上下表面均為光學拋光，光圈要求2～12個牛頓環。

1.2.1 “一般難度”

直臺階型、圓柱型且倒角為45°的產品加工相對簡單，如圖1、圖2、圖3中的下平面，在保證產品外形尺寸要求的同時，倒角K2、平面和柱面的交界處允許有不大于0.1 mm的破邊。

1.2.2 “中等難度”

直臺階、圓柱型且倒角為圓倒角的產品加工相對較難，如圖1、圖2中的上平面。此類產品在滿足外形尺寸技術要求的同時，圓角要進行手工磨砂并拋光，并要求圓角K3處與平面交接處不允許有明顯尖角和大于等于0.1 mm的崩點（破邊），有些產品甚至規定為在20倍放大鏡下檢驗不允許有可見崩點（破邊）。

當圓角處有尖角或崩點時，返修后平面邊緣易出現“塌邊”現象，需再次上盤低拋。如果返修次數過多，不僅耗工且出成率會大大降低。

如果如圖1所示中的K1處需要拋光，操作難度會增大，小直徑Φ′的錐度和尺寸公差及臺階高度h較難保證。

1.2.3 “較高難度”

斜臺階（斜面和臺階面需要拋光）且倒角為圓倒角的產品加工工藝復雜，如圖3所示。此類產品除具有“中等難度”的特性外，它還具有以下難度：成型時對刀具要求較高，斜面與臺階面的刀痕會直接影響拋光質量；平面與圓倒角交接處的倒圓角在手工操作時，尺寸較難把握，與斜臺階相比，直臺階產品的臺階高度更難保證。

1.2.4 “超高難度”

此類光纖產品同時具備以上所述“中等難度”和“較高難度”的加工難度，是斜臺階和直臺階并存的多臺階產品，如圖4、圖5所示，且為大尺寸或超大尺寸的產品，產品外徑尺寸Φ，Φ′和Φ″均超過40 mm，光圈要求少于4個牛頓環。

此類光纖產品要求產品上下平面、倒圓角處、斜面和臺階面均使用冷光源檢驗，不允許有崩點、砂眼和劃痕存在，上下平面拋光等級要求較高。

產品總高度H和臺階高度h′，h″公差較小，既要兼顧臺階高度，還要保證總高度。如圖5所示，雙向雙臺階比圖4所示單向雙臺階加工難度會更大。

2.2 毛坯準備

切片后的毛坯，檢驗內部斑點、雞絲等指標，修像位移小于80 um。

2.3 一次掃面

2.3.1 設備準備

使用D15（粒度為M6/12）磨頭，啟動設備LOH-120SL型加工中心，根據設備要求設定相應工作參數。

2.3.2 加工

將毛坯按要求裝到設備卡頭上，啟動開始按鈕，并將毛坯高度掃至為：H+0.1+H′ mm（主要值尺寸H+公差尺寸0.1+預留尺寸H′），同時，檢驗毛坯上下平面是否有明顯刀痕。

2.4 開臺階成型

2.4.1 設備準備

啟動設備LOH-C2型加工中心及冷卻液水溫控制機，根據設備要求設定相應工作參數。

2.4.2 設備編程

設定斜臺階高度加工尺寸為：h′+H′/2 mm（主要值尺寸h′+預留尺寸H′/2）；設定斜臺階外徑加工尺寸為：（Φ′+0.1+0.3）mm（主要值尺寸Φ′+公差尺寸0.1+預留尺寸0.3 mm）；設定直臺階高度加工尺寸為：h″ mm（主要值尺寸h″）；設定直臺階外徑加工尺寸為：（Φ″+0.05+0.1）mm（主要值尺寸Φ″+上公差尺寸0.05+預留尺寸0.1 mm）。

