專利名稱：微圓弧槽陣列光學(xué)元件的單方向斜軸仿形精密磨削方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種微圓弧槽陣列光學(xué)元件的精密磨削方法。
技術(shù)背景
微圓弧槽陣列光學(xué)元件是制造高能二極管激光發(fā)生器、手機(jī)高性能背光組件及高端投影儀等產(chǎn)品的關(guān)鍵元件，圓弧形的透鏡陣列通過折射作用可對光路進(jìn)行調(diào)整，最終達(dá)到準(zhǔn)直光路的作用。復(fù)制加工技術(shù)是制造高性能微圓弧槽陣列光學(xué)元件的常用方法，其中具有微圓弧槽陣列表面的模具的精密加工質(zhì)量對最終的產(chǎn)品性能和成本控制起著決定性的作用。
目前，微圓弧槽陣列光學(xué)元件模具采用雙方向平行軸仿形磨削方法加工，S卩加工時仿形砂輪旋轉(zhuǎn)軸與待加工工件表面平行。加工時金剛石砂輪先沿磨粒切削方向進(jìn)給磨削第一條圓弧槽，第一條圓弧槽磨削完畢后砂輪沿軸向移動到第二條圓弧槽處，再沿磨粒切削反方向磨削第二條圓弧槽，同理依次加工所有的圓弧槽，如圖2所示。仿形磨削微圓弧槽陣列時，砂輪旋轉(zhuǎn)軸與待加工表面的平行布置，砂輪上軸向分布的磨粒切削軌跡始終相互平行，導(dǎo)致砂輪上磨粒切削微刃的高低起伏會直接復(fù)印到圓弧槽表面，使得加工后的圓弧槽表面磨削痕跡明顯，表面粗糙度較高；同時，砂輪始終以最大直徑點A為中心對圓弧槽進(jìn)行磨削加工，砂輪磨損后需馬上進(jìn)行修整才能繼續(xù)加工。
綜上，現(xiàn)有的微圓弧槽陣列光學(xué)元件磨削方法磨削痕跡明顯，表面粗糙度較高，并且不同進(jìn)給方向磨削的微圓弧槽表面粗糙度相差較大，達(dá)到14% 55% ；加工中砂輪易磨損，需要進(jìn)行多次修整，磨削加工效率低。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為解決現(xiàn)有的微圓弧槽陣列光學(xué)元件磨削方法不同進(jìn)給方向磨削的微圓弧槽表面粗糙度相差較大以及加工中砂輪易磨損、磨削加工效率低的問題，進(jìn)而提供了一種微圓弧槽陣列光學(xué)元件的單方向斜軸仿形精密磨削方法。
本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采取的技術(shù)方案是
本發(fā)明的微圓弧槽陣列光學(xué)元件的單方向斜軸仿形精密磨削方法是按照以下步驟實現(xiàn)的
步驟一、將待磨削工件固定在精密磨床工作臺的上端面上，旋轉(zhuǎn)仿形砂輪使仿形砂輪旋轉(zhuǎn)軸線與待磨削工件表面所在平面成45度夾角，使仿形砂輪的第一最低點成為磨削中心點；
步驟二、將仿形砂輪調(diào)整到第一條待加工圓弧槽初始點，使待磨削工件隨精密磨床工作臺沿X軸反方向進(jìn)給，控制仿形砂輪旋轉(zhuǎn)方向逆時針旋轉(zhuǎn)，當(dāng)加工完第一條待加工圓弧槽后，然后將仿形砂輪沿Y軸方向提起后移回到第一條待加工圓弧槽初始點處，再將仿形砂輪沿Z軸反方向移動到相鄰的第二待加工溝槽初始點處，使待磨削工件隨精密磨床工作臺沿X軸反方向進(jìn)給，控制仿形砂輪旋轉(zhuǎn)方向逆時針旋轉(zhuǎn)，加工完成第二待加工溝槽，3同理依次加工下一條待加工圓弧槽；
步驟三、當(dāng)以仿形砂輪上的第一最低點為中心的磨削工作區(qū)由于磨損需要修整時，再次旋轉(zhuǎn)仿形砂輪，使砂輪旋轉(zhuǎn)軸線與待磨削工件表面所在平面成135度夾角，使仿形砂輪的第一最低點變?yōu)榕c第一最低點對稱的第二最低點成為磨削中心點，然后按照步驟二所述加工圓弧槽，待仿形砂輪上以第二最低點為中心的磨削工作區(qū)也因磨損需要修整時， 再對仿形砂輪進(jìn)行修整，仿形砂輪修整后繼續(xù)按照步驟一 步驟三進(jìn)行磨削加工直至磨削完全部圓弧槽陣列。
