[發(fā)明專利]非回轉(zhuǎn)光學(xué)陣列的粗精集成遞進(jìn)磨削方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810602891.6
• 申請(qǐng)日: 2018-06-12
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108747603B
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-05-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 姚鵬;張振中;黃傳真;朱家豪;王軍;朱洪濤;劉含蓮;鄒斌
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 山東大學(xué)
• 主分類號(hào): B24B1/00
• 分類號(hào): B24B1/00;B24B53/06;B24B53/12;B24B13/01
• 代理公司: 濟(jì)南圣達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 37221
• 代理人: 趙敏玲

本發(fā)明公開(kāi)了一種非回轉(zhuǎn)光學(xué)陣列的粗精集成遞進(jìn)磨削方法，包括步驟1分別設(shè)計(jì)和制作精密結(jié)構(gòu)化粗磨金剛石砂輪、精密結(jié)構(gòu)化超細(xì)金剛石砂輪的結(jié)構(gòu)輪廓和分隔板的結(jié)構(gòu)：步驟2依次將步驟1中精密結(jié)構(gòu)化粗磨金剛石砂輪、分隔板和精密結(jié)構(gòu)化超細(xì)金剛石砂輪安裝在機(jī)床主軸上；將加工工件固定在機(jī)床工作臺(tái)上；步驟3砂輪在位修形：步驟4仿形粗磨：采用仿形磨削法，利用精密結(jié)構(gòu)化粗磨金剛石砂輪進(jìn)行粗磨；步驟5相切軌跡遞進(jìn)精密：沿著遞進(jìn)磨削軌跡，利用精密結(jié)構(gòu)化細(xì)粒度或超細(xì)粒度金剛石砂輪對(duì)工件表面進(jìn)行遞進(jìn)磨削，通過(guò)一個(gè)磨削循環(huán)高效完成整個(gè)微結(jié)構(gòu)陣列表面輪廓的半精加工和精加工。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及到非回轉(zhuǎn)光學(xué)陣列的磨削方法，具體涉及一種非回轉(zhuǎn)光學(xué)陣列的粗精集成遞進(jìn)磨削方法。

背景技術(shù)

非回轉(zhuǎn)光學(xué)陣列作為微結(jié)構(gòu)表面其中的一類，相對(duì)于其他微結(jié)構(gòu)，有著更為復(fù)雜的面形結(jié)構(gòu)，常被作為現(xiàn)代光學(xué)和通信領(lǐng)域的關(guān)鍵部件，非回轉(zhuǎn)光學(xué)陣列光學(xué)元件可以大大簡(jiǎn)化系統(tǒng)的構(gòu)成，非回轉(zhuǎn)光學(xué)陣列的加工精度往往較高，陣列結(jié)構(gòu)的單元間距一般在毫米或微米級(jí)，面形精度和表面粗糙度要求分別在亞微米級(jí)和納米級(jí)，相比于傳統(tǒng)的回轉(zhuǎn)光學(xué)陣列，非回轉(zhuǎn)光學(xué)陣列零件的精度更難保證。但由于超精密磨削是目前針對(duì)非回轉(zhuǎn)光學(xué)陣列表面精密加工最為行之有效的手段，其主要的實(shí)現(xiàn)形式是在超精密機(jī)床上采用微小磨具進(jìn)行超精密磨削加工。但存在的主要問(wèn)題是金剛石砂輪與工件均為單點(diǎn)接觸，當(dāng)進(jìn)給步長(zhǎng)低至數(shù)微米時(shí)，加工效率非常低；微細(xì)砂輪輪廓尖端磨損快，為滿足形狀精度要求需要多次插入砂輪修整循環(huán)，大大降低加工效率。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的就是針對(duì)傳統(tǒng)的單片砂輪單點(diǎn)接觸磨削效率低，輪廓尖端磨損快的問(wèn)題，提出一種非回轉(zhuǎn)光學(xué)陣列的粗精集成遞進(jìn)磨削方法。本發(fā)明將半精加工和精加工整合起來(lái)，可以在工件表面上加工出高形狀精度的非回轉(zhuǎn)光學(xué)陣列，非回轉(zhuǎn)光學(xué)陣列可表現(xiàn)為V型槽陣列、微圓弧槽陣列、微金字塔陣列等，可以用于陶瓷、玻璃、硬質(zhì)合金等硬脆性材料。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種非回轉(zhuǎn)光學(xué)陣列的粗精集成遞進(jìn)磨削方法，包括以下步驟：