2.4.3 加工

按要求夾緊工件，啟動開始按鈕，設備自動運行直至工件加工結束，檢驗外形無明顯刀痕、崩邊后，繼續加工下一件。

2.5 單軸打砂

單軸打砂的具體的操作步驟為：①將成型的毛坯吸附到單軸機上，用不銹鋼片和W14金剛砂把毛坯的所有棱邊打磨保護性倒角，尺寸要求0.2×45°Max；②用圖8所示的斜臺階磨砂圈和W10金剛砂，對圖7所示毛坯的a和b部位進行打磨，確保b臺階面與上下平面的平行度且尺寸Φ″為（Φ″+0.04）mm（比Φ″的上公差尺寸小0.01 mm即可）；③用圖9所示直臺階磨砂圈和W10金剛砂，對圖7所示毛坯的c和d部位進行打磨，確保d臺階面與上下平面的平行度和c部位的錐度小于0.03 mm，保證臺階高度為（h″+0.03）mm；④需要注意的是，在打砂過程中，要用力均勻，保證無劃痕、無砂眼。

2.6 二次掃面

二次掃面的具體操作步驟為：①設備準備。刀具使用D7（粒度為M2.5/5）磨頭，其它各項參照一次掃面的要求。②檢測一次單軸打磨好的毛坯，測量斜臺階h′的實際高度，以下平面為基準掃上平面，保證h′尺寸為（h′+0.05+0.04）mm（主要值尺寸h′+上公差尺寸0.05+預留尺寸0.04 mm）。③以掃好的上平面為基準，掃下平面，并保證毛坯總高度H尺寸為（H+0.1+0.07）mm（主要值尺寸H+公差尺寸0.1+預留尺寸0.07 mm）。④需要注意的是，在掃面過程中，嚴格注意磕碰，注意上下平面無劃痕和凹坑。

2.7 二次單軸磨砂和拋光

保證二次掃面后的毛坯的f部位倒圓角為R0.5Max，且與上平面交界處無明顯尖角、無砂眼；用聚氨酯和拋光粉將毛坯的a，b，c和f部位分別亮拋。

2.8 低速拋光

低速拋光具體操作步驟為：①磨砂盤和拋光膠盤準備。用與毛坯同口徑（Φ）的廢毛坯試驗，制作符合2個牛頓環的專用磨砂盤和拋光膠盤。②光學低速拋光。對前道工序加工好的毛坯通過石膏盤分別進行上下平面的光學拋光，上平面光圈數少于2個牛頓環，下平面光圈數少于4個牛頓環。③在拋光過程中，要密切關注產品上下平面的光圈和塌邊情況，以便隨時調整。

2.9 下盤、送檢

將光學拋光好的產品下盤、清洗并送檢，工作流程結束后，需返修則按規定程序進行返修。

3 總結

3.1 特殊光纖產品工藝的主要流程

每次接到客戶新的訂單，如何進行加工、采取怎樣的工藝、怎樣保證質量、如何保證產成率？對于我們都是一個新的挑戰，經過長期的實踐，總結出了產品加工的主要工藝流程，如圖10所示。

3.2 特殊光纖產品工藝的關鍵點和難點

3.2.1 預留工件高度

預留工件高度，包括工件總高H和臺階高度h′和h″。一次掃面時主動加高毛坯工件的總高度至H+0.1+H′，H′根據情況一般預留0.3～0.5 mm之間。單軸加工時難以確定臺階高度h′和h″，因此成型加工時，斜臺階高度h′的尺寸要加至h′+ H′/2 mm，直臺階高度h″的尺寸為h″。這樣單軸操作相對變得簡單，單軸只需保證直臺階高度h″的要求尺寸（h″+0.03）mm即可，單軸結束后通過二次掃面來保證斜臺階高度h′的尺寸。二次掃面后產品總高度保證為（H+0.1+0.07）mm，這樣為上下平面拋光也留了加工余量（在高度H正公差上再加0.07 mm的余量，是根據長期工藝摸索所制定的，不同的產品還要做相應調整）。

3.2.2 保證產品上下平面的質量

光纖產品材料比較特殊，表面比較脆，容易因掉渣而出現破邊、崩點等現象，上下平面的光圈在拋光中不穩定，磨砂盤和拋光膠盤也是通過長期的總結和試驗制作而成，同時通過各項工藝的優化，還要為返修留有余量，這樣才能保質保量地完成生產任務。

