[发明专利]微沟槽结构表面的精密磨削加工方法

说明书

本发明涉及一种微沟槽结构表面的精密磨削加工方法，基于外圆规则微结构沟槽表面的磨削加工形成机理，结合砂轮修整和磨削运动学，考虑节圆长度对微结构形成的影响，建立微沟槽的磨削轨迹和尺寸模型，具体步骤包括：一、建立微沟槽的磨削轨迹和尺寸模型：1)微沟槽结构的砂轮修整，2)建立砂轮形貌的修整模型，二、微沟槽结构表面的精密磨削加工方法：1)建立磨粒运动轨迹，2)形成微沟槽结构表面，3)微沟槽结构表面加工结果。该方法可说明微沟槽结构表面与修整及磨削条件之间的关系，可有效提高微沟槽结构表面的精密磨削加工精度及加工质量，对微沟槽结构表面磨削加工形成具有重要意义。

技术领域

本发明涉及一种精密磨削加工技术，尤其是一种微沟槽结构表面的精密磨削加工方法。

背景技术

微结构表面是指具有规律阵列与空间特征，且高深宽比微小的拓扑几何形状，其尺寸精度高，一般在微米级。相对于光滑表面，特定的微结构能够改善表面光学、摩擦学等性能，具有重要的应用价值。微结构表面先后使用了超精密金刚车、飞轮切、电火花加工和激光加工等多种加工方法，而精密磨削加工仍然是主要的微结构加工方法之一。在磨削过程中，砂轮形貌特征很大程度上决定了磨削零件的微结构特征。因此，微结构表面磨削的关键是产生有结构化的砂轮形貌。

精密磨削主要是形成随机沟槽结构，对于规则微沟槽结构的精密磨削加工方法至今没有有效解决，其困难在于如何通过修整控制砂轮形貌，以及综合考虑修整和磨削运动学对于微沟槽结构形成的影响。因此，需要发明一种基于外圆规则微结构沟槽表面的磨削加工形成机理，结合砂轮修整和磨削运动学，考虑节圆长度对微结构形成的影响，建立微沟槽的磨削轨迹和尺寸模型，提出一种微沟槽结构表面的精密磨削加工方法，该方法可说明微沟槽结构表面与修整及磨削条件之间的关系，可有效提高微沟槽结构表面的精密磨削加工精度及加工质量，对微沟槽结构表面磨削加工具有重要意义。

发明内容

本发明是基于外圆规则微结构沟槽表面的磨削加工形成机理，结合砂轮修整和磨削运动学，考虑节圆长度对微结构形成的影响，建立了微沟槽的磨削轨迹和尺寸模型，提出一种微沟槽结构表面的精密磨削加工方法，该方法可说明微沟槽结构表面与修整及磨削条件之间的关系，可有效提高微沟槽结构表面的精密磨削加工精度及加工质量，对微沟槽结构表面磨削加工形成具有重要意义。

本发明的技术方案如下：

一种微沟槽结构表面的精密磨削加工方法，基于外圆规则微结构沟槽表面的磨削加工形成机理，结合砂轮修整和磨削运动学，考虑节圆长度对微结构形成的影响，建立微沟槽的磨削轨迹和尺寸模型，具体步骤为：

一、建立微沟槽的磨削轨迹和尺寸模型

1)微沟槽结构的砂轮修整

运用圆弧修整器，首先从右到左和从左到右对砂轮进行两次修整，由此在砂轮表面形成交替排列的网状沟槽结构；由于砂轮沟槽结构部分的磨粒被去除，形成砂轮无效磨削区域，使非沟槽结构的砂轮有效区域磨料层能够有接触并去除工件材料，并可在工件表面形成微沟槽；

2)建立砂轮形貌的修整模型

通过单次修整模型能够近似描绘出从两个方向结构修整后的砂轮轮廓，沿着砂轮修整轴向横截面轮廓的模型可以根据修整重叠率U_d值，U_d<1和U_d≥1分为两组，修整重叠率U_d是修整器接触宽度b_d与修整导程f_d的商，修整重叠率U_d<1时的砂轮表面轮廓中有一部分砂轮表面的未被修整，而砂轮未修整部分是砂轮的最大半径，定义为磨削时的等效砂轮半径R：

R_s和R_w分别是砂轮半径和工件半径；