本發(fā)明具有以下有益效果本發(fā)明的圓弧槽陣列光學(xué)元件的單方向斜軸仿形精密磨削方法采用了單方向磨削方法，與現(xiàn)有的微圓弧槽陣列光學(xué)元件模具改變往返式的磨削方法相比，保證了每一條圓弧槽都是砂輪在沿磨粒切削方向進(jìn)給的情況下磨削而成，表面粗糙度降低了 10% 15%，大大提高了加工精度；
本發(fā)明的精密磨削方法的砂輪旋轉(zhuǎn)軸與待加工工件表面保持45度夾角，砂輪以B 點為中心對圓弧槽進(jìn)行磨削加工，砂輪磨損后以C點為中心繼續(xù)對圓弧槽進(jìn)行磨削加工， 待砂輪B點和C點都磨損后再進(jìn)行修整，一次修整兩次磨削，從而減少了微圓弧槽陣列光學(xué)元件模具精密磨削過程中的修整次數(shù)，磨削加工效率提高了一倍。


圖1是本發(fā)明的微圓弧槽陣列光學(xué)元件的單方向斜軸仿形精密磨削方法的原理示意圖，圖2是現(xiàn)有的微圓弧槽陣列光學(xué)元件磨削方法的原理示意圖。
具體實施方式
具體實施方式
一結(jié)合圖1說明，本實施方式所述的微圓弧槽陣列光學(xué)元件的單方向斜軸仿形精密磨削方法是按照以下步驟實現(xiàn)的
步驟一、將待磨削工件4固定在精密磨床工作臺5的上端面上，旋轉(zhuǎn)仿形砂輪3使仿形砂輪3旋轉(zhuǎn)軸線1與待磨削工件4表面所在平面成45度夾角，使仿形砂輪3的第一最低點B成為磨削中心點；
步驟二、將仿形砂輪3調(diào)整到第一條待加工圓弧槽初始點，使待磨削工件4隨精密磨床工作臺5沿X軸反方向進(jìn)給，控制仿形砂輪3旋轉(zhuǎn)方向逆時針旋轉(zhuǎn)，當(dāng)加工完第一條待加工圓弧槽后，然后將仿形砂輪3沿Y軸方向提起后移回到第一條待加工圓弧槽初始點處， 再將仿形砂輪3沿Z軸反方向移動到相鄰的第二待加工溝槽初始點處，使待磨削工件4隨精密磨床工作臺5沿X軸反方向進(jìn)給，控制仿形砂輪3旋轉(zhuǎn)方向逆時針旋轉(zhuǎn)，加工完成第二待加工溝槽，同理依次加工下一條待加工圓弧槽；
步驟三、當(dāng)以仿形砂輪3上的第一最低點B為中心的磨削工作區(qū)由于磨損需要修整時，再次旋轉(zhuǎn)仿形砂輪3，使砂輪旋轉(zhuǎn)軸線1與待磨削工件4表面所在平面成135度夾角， 使仿形砂輪3的第一最低點B變?yōu)榕c第一最低點B對稱的第二最低點C成為磨削中心點， 然后按照步驟二所述加工圓弧槽，待仿形砂輪3上以第二最低點C為中心的磨削工作區(qū)也因磨損需要修整時，再對仿形砂輪3進(jìn)行修整，仿形砂輪3修整后繼續(xù)按照步驟一 步驟三進(jìn)行磨削加工直至磨削完全部圓弧槽陣列。
本發(fā)明所述微圓弧槽陣列的圓弧半徑為0. Imm 1.5mm，槽深不大于((2°_5_1)R/2)；
本發(fā)明選用的磨具為400# 2000#粒度的樹脂結(jié)合或金屬結(jié)合劑金剛石14F1或 IFFl型仿形砂輪；
本發(fā)明所述微圓弧槽陣列光學(xué)元件模具材料包括精密碳化硅陶瓷、精密氮化硅陶瓷和碳化鎢硬質(zhì)合金等。
工作原理
由于微圓弧槽陣列光學(xué)元件模具材料的硬脆性，磨削過程中引起的微裂紋會隨磨粒切削方向生長，砂輪沿磨粒切削反方向進(jìn)給磨削加工時，微裂紋會引入已加工表面，從而導(dǎo)致表面粗糙度增加，不同進(jìn)給方向磨削的微圓弧槽陣列表面質(zhì)量不相同，采用單方向磨削方法，避免了微裂紋對已加工表面的破壞，陣列中每條圓弧槽都在相同的磨削情況下加工而成，消除了微圓弧槽陣列表面質(zhì)量不均一現(xiàn)象，磨削后的相鄰兩條圓弧槽平均表面粗糙度基本相同(偏差小于10%)；
