[发明专利]圆形菲涅尔花纹加工刀具组合装置、设备及加工工艺

说明书

技术领域

本发明涉及光学元件制造设备技术领域，具体涉及一种圆形菲涅尔花纹加工刀具组合装置、应用该刀具组合装置的设备及应用该设备加工圆形菲涅尔花纹的加工工艺。

背景技术

菲涅尔微光学结构元件具有体积小、质量轻、易集成的特点，在军用及民用工业领域有着广阔的应用前景，目前其加工方法有电子束写技术、激光束写技术、光刻技术、蚀刻技术、沉积和影像蚀刻技术、LIGA技术、复制技术、镀膜技术和高速铣削技术等。

各加工方法均有着其各自的局限性，（1）光刻技术：由于视场深度的限制，仅限于二维结构和小深宽比三维结构的加工；（2）采用牺牲层蚀刻技术，虽然可以实现准三维加工，但易使材料产生内应力，影响最终的机械性能，且蚀刻技术受材料晶向影响，加工准确性差，被加工表面质量差；（3）LICA技术：LIGA工艺须使用昂贵、稀有的高准直度的X射线光源，其成本比光刻设备还要高许多，一般实验室和企业都很难负担得起，同时，从原理上讲，LIGA工艺很难在曲面基底上加工三维结构。而其它的一些微制造技术，如沉积等一般均为平面工艺，很难适应三维结构的加工。（4）电子束写、激光束写技术效率低，难以进行批量生产；（5）复制技术，包括热压成型法，模压成型法和注射成型法等，是一种适于批量生产的低成本技术，但要求其模具具有较高精度和耐用性；（6）高速铣削技术，其加工精度高，但对于齿形的尖角加工却无能为力，会产生略大于刀尖圆角半径R的自然加工圆角，虽理论上刀具越小加工圆角越小，但越小的刀具加工难度越大，刀具刚强度越小，加工效率越低，刀具切削寿命越短，加工成本越高。

发明内容

本发明提供一种圆形菲涅尔花纹加工刀具组合装置、设备及加工工艺，能够解决上述问题。

本发明实施例提供一种圆形菲涅尔花纹加工刀具组合装置，包括：基座及固定在基座顶面的多个刀具，每个刀具包括刀杆及设于刀杆上方的刀头，每个刀头顶部的刀尖处设有刀尖圆角，多个刀头按照其各自的刀尖圆角半径大小递增排布在基座顶面上；基座顶面边缘还设用于将整个基座固定在工作台上的码铁固定槽。

优选地，基座顶面设有与刀具数量相等的多个固定孔，刀具的刀杆插入对应的固定孔内，每个固定孔内侧壁设有向外延伸并与基座外壁连通的两个锁紧孔，两个锁紧孔在固定孔轴向上下排布，锁紧孔内设有内螺纹，锁紧孔内设有用于锁紧刀杆的螺栓。

优选地，所述刀头为具有四个侧壁的锥体，该锥体顶点为刀头的刀尖，该锥体的四个侧壁分别为刀头的前刀面、后刀面、副后刀面及侧刀面，前刀面正对副后刀面，后刀面正对侧刀面；所述前刀面表面镶嵌一层厚度Н为0.2mm～0.8mm的金刚石，前刀面与侧刀面由上至下向刀头内侧倾斜分别与过刀尖的垂线形成第一负偏角                                               和第二副负角ψ；副后刀面自刀尖至刀头根部由两不同斜率的第一斜面和第二斜面衔接组成，第一斜面的斜率小于第二斜面的斜率；后刀面底边由前刀面至副后刀面向侧刀面倾斜形成后刀面倾角，后刀面与侧刀面衔接的刀尖位置设有刀尖圆角。

优选地，基座上排列固定刀尖圆角半径分别为0.2mm、0.1mm、0.05mm的粗刀具、中刀具和精刀具。

本发明实施例还提供了一种基于上述组合装置的圆形菲涅尔花纹加工设备，包括：加工中心、数控机床及上述的圆形菲涅尔花纹加工刀具组合装置，数控机床包括在横向及纵向上运动的工作台，加工中心包括在竖直方向上运动的加工主轴，该刀具组合装置通过码铁固定在数控机床的工作台上。

上述技术方案可以看出，采用多头组合，使得一次对刀便能够完成所有从粗加工到精加工的步骤，节省了加工时间，提升了加工效率。

本发明实施例基于上述加工设备，还提供了一种圆形菲涅尔花纹加工工艺，包括如下步骤：

A：将工件同轴地安装在加工中心的加工主轴上；

B：在圆形菲涅尔花纹加工刀具组合装置的基座上排列安装刀尖圆角半径分别为0.2mm、0.1mm、0.05mm的粗刀具、中刀具和精刀具，并进行对刀操作；

C：数控机床选用粗刀具对工件进行粗加工，加工中心的加工主轴选用转速S=3000转/分钟，进给速度F=25毫米/分钟，每次进刀深度0.16毫米，直至粗加工完成；

D：数控机床选用中刀具对工件进行中加工，加工中心的加工主轴选用转速3000转/分钟，进给速度F=25毫米/分钟，每次进刀深度0.06毫米，直至中加工完成；