[发明专利]回转轴对称连续表面树脂基金刚石砂轮超精密磨削方法

说明书

回转轴对称连续表面树脂基金刚石砂轮超精密磨削方法，本发明涉及超硬磨料砂轮超精密磨削方法，本发明是为了获得超光滑光学表面质量，在磨削之前及加工过程中对砂轮进行整形和俢锐，并在磨削过程中进行刀具轨迹补偿，步骤一：单点金刚石修整器和Al2O3棒对金刚石砂轮修整，步骤二：采用MATLAB软件生成所需加工的回转轴对称连续表面的横截面轮廓数据点，然后采用精密磨床刀具轨迹生成系统生成砂轮运动轨迹，步骤三：优化加工，步骤四：改善工件面形精度，本发明用于金刚石砂轮超精密磨削领域。

技术领域

本发明涉及超硬磨料砂轮超精密磨削方法，具体涉及回转轴对称连续表面树脂基金刚石砂轮超精密磨削方法。

背景技术

在不同的工业领域内，如光学制造，化学及机械工程等领域，光学表面可以用于传输能量和信号。硬脆材料正不断代替传统的模具钢、铝及铜材料应用于制造光学模具中，以满足大批量生产时玻璃模压工艺对模具耐高温和高机械性能的要求。到目前为止，超精密磨削仍然是加工硬脆材料的最主要方法之一。超精密磨削加工过程中，金刚石砂轮的磨损以及不同的误差都将影响加工表面的形状精度，因而砂轮的在位修整及刀具轨迹补偿十分必要。根据文献，砂轮的外形宏观磨损主要包括形状偏差、圆度误差及砂轮钝化，而金刚石磨粒磨损则分为顶部磨平、磨粒破碎及脱落。在超精密磨削加工硬脆材料时，砂轮的微观磨损对工件表面完整性、形状精度、纳米级表面生成具有重要影响。因此，为了获得超光滑光学表面质量，在磨削之前及加工过程中对砂轮进行整形和俢锐十分必要。

平行磨削法已广泛应用于加工球面、非球面及回转对称结构表面。但是该方法所能够加工的零件尺寸仍具有一定限制。作为加工硬脆材料的有效方法之一，Oliveira等认为超精密磨削在工业生产中的一大挑战就是直接加工出能够满足实际使用需求的功能表面，这通常要求工件表面粗糙度Ra<10nm，面形精度PV<1μm，并且还需克服工件尺寸限制。Yamamoto等为了加工大深径比的球面和非球面开发了法向磨削加工(Wheel NormalGrinding)技术，该方法采用尖锐金刚石砂轮边缘与工件的单点接触进行加工，可以有效避免砂轮的磨损及形状误差被引入到工件表面。作为一种特殊的平行磨削工艺，单点金刚石法向磨削不断被用于在硬脆材料表面加工球面和非球面元件。它可以克服砂轮的磨损对工件面形精度的影响。

采用单点金刚石法向磨削方法加工微结构功能表面时，首先需要结合所要加工的表面结构尺寸，正确的选择砂轮型号及尺寸并对其进行精密修整，这也是实现对硬脆材料功能表面进行超精密磨削加工的必要条件。此外，砂轮的磨损及不同的误差源，包括准静态和动态误差，都将降低磨削表面的面形精度。因而，加工过程中需要同时对误差引起刀具轨迹偏差和砂轮磨损导致的工件尺寸偏差进行补偿。例如，Huang等采用沿磨削表面法向的残余误差进行刀具轨迹补偿的方法，有效减小了砂轮形状对非球面工件的形状精度的影响。Chen和Yin等分析了单点金刚石斜轴纳米磨削时的误差产生原因，经过误差补偿成功制备出微小型非球面模芯。

发明内容

本发明是为了获得超光滑光学表面质量，在磨削之前及加工过程中对砂轮进行整形和俢锐，并在磨削过程中进行刀具轨迹补偿，进而提供回转轴对称连续表面树脂基金刚石砂轮超精密磨削方法。

本发明为解决上述问题而采用的技术方案是：

步骤一：单点金刚石修整器和Al2O3棒对树脂基金刚石砂轮修整:将单点金刚石修整器和树脂基金刚石砂轮安转在精密磨床上，先通过单点金刚石修整器对树脂基金刚石砂轮边缘面进行精密整形获得具有特定夹角的尖锐边缘，再将Al2O3棒安装在单点金刚石修整器处，使用Al2O3棒对树脂基金刚石砂轮尖角边缘进行精密修整：树脂基金刚石砂轮的进给通过精密磨床的X轴控制，修整深度采用精密磨床的Z轴控制,所使用的砂轮为1500号树脂结合剂的树脂基金刚石砂轮，金刚石修整器的转速为300RPM，树脂基金刚石砂轮转速为2000RPM，进给速率为0.5mm/min，修整深度为5μm/pass。修整后的树脂基金刚石砂轮边缘的截面为具有一定圆弧的尖锐‘V’字形；