[发明专利]一种硬脆自由曲面磨削装置及磨削方法

说明书

本发明公开了一种硬脆自由曲面磨削装置，包括用以对工件表面进行磨削的ELID磨削设备和用以对工件表面进行加热的激光装置，所述ELID磨削设备包括用以对工件表面进行磨削的砂轮，在磨削方向上，所述激光装置发出的激光在工件表面上形成的加热点位于砂轮在工件表面上形成的磨削点的前方。该磨削装置通过采用ELID磨削设备提高了加工精度，通过采用激光装置加热的方式降低了磨削的难度，提高了磨削效率，延长了砂轮的寿命。

技术领域

本发明涉及曲面加工领域，尤其涉及一种硬脆自由曲面磨削装置及磨削方法。

背景技术

随着光电技术及IT行业和数码行业的发展，自由光学曲面零件已成为光电及通信产品的核心零部件。为让光学系统具有优秀的光学性能，其光学曲面模芯往往必须达到纳米级镜面，其材料往往采用高速工具钢、硬质合金钢甚至陶瓷材料。

针对硬脆难加工材料的超精密加工，ELID(Electrolytic In-Process Dressing)磨削技术实现了超硬微粉级砂轮的在线电解修整，在硬脆材料等难加工材料磨削领域被广泛应用。对微粉级W10粒度的金刚石砂轮进行修整，采用0.01mm切深及50mm/min的进给速度下，通过多次进给磨削和光磨可实现对超硬自由曲面透镜模芯的超精密磨削。由于采用小切深、慢进给的加工工艺，其加工效率及成本难以得到改善。

现阶段激光加热辅助加工能改善难加工材料的可加工性能，对样件的加工质量、加工效率及刀具寿命方面也起到了很大的帮助。采用激光加热辅助切削，其加工速度可以提高10倍，切削力与常规相比可下降30％-60％，刀具寿命延长2-10倍。但该技术主要应用于普通车削和铣削，除平面和圆柱棒料磨削外，至今未见对硬脆材料自由曲面加工的文献。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种硬脆自由曲面磨削装置及磨削方法，通过采用ELID技术和激光加热配合的方式，一方面能够达到更高的加工精度，另一方面能够提高ELID砂轮的寿命。

为达到以上目的，本发明采用的技术方案为：一种硬脆自由曲面磨削装置，其特征在于，包括用以对工件表面进行磨削的ELID磨削设备和用以对工件表面进行加热的激光装置，所述ELID磨削设备包括用以对工件表面进行磨削的砂轮，在磨削方向上，所述激光装置发出的激光在工件表面上形成的加热点位于砂轮在工件表面上形成的磨削点的前方。

优选地，所述ELID磨削设备还包括电源、与电源负极电连接的电极以及用以喷出电解液的喷嘴，所述砂轮与电源的正极电连接，所述电极用以对砂轮的圆周表面进行电解，所述砂轮与电极之间具有间隙，所述喷嘴用以向所述间隙喷入电解液。

优选地，所述砂轮的圆周表面沿着砂轮的轴线方向为圆弧面，所述电极的与砂轮配合的一侧设置有内凹的圆弧面，所述电极的圆弧面的直径大于砂轮的圆弧面的直径。

优选地，还包括用以带动砂轮、电极以及喷嘴同步移动的第一移动平台和用以带动激光装置移动的第二移动平台，所述第一移动平台和第二移动平台均可在XYZ空间内移动且两平台独立控制。

优选地，所述激光装置能够根据预先确定的砂轮的运动轨迹实时地调整其所发射的激光的参数。

本发明还提供一种上述磨削装置的磨削方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)磨削之前，根据工件表面确定砂轮和激光装置的运动轨迹，并根据所述运动轨迹和工件的材质设定激光装置的初始参数；

2)开始磨削，砂轮转动对工件表面进行磨削，激光装置向着工件表面照射；

3)第一移动平台带着砂轮沿着所述运动轨迹移动，第二移动平台带着激光装置沿着所述运动轨迹移动，直至磨削完成。

优选地，在步骤2中，在开始磨削时，电源向电极和砂轮供电，喷嘴向着所述间隙喷入电解液。

优选地，在步骤3中，激光装置根据所述运动轨迹实时调整激光的参数。