回轉軸對稱連續表面樹脂基金剛石砂輪超精密磨削方法技術

回轉軸對稱連續表面樹脂基金剛石砂輪超精密磨削方法，本發明專利技術涉及超硬磨料砂輪超精密磨削方法，本發明專利技術是為了獲得超光滑光學表面質量，在磨削之前及加工過程中對砂輪進行整形和俢銳，并在磨削過程中進行刀具軌跡補償，步驟一：單點金剛石修整器和Al2O3棒對金剛石砂輪修整，步驟二：采用MATLAB軟件生成所需加工的回轉軸對稱連續表面的橫截面輪廓數據點，然后采用精密磨床刀具軌跡生成系統生成砂輪運動軌跡，步驟三：優化加工，步驟四：改善工件面形精度，本發明專利技術用于金剛石砂輪超精密磨削領域。

The rotary symmetric continuous surface resin bondeddiamond wheel grinding method

The rotary symmetric continuous surface resin bondeddiamond wheel grinding method, the present invention relates to a super abrasive grinding wheel ultra precision grinding method of the invention is to obtain ultra smooth optical surface quality, shaping and Xiu Rui of grinding wheel in grinding before and in machining process and tool path compensation, a step in the grinding process single point diamond dresser and Al2O3 rod of diamond grinding wheel dressing, step two: cross section contour data point of rotation axis symmetry generated by MATLAB software for processing the continuous surface, then the precision grinding tool grinding wheel generated trajectory trajectory generation system optimization process, step three: Step Four: improve the workpiece surface shape the accuracy of the invention is used for ultra precision diamond grinding wheel grinding field.

