[发明专利]非回转光学阵列的粗精集成递进磨削方法

说明书

本发明公开了一种非回转光学阵列的粗精集成递进磨削方法，包括步骤1分别设计和制作精密结构化粗磨金刚石砂轮、精密结构化超细金刚石砂轮的结构轮廓和分隔板的结构：步骤2依次将步骤1中精密结构化粗磨金刚石砂轮、分隔板和精密结构化超细金刚石砂轮安装在机床主轴上；将加工工件固定在机床工作台上；步骤3砂轮在位修形：步骤4仿形粗磨：采用仿形磨削法，利用精密结构化粗磨金刚石砂轮进行粗磨；步骤5相切轨迹递进精密：沿着递进磨削轨迹，利用精密结构化细粒度或超细粒度金刚石砂轮对工件表面进行递进磨削，通过一个磨削循环高效完成整个微结构阵列表面轮廓的半精加工和精加工。

技术领域

本发明涉及到非回转光学阵列的磨削方法，具体涉及一种非回转光学阵列的粗精集成递进磨削方法。

背景技术

非回转光学阵列作为微结构表面其中的一类，相对于其他微结构，有着更为复杂的面形结构，常被作为现代光学和通信领域的关键部件，非回转光学阵列光学元件可以大大简化系统的构成，非回转光学阵列的加工精度往往较高，阵列结构的单元间距一般在毫米或微米级，面形精度和表面粗糙度要求分别在亚微米级和纳米级，相比于传统的回转光学阵列，非回转光学阵列零件的精度更难保证。但由于超精密磨削是目前针对非回转光学阵列表面精密加工最为行之有效的手段，其主要的实现形式是在超精密机床上采用微小磨具进行超精密磨削加工。但存在的主要问题是金刚石砂轮与工件均为单点接触，当进给步长低至数微米时，加工效率非常低；微细砂轮轮廓尖端磨损快，为满足形状精度要求需要多次插入砂轮修整循环，大大降低加工效率。

发明内容

本发明的目的就是针对传统的单片砂轮单点接触磨削效率低，轮廓尖端磨损快的问题，提出一种非回转光学阵列的粗精集成递进磨削方法。本发明将半精加工和精加工整合起来，可以在工件表面上加工出高形状精度的非回转光学阵列，非回转光学阵列可表现为V型槽阵列、微圆弧槽阵列、微金字塔阵列等，可以用于陶瓷、玻璃、硬质合金等硬脆性材料。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种非回转光学阵列的粗精集成递进磨削方法，包括以下步骤：

步骤1粗精集成砂轮设计与修整：分别设计和修整精密结构化粗磨金刚石砂轮、精密结构化超细金刚石砂轮的结构轮廓和分隔板的结构：

步骤2砂轮与工件的固定与安装：依次将步骤1中精密结构化粗磨金刚石砂轮和、分隔板和精密结构化超细金刚石砂轮安装在机床主轴上；将加工工件固定在机床工作台上；

步骤3砂轮在位修形：采用接触或非接触式修整方法在位精密修整两种砂轮的结构阵列的轮廓，保证粗磨和精磨砂轮及其表面微细结构的固定位置关系；

步骤4仿形粗磨：采用仿形磨削法，利用精密结构化粗磨金刚石砂轮进行粗磨，去除工件的大部分体积，减小精密结构化细粒度或超细粒度金刚石砂轮磨削余量，减小砂轮磨损，从而保证最终精密磨削精度。

步骤5相切轨迹递进精磨：沿着递进磨削轨迹，即按照砂轮的最后一个微细结构单元与工件最终轮廓保持相切的运动轨迹，利用精密结构化细粒度或超细粒度金刚石砂轮对工件表面进行递进磨削，通过一个磨削循环高效完成整个微结构阵列表面轮廓的半精加工和精加工。

进一步的，步骤1中所设计的仿形粗磨削用精密结构化粗粒度金刚石砂轮的各个结构单元轮廓一致，根据选定的精密磨削余量设计砂轮微结构单元轮廓；相切轨迹精密磨削用细粒度或超细粒度微细结构金刚石砂轮需按精密磨削余量以及精密磨削切深设计多个高度渐变的砂轮微细结构单元轮廓；分隔板的厚度应大于微结构阵列工件的在砂轮轴向方向的宽度。

进一步的，步骤1中所述的精密结构化粗磨金刚石砂轮、精密结构化超细金刚石砂轮的修整装置：包括支架、Z轴进给机构、喷嘴、摩擦轮和控制系统；其中，所述的支架安装在砂轮罩上，所述Z轴进给机构安装在支架上，所述喷嘴由Z轴进给机构驱动；所述的摩擦轮安装在砂轮下侧，由步进电机驱动摩擦轮旋转；所述控制系统与Z轴进给机构、步进电机相连。