〔編輯：王霞〕

2.4.3 加工

按要求夾緊工件，啟動開始按鈕，設備自動運行直至工件加工結束，檢驗外形無明顯刀痕、崩邊后，繼續加工下一件。

2.5 單軸打砂

單軸打砂的具體的操作步驟為：①將成型的毛坯吸附到單軸機上，用不銹鋼片和W14金剛砂把毛坯的所有棱邊打磨保護性倒角，尺寸要求0.2×45°Max；②用圖8所示的斜臺階磨砂圈和W10金剛砂，對圖7所示毛坯的a和b部位進行打磨，確保b臺階面與上下平面的平行度且尺寸Φ″為（Φ″+0.04）mm（比Φ″的上公差尺寸小0.01 mm即可）；③用圖9所示直臺階磨砂圈和W10金剛砂，對圖7所示毛坯的c和d部位進行打磨，確保d臺階面與上下平面的平行度和c部位的錐度小于0.03 mm，保證臺階高度為（h″+0.03）mm；④需要注意的是，在打砂過程中，要用力均勻，保證無劃痕、無砂眼。

2.6 二次掃面

二次掃面的具體操作步驟為：①設備準備。刀具使用D7（粒度為M2.5/5）磨頭，其它各項參照一次掃面的要求。②檢測一次單軸打磨好的毛坯，測量斜臺階h′的實際高度，以下平面為基準掃上平面，保證h′尺寸為（h′+0.05+0.04）mm（主要值尺寸h′+上公差尺寸0.05+預留尺寸0.04 mm）。③以掃好的上平面為基準，掃下平面，并保證毛坯總高度H尺寸為（H+0.1+0.07）mm（主要值尺寸H+公差尺寸0.1+預留尺寸0.07 mm）。④需要注意的是，在掃面過程中，嚴格注意磕碰，注意上下平面無劃痕和凹坑。

2.7 二次單軸磨砂和拋光

保證二次掃面后的毛坯的f部位倒圓角為R0.5Max，且與上平面交界處無明顯尖角、無砂眼；用聚氨酯和拋光粉將毛坯的a，b，c和f部位分別亮拋。

2.8 低速拋光

低速拋光具體操作步驟為：①磨砂盤和拋光膠盤準備。用與毛坯同口徑（Φ）的廢毛坯試驗，制作符合2個牛頓環的專用磨砂盤和拋光膠盤。②光學低速拋光。對前道工序加工好的毛坯通過石膏盤分別進行上下平面的光學拋光，上平面光圈數少于2個牛頓環，下平面光圈數少于4個牛頓環。③在拋光過程中，要密切關注產品上下平面的光圈和塌邊情況，以便隨時調整。

2.9 下盤、送檢

將光學拋光好的產品下盤、清洗并送檢，工作流程結束后，需返修則按規定程序進行返修。

3 總結

3.1 特殊光纖產品工藝的主要流程

每次接到客戶新的訂單，如何進行加工、采取怎樣的工藝、怎樣保證質量、如何保證產成率？對于我們都是一個新的挑戰，經過長期的實踐，總結出了產品加工的主要工藝流程，如圖10所示。

3.2 特殊光纖產品工藝的關鍵點和難點

3.2.1 預留工件高度

預留工件高度，包括工件總高H和臺階高度h′和h″。一次掃面時主動加高毛坯工件的總高度至H+0.1+H′，H′根據情況一般預留0.3～0.5 mm之間。單軸加工時難以確定臺階高度h′和h″，因此成型加工時，斜臺階高度h′的尺寸要加至h′+ H′/2 mm，直臺階高度h″的尺寸為h″。這樣單軸操作相對變得簡單，單軸只需保證直臺階高度h″的要求尺寸（h″+0.03）mm即可，單軸結束后通過二次掃面來保證斜臺階高度h′的尺寸。二次掃面后產品總高度保證為（H+0.1+0.07）mm，這樣為上下平面拋光也留了加工余量（在高度H正公差上再加0.07 mm的余量，是根據長期工藝摸索所制定的，不同的產品還要做相應調整）。

3.2.2 保證產品上下平面的質量

光纖產品材料比較特殊，表面比較脆，容易因掉渣而出現破邊、崩點等現象，上下平面的光圈在拋光中不穩定，磨砂盤和拋光膠盤也是通過長期的總結和試驗制作而成，同時通過各項工藝的優化，還要為返修留有余量，這樣才能保質保量地完成生產任務。