【技術實現步驟摘要】
回轉軸對稱連續表面樹脂基金剛石砂輪超精密磨削方法
本專利技術涉及超硬磨料砂輪超精密磨削方法，具體涉及回轉軸對稱連續表面樹脂基金剛石砂輪超精密磨削方法。
技術介紹
在不同的工業領域內，如光學制造，化學及機械工程等領域，光學表面可以用于傳輸能量和信號。硬脆材料正不斷代替傳統的模具鋼、鋁及銅材料應用于制造光學模具中，以滿足大批量生產時玻璃模壓工藝對模具耐高溫和高機械性能的要求。到目前為止，超精密磨削仍然是加工硬脆材料的最主要方法之一。超精密磨削加工過程中，金剛石砂輪的磨損以及不同的誤差都將影響加工表面的形狀精度，因而砂輪的在位修整及刀具軌跡補償十分必要。根據文獻，砂輪的外形宏觀磨損主要包括形狀偏差、圓度誤差及砂輪鈍化，而金剛石磨粒磨損則分為頂部磨平、磨粒破碎及脫落。在超精密磨削加工硬脆材料時，砂輪的微觀磨損對工件表面完整性、形狀精度、納米級表面生成具有重要影響。因此，為了獲得超光滑光學表面質量，在磨削之前及加工過程中對砂輪進行整形和俢銳十分必要。平行磨削法已廣泛應用于加工球面、非球面及回轉對稱結構表面。但是該方法所能夠加工的零件尺寸仍具有一定限制。作為加工硬脆材料的有效方法之一，Oliveira等認為超精密磨削在工業生產中的一大挑戰就是直接加工出能夠滿足實際使用需求的功能表面，這通常要求工件表面粗糙度Ra<10nm，面形精度PV<1μm，并且還需克服工件尺寸限制。Yamamoto等為了加工大深徑比的球面和非球面開發了法向磨削加工(WheelNormalGrinding)技術，該方法采用尖銳金剛石砂輪邊緣與工件的單點接觸進行加工，可以有效避免砂輪的磨損及形狀誤差被引入到工件表面。作為一種特殊的平行磨削工藝，單點金剛石法向磨削不斷被用于在硬脆材料表面加工球面和非球面元件。它可以克服砂輪的磨損對工件面形精度的影響。采用單點金剛石法向磨削方法加工微結構功能表面時，首先需要結合所要加工的表面結構尺寸，正確的選擇砂輪型號及尺寸并對其進行精密修整，這也是實現對硬脆材料功能表面進行超精密磨削加工的必要條件。此外，砂輪的磨損及不同的誤差源，包括準靜態和動態誤差，都將降低磨削表面的面形精度。因而，加工過程中需要同時對誤差引起刀具軌跡偏差和砂輪磨損導致的工件尺寸偏差進行補償。例如，Huang等采用沿磨削表面法向的殘余誤差進行刀具軌跡補償的方法，有效減小了砂輪形狀對非球面工件的形狀精度的影響。Chen和Yin等分析了單點金剛石斜軸納米磨削時的誤差產生原因，經過誤差補償成功制備出微小型非球面模芯。
技術實現思路
本專利技術是為了獲得超光滑光學表面質量，在磨削之前及加工過程中對砂輪進行整形和俢銳，并在磨削過程中進行刀具軌跡補償，進而提供回轉軸對稱連續表面樹脂基金剛石砂輪超精密磨削方法。本專利技術為解決上述問題而采用的技術方案是：步驟一：單點金剛石修整器和Al2O3棒對金剛石砂輪修整:將單點金剛石修整器和金剛石砂輪安轉在精密磨床上，先通過單點金剛石修整器對樹脂基金剛石砂輪邊緣面進行精密整形獲得具有特定夾角的尖銳邊緣，再將Al2O3棒安裝在單點金剛石修整器處，使用Al2O3棒對樹脂基金剛石砂輪尖角邊緣進行精密修整：樹脂基金剛石砂輪的進給通過精密磨床的X軸控制，修整深度采用精密磨床的Z軸控制,所示用的砂輪為1500號樹脂結合劑金剛石砂輪，金剛石修整器的轉速為300RPM，砂輪轉速為2000RPM，進給速率為0.5mm/min，修整深度為5μm/pass。修整后的樹脂基金剛石砂輪邊緣的截面為具有一定圓弧的尖銳‘V’字形；步驟二：采用MATLAB軟件生成所需加工的回轉軸對稱連續表面的橫截面輪廓數據點，然后采用精密磨床刀具軌跡生成系統生成砂輪運動軌跡：樹脂基金剛石砂輪的進給通過精密磨床的X軸控制，磨削深度采用精密磨床的Z軸控制，通過精密磨床的B軸控制砂輪中心線與回轉對稱連續表面磨削點切線垂直，以降低砂輪磨損對面形精度的影響，樹脂基金剛石砂輪的轉速為20000RPM，工件轉速為120RPM；步驟三：優化加工：通過組合砂輪的進給速率和磨削深度，其中進給速率依次采用3-0.5-0.1mm/min，相應的磨削深度依次為2-0.5-0.1μm/pass，分階段對硬脆材料進行磨削加工，改善磨削加工回轉對稱連續表面的效率及表面粗糙度。步驟四：改善工件面形精度：步驟三中采用在位測量技術，結合砂輪的運動軌跡規劃，改善工件中心的面形精度，根據在位測量結果，在離工件中心一定距離處，采用線性插補法對刀具的運動軌跡進行補償，緩慢改變砂輪的軌跡，調整砂輪與工件表面的相對位置，減少工件中心的材料去除，從而改善工件面形精度。附圖說明圖1是V形樹脂基砂輪尖銳邊緣修整示意圖，單點金剛石修整器整形所獲得‘V’字形砂輪尖銳邊緣1、Al2O3棒修整后所獲得V形砂輪圓弧邊緣2，圖2是回轉軸對稱連續表面超精密磨削示意圖，圖中砂輪進給方向3、回轉軸對稱連表面輪廓4、砂輪磨削位置5、B軸回轉控制6、砂輪磨削位置7，圖3是改善工件中心面型精度刀具軌跡補償方法示意圖,工件中心處刀具理論軌跡8、工件中心處刀具線性補償后軌跡9、對砂輪軌跡進行線性補償起始位置10。具體實施方式具體實施方式一：結合圖1-圖3說明本實施方式，本實施方式所述回轉軸對稱連續表面樹脂基金剛石砂輪超精密磨削方法，所述方法是按照以下步驟實現的，步驟一：單點金剛石修整器和Al2O3棒對金剛石砂輪修整:將單點金剛石修整器和金剛石砂輪安轉在精密磨床上，先通過單點金剛石修整器對樹脂基金剛石砂輪邊緣面進行精密整形獲得具有特定夾角的尖銳邊緣，再將Al2O3棒安裝在單點金剛石修整器處，使用Al2O3棒對樹脂基金剛石砂輪尖角邊緣進行精密修整：樹脂基金剛石砂輪的進給通過精密磨床的X軸控制，修整深度采用精密磨床的Z軸控制,所示用的砂輪為1500號樹脂結合劑金剛石砂輪，金剛石修整器的轉速為300RPM，砂輪轉速為2000RPM，進給速率為0.5mm/min，修整深度為5μm/pass。修整后的樹脂基金剛石砂輪邊緣的截面為具有一定圓弧的尖銳‘V’字形；步驟二：采用MATLAB軟件生成所需加工的回轉軸對稱連續表面的橫截面輪廓數據點，然后采用精密磨床刀具軌跡生成系統生成砂輪運動軌跡：樹脂基金剛石砂輪的進給通過精密磨床的X軸控制，磨削深度采用精密磨床的Z軸控制，通過精密磨床的B軸控制砂輪中心線與回轉對稱連續表面磨削點切線垂直，以降低砂輪磨損對面形精度的影響，樹脂基金剛石砂輪的轉速為20000RPM，工件轉速為120RPM；步驟三：優化加工：通過組合砂輪的進給速率和磨削深度，其中進給速率依次采用3-0.5-0.1mm/min，相應的磨削深度依次為2-0.5-0.1μm/pass，分階段對硬脆材料進行磨削加工，改善磨削加工回轉對稱連續表面的效率及表面粗糙度。步驟四：改善工件面形精度：步驟三中采用在位測量技術，結合砂輪的運動軌跡規劃，改善工件中心的面形精度，根據在位測量結果，在離工件中心一定距離處，采用線性插補法對刀具的運動軌跡進行補償，緩慢改變砂輪的軌跡，調整砂輪與工件表面的相對位置，減少工件中心的材料去除，從而改善工件面形精度。具體實施方式二：結合圖1-圖3說明本實施方式，本實施方式所述回轉軸對稱連續表面樹脂基金剛石砂輪超精密磨削方法，步驟三中改善工件面形本文檔來自技高網...

