[發明專利]一種微米尺度臺階超精密飛切加工方法

有效

• 申請號: 201911106048.X
• 申請日: 2019-11-13
• 公開（公告）號: CN110814432B
• 公開（公告）日: 2021-05-04
• 發明（設計）人: 陽紅;張敏;戴曉靜;劉有海;宋珂煒;尹承真;孫守利;楊光偉
• 申請（專利權）人: 中國工程物理研究院機械制造工藝研究所
• 主分類號: B23D79/00
• 分類號: B23D79/00;B23Q5/36
• 代理公司: 成都行之專利代理事務所(普通合伙) 51220
• 代理人: 唐邦英

本發明公開了一種微米尺度臺階超精密飛切加工方法，利用單點金剛石飛切機床飛切加工被加工零件，在加工過程中通過調整主軸的轉速實現連續微小尺度臺階加工。本發明在傳統超精密單點金剛石飛切工藝的基礎上，利用單點金剛石飛切機床在加工環境精確控制的條件下，以超精密數控機床作為加工平臺，采用天然單晶金剛石刀具通過單點切削的方式直接加工出高精度平面，利用飛切刀盤在主軸不同轉速下，由于離心力作用導致單點金剛石刀具切削點產生高度變化從而實現連續微小尺度臺階的確定量加工。利用該方法可以實現數微米、高陡度臺階的超精密飛切加工，為表面微小尺度臺階的超精密加工提供一種有效加工方法。

技術領域

本發明涉及機械加工技術領域，具體涉及一種微米尺度臺階超精密飛切加工方法。

背景技術

連續微小尺度臺階以其特殊的物理、光學特性在減摩降阻、光電顯示領域具有重要應用價值。由于其特殊的應用領域要求連續微小尺度臺階具有極高的表面形貌精度與超低的表面粗糙度值，該項制造技術具有重要戰略意義與經濟價值。傳統單點金剛石飛切僅用于加工平面類零件，但目前部分光學零件要求在對于連續微小尺度臺階加工，大多是在超精密數控機床上采用快刀伺服進行加工。受限于快刀伺服加工機構的精度，加工的連續微小尺度臺階高度尺寸無法進一步降低。并且，快刀伺服無法在一個平面上加工出一個連續的連續微小尺度臺階，難以滿足應用需求。

發明內容

本發明的目的在于提供一種微米尺度臺階超精密飛切加工方法，本發明所述加工方法能夠實現微米至亞微米尺度臺階超精密加工，為連續微小尺度臺階加工提供一種新方法，解決傳統快刀伺服加工機構受限于精度的溫度。

本發明通過下述技術方案實現：

一種微米尺度臺階超精密飛切加工方法，利用單點金剛石飛切機床飛切加工被加工零件，在加工過程中通過調整主軸的轉速實現連續微小尺度臺階加工。

本發明所述單點金剛石飛切機床為現有技術。本發明的構思在于在傳統超精密單點金剛石飛切工藝的基礎上，利用單點金剛石飛切機床在加工環境精確控制的條件下，以超精密數控機床作為加工平臺，采用天然單晶金剛石刀具通過單點切削的方式直接加工出高精度平面，利用飛切刀盤在主軸不同轉速下，由于離心力作用導致單點金剛石刀具切削點產生高度變化從而實現連續微小尺度臺階的確定量加工。利用該方法可以實現數微米、高陡度臺階的超精密飛切加工，為表面微小尺度臺階的超精密加工提供一種有效加工方法。

具體地；切削微小結構臺階所需的微納尺寸高度差由飛切刀盤在主軸的特定轉速工況下所受離心力與其他力綜合影響下，使得單點金剛石刀具的刀尖點被抬高的距離所決定；連續微小尺度臺階高度可以通過改變主軸的轉速精確控制，可根據不同的主軸轉速控制調節單點金剛石刀具的刀尖點的位置。

相比于傳統加工方法，本發明還具有操作簡單、精度高的優點。

進一步地，包括以下步驟：

1)、高精度平面單點金剛石飛切加工：設置主軸的轉速為n1，采用單點金剛石刀具對被加工零件表面進行飛切加工；

2)、連續微小尺度臺階超精密飛切加工：改變主軸的轉速為n2，其中，n2n1，采用單點金剛石刀具對被加工零件表面進行飛切加工，同時，直線運動機構在加工長度方向做直線進給運動。

本發明的步驟可以在一次加工中單獨使用也可以根據所要求得到的微小臺階的形貌多次改變主軸轉速，即多次重復亂序使用本發明步驟。

當主軸的轉速越大，飛切刀盤產生的離心力越大，單點金剛石刀具的刀尖點被抬高的距離越大，即單點金剛石刀具的刀尖與被加工零件的越大，加工后工件的相比轉速較小時的外徑大，如此加工成臺階。

進一步地，步驟1)的切削深度為1μm-5μm。

進一步地，直線運動機構的進給速度為2mm/min-5mm/min。