〔編輯：王霞〕

2.4.3 加工

按要求夾緊工件，啟動開始按鈕，設備自動運行直至工件加工結束，檢驗外形無明顯刀痕、崩邊后，繼續加工下一件。

2.5 單軸打砂

單軸打砂的具體的操作步驟為：①將成型的毛坯吸附到單軸機上，用不銹鋼片和W14金剛砂把毛坯的所有棱邊打磨保護性倒角，尺寸要求0.2×45°Max；②用圖8所示的斜臺階磨砂圈和W10金剛砂，對圖7所示毛坯的a和b部位進行打磨，確保b臺階面與上下平面的平行度且尺寸Φ″為（Φ″+0.04）mm（比Φ″的上公差尺寸小0.01 mm即可）；③用圖9所示直臺階磨砂圈和W10金剛砂，對圖7所示毛坯的c和d部位進行打磨，確保d臺階面與上下平面的平行度和c部位的錐度小于0.03 mm，保證臺階高度為（h″+0.03）mm；④需要注意的是，在打砂過程中，要用力均勻，保證無劃痕、無砂眼。

2.6 二次掃面

二次掃面的具體操作步驟為：①設備準備。刀具使用D7（粒度為M2.5/5）磨頭，其它各項參照一次掃面的要求。②檢測一次單軸打磨好的毛坯，測量斜臺階h′的實際高度，以下平面為基準掃上平面，保證h′尺寸為（h′+0.05+0.04）mm（主要值尺寸h′+上公差尺寸0.05+預留尺寸0.04 mm）。③以掃好的上平面為基準，掃下平面，并保證毛坯總高度H尺寸為（H+0.1+0.07）mm（主要值尺寸H+公差尺寸0.1+預留尺寸0.07 mm）。④需要注意的是，在掃面過程中，嚴格注意磕碰，注意上下平面無劃痕和凹坑。

2.7 二次單軸磨砂和拋光

保證二次掃面后的毛坯的f部位倒圓角為R0.5Max，且與上平面交界處無明顯尖角、無砂眼；用聚氨酯和拋光粉將毛坯的a，b，c和f部位分別亮拋。

2.8 低速拋光

低速拋光具體操作步驟為：①磨砂盤和拋光膠盤準備。用與毛坯同口徑（Φ）的廢毛坯試驗，制作符合2個牛頓環的專用磨砂盤和拋光膠盤。②光學低速拋光。對前道工序加工好的毛坯通過石膏盤分別進行上下平面的光學拋光，上平面光圈數少于2個牛頓環，下平面光圈數少于4個牛頓環。③在拋光過程中，要密切關注產品上下平面的光圈和塌邊情況，以便隨時調整。

2.9 下盤、送檢

將光學拋光好的產品下盤、清洗并送檢，工作流程結束后，需返修則按規定程序進行返修。

3 總結

3.1 特殊光纖產品工藝的主要流程

每次接到客戶新的訂單，如何進行加工、采取怎樣的工藝、怎樣保證質量、如何保證產成率？對于我們都是一個新的挑戰，經過長期的實踐，總結出了產品加工的主要工藝流程，如圖10所示。

3.2 特殊光纖產品工藝的關鍵點和難點

3.2.1 預留工件高度

預留工件高度，包括工件總高H和臺階高度h′和h″。一次掃面時主動加高毛坯工件的總高度至H+0.1+H′，H′根據情況一般預留0.3～0.5 mm之間。單軸加工時難以確定臺階高度h′和h″，因此成型加工時，斜臺階高度h′的尺寸要加至h′+ H′/2 mm，直臺階高度h″的尺寸為h″。這樣單軸操作相對變得簡單，單軸只需保證直臺階高度h″的要求尺寸（h″+0.03）mm即可，單軸結束后通過二次掃面來保證斜臺階高度h′的尺寸。二次掃面后產品總高度保證為（H+0.1+0.07）mm，這樣為上下平面拋光也留了加工余量（在高度H正公差上再加0.07 mm的余量，是根據長期工藝摸索所制定的，不同的產品還要做相應調整）。

3.2.2 保證產品上下平面的質量

光纖產品材料比較特殊，表面比較脆，容易因掉渣而出現破邊、崩點等現象，上下平面的光圈在拋光中不穩定，磨砂盤和拋光膠盤也是通過長期的總結和試驗制作而成，同時通過各項工藝的優化，還要為返修留有余量，這樣才能保質保量地完成生產任務。

〔編輯：王霞〕