步驟1粗精集成砂輪設(shè)計(jì)與修整：分別設(shè)計(jì)和修整精密結(jié)構(gòu)化粗磨金剛石砂輪、精密結(jié)構(gòu)化超細(xì)金剛石砂輪的結(jié)構(gòu)輪廓和分隔板的結(jié)構(gòu)：

步驟2砂輪與工件的固定與安裝：依次將步驟1中精密結(jié)構(gòu)化粗磨金剛石砂輪和、分隔板和精密結(jié)構(gòu)化超細(xì)金剛石砂輪安裝在機(jī)床主軸上；將加工工件固定在機(jī)床工作臺(tái)上；

步驟3砂輪在位修形：采用接觸或非接觸式修整方法在位精密修整兩種砂輪的結(jié)構(gòu)陣列的輪廓，保證粗磨和精磨砂輪及其表面微細(xì)結(jié)構(gòu)的固定位置關(guān)系；

步驟4仿形粗磨：采用仿形磨削法，利用精密結(jié)構(gòu)化粗磨金剛石砂輪進(jìn)行粗磨，去除工件的大部分體積，減小精密結(jié)構(gòu)化細(xì)粒度或超細(xì)粒度金剛石砂輪磨削余量，減小砂輪磨損，從而保證最終精密磨削精度。

步驟5相切軌跡遞進(jìn)精磨：沿著遞進(jìn)磨削軌跡，即按照砂輪的最后一個(gè)微細(xì)結(jié)構(gòu)單元與工件最終輪廓保持相切的運(yùn)動(dòng)軌跡，利用精密結(jié)構(gòu)化細(xì)粒度或超細(xì)粒度金剛石砂輪對(duì)工件表面進(jìn)行遞進(jìn)磨削，通過(guò)一個(gè)磨削循環(huán)高效完成整個(gè)微結(jié)構(gòu)陣列表面輪廓的半精加工和精加工。

進(jìn)一步的，步驟1中所設(shè)計(jì)的仿形粗磨削用精密結(jié)構(gòu)化粗粒度金剛石砂輪的各個(gè)結(jié)構(gòu)單元輪廓一致，根據(jù)選定的精密磨削余量設(shè)計(jì)砂輪微結(jié)構(gòu)單元輪廓；相切軌跡精密磨削用細(xì)粒度或超細(xì)粒度微細(xì)結(jié)構(gòu)金剛石砂輪需按精密磨削余量以及精密磨削切深設(shè)計(jì)多個(gè)高度漸變的砂輪微細(xì)結(jié)構(gòu)單元輪廓；分隔板的厚度應(yīng)大于微結(jié)構(gòu)陣列工件的在砂輪軸向方向的寬度。

進(jìn)一步的，步驟1中所述的精密結(jié)構(gòu)化粗磨金剛石砂輪、精密結(jié)構(gòu)化超細(xì)金剛石砂輪的修整裝置：包括支架、Z軸進(jìn)給機(jī)構(gòu)、噴嘴、摩擦輪和控制系統(tǒng)；其中，所述的支架安裝在砂輪罩上，所述Z軸進(jìn)給機(jī)構(gòu)安裝在支架上，所述噴嘴由Z軸進(jìn)給機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)；所述的摩擦輪安裝在砂輪下側(cè)，由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)摩擦輪旋轉(zhuǎn)；所述控制系統(tǒng)與Z軸進(jìn)給機(jī)構(gòu)、步進(jìn)電機(jī)相連。