【技術保護點】
回轉軸對稱連續表面樹脂基金剛石砂輪超精密磨削方法，其特征在于：所述方法是按照以下步驟實現的：步驟一：單點金剛石修整器和Al2O3棒對金剛石砂輪修整:將單點金剛石修整器和金剛石砂輪安轉在精密磨床上，先通過單點金剛石修整器對樹脂基金剛石砂輪邊緣面進行精密整形獲得具有特定夾角的尖銳邊緣，再將Al2O3棒安裝在單點金剛石修整器處，使用Al2O3棒對樹脂基金剛石砂輪尖角邊緣進行精密修整：樹脂基金剛石砂輪的進給通過精密磨床的X軸控制，修整深度采用精密磨床的Z軸控制,所示用的砂輪為1500號樹脂結合劑金剛石砂輪，金剛石修整器的轉速為300RPM，砂輪轉速為2000RPM，進給速率為0.5mm/min，修整深度為5μm/pass，修整后的樹脂基金剛石砂輪邊緣的截面為具有一定圓弧的尖銳‘V’字形；步驟二：采用MATLAB軟件生成所需加工的回轉軸對稱連續表面的橫截面輪廓數據點，然后采用精密磨床刀具軌跡生成系統生成砂輪運動軌跡：樹脂基金剛石砂輪的進給通過精密磨床的X軸控制，磨削深度采用精密磨床的Z軸控制，通過精密磨床的B軸控制砂輪中心線與回轉對稱連續表面磨削點切線垂直，以降低砂輪磨損對面形精度的影響，樹脂基金剛石砂輪的轉速為20000RPM，工件轉速為120RPM；步驟三：優化加工：通過組合砂輪的進給速率和磨削深度，其中進給速率依次采用3?0.5?0.1mm/min，相應的磨削深度依次為2?0.5?0.1μm/pass，分階段對硬脆材料進行磨削加工，改善磨削加工回轉對稱連續表面的效率及表面粗糙度；步驟四：改善工件面形精度：步驟三中采用在位測量技術，結合砂輪的運動軌跡規劃，改善工件中心的面形精度，根據在位測量結果，在離工件中心一定距離處，采用線性插補法對刀具的運動軌跡進行補償，緩慢改變砂輪的軌跡，調整砂輪與工件表面的相對位置，減少工件中心的材料去除，從而改善工件面形精度。...

【技術特征摘要】
1.回轉軸對稱連續表面樹脂基金剛石砂輪超精密磨削方法，其特征在于：所述方法是按照以下步驟實現的：步驟一：單點金剛石修整器和Al2O3棒對金剛石砂輪修整:將單點金剛石修整器和金剛石砂輪安轉在精密磨床上，先通過單點金剛石修整器對樹脂基金剛石砂輪邊緣面進行精密整形獲得具有特定夾角的尖銳邊緣，再將Al2O3棒安裝在單點金剛石修整器處，使用Al2O3棒對樹脂基金剛石砂輪尖角邊緣進行精密修整：樹脂基金剛石砂輪的進給通過精密磨床的X軸控制，修整深度采用精密磨床的Z軸控制,所示用的砂輪為1500號樹脂結合劑金剛石砂輪，金剛石修整器的轉速為300RPM，砂輪轉速為2000RPM，進給速率為0.5mm/min，修整深度為5μm/pass，修整后的樹脂基金剛石砂輪邊緣的截面為具有一定圓弧的尖銳‘V’字形；步驟二：采用MATLAB軟件生成所需加工的回轉軸對稱連續表面的橫截面輪廓數據點，然后采用精密磨床刀具軌跡生成系統生成砂輪運動軌跡：樹脂基金剛石砂輪的進給通過精密磨床的X軸控制，磨削深度采用精密磨床的Z軸控制，通過精密磨床的B軸控制砂輪中心線與回轉對稱連續表面磨削點切線垂直，以降低砂輪磨損對面形精度的影響，樹脂基金剛石砂輪的轉速為20000RPM，工件轉速為120RPM；步驟三：優化加工：通過組合砂輪的進給速率和磨削深度，其中進給速率依次采用3-0.5-0.1mm/min，...

【專利技術屬性】
技術研發人員：張全利，郭兵，饒志敏，顧興士，趙清亮，
申請(專利權)人：哈爾濱工業大學，
類型：發明
國別省市：黑龍江,23