本發(fā)明采用仿形精密磨削方法，磨削過程中，隨砂輪的進(jìn)給，砂輪軸向分布的磨粒切削軌跡會相互干涉疊加，減小砂輪上磨粒切削微刃的高低起伏對圓弧槽磨削形貌的影響，通過試驗后SEM觀察，磨削痕跡明顯減弱，與現(xiàn)有的加工方法相比，表面粗糙度降低了 10% 15%，提高了加工精度；同時，砂輪以B點(C點)為中心對圓弧槽進(jìn)行磨削加工，砂輪磨損后可以C點(B點)為中心繼續(xù)對圓弧槽進(jìn)行磨削加工，待砂輪B點和C點都磨損后在進(jìn)行修整，一次修整兩次磨削，從而減少了微圓弧槽陣列光學(xué)元件模具精密磨削過程中的修整次數(shù)，加工效率提高了一倍；
由以上可知，本發(fā)明為一種針對微圓弧槽陣列光學(xué)元件模具的單方向斜軸仿形精密磨削方法，可消除微圓弧槽陣列表面質(zhì)量不相同的現(xiàn)象，有效降低磨削后的表面表面粗糙度、改善磨削痕跡、減少砂輪修整次數(shù)，獲得良好的加工質(zhì)量和高加工效率。
權(quán)利要求
1. 一種微圓弧槽陣列光學(xué)元件的單方向斜軸仿形精密磨削方法，其特征在于所述微圓弧槽陣列光學(xué)元件的單方向斜軸仿形精密磨削方法是按照以下步驟實現(xiàn)的步驟一、將待磨削工件固定在精密磨床工作臺(5)的上端面上，旋轉(zhuǎn)仿形砂輪(3) 使仿形砂輪C3)旋轉(zhuǎn)軸線(1)與待磨削工件(4)表面所在平面成45度夾角，使仿形砂輪 (3)的第一最低點(B)成為磨削中心點；步驟二、將仿形砂輪C3)調(diào)整到第一條待加工圓弧槽初始點，使待磨削工件(4)隨精密磨床工作臺( 沿X軸反方向進(jìn)給，控制仿形砂輪C3)旋轉(zhuǎn)方向逆時針旋轉(zhuǎn)，當(dāng)加工完第一條待加工圓弧槽后，然后將仿形砂輪C3)沿Y軸方向提起后移回到第一條待加工圓弧槽初始點處，再將仿形砂輪C3)沿Z軸反方向移動到相鄰的第二待加工溝槽初始點處，使待磨削工件隨精密磨床工作臺(5)沿X軸反方向進(jìn)給，控制仿形砂輪(3)旋轉(zhuǎn)方向逆時針旋轉(zhuǎn)，加工完成第二待加工溝槽，同理依次加工下一條待加工圓弧槽；步驟三、當(dāng)以仿形砂輪(3)上的第一最低點(B)為中心的磨削工作區(qū)由于磨損需要修整時，再次旋轉(zhuǎn)仿形砂輪(3)，使砂輪旋轉(zhuǎn)軸線(1)與待磨削工件(4)表面所在平面成135 度夾角，使仿形砂輪(3)的第一最低點(B)變?yōu)榕c第一最低點(B)對稱的第二最低點(C) 成為磨削中心點，然后按照步驟二所述加工圓弧槽，待仿形砂輪C3)上以第二最低點(C)為中心的磨削工作區(qū)也因磨損需要修整時，再對仿形砂輪(3)進(jìn)行修整，仿形砂輪(3)修整后繼續(xù)按照步驟一 步驟三進(jìn)行磨削加工直至磨削完全部圓弧槽陣列。
全文摘要
微圓弧槽陣列光學(xué)元件的單方向斜軸仿形精密磨削方法，它涉及一種微圓弧槽陣列光學(xué)元件的精密磨削方法。本發(fā)明為解決現(xiàn)有的微圓弧槽陣列光學(xué)元件磨削方法不同進(jìn)給方向磨削的微圓弧槽表面粗糙度相差較大以及加工中砂輪易磨損、磨削加工效率低的問題。步驟一、使仿形砂輪旋轉(zhuǎn)軸線與待磨削工件上表面成45度夾角，使仿形砂輪的第一最低點成為磨削中心點；步驟二、使待磨削工件隨精密磨床工作臺沿X軸反方向進(jìn)給單方向加工所有陣列的微圓弧槽；步驟三、使砂輪旋轉(zhuǎn)軸線與工件表面所在平面成135度夾角，使砂輪的第二最低點成為磨削中心點，然后按照步驟二所述加工圓弧槽。本發(fā)明的精密磨削方法用于加工微圓弧槽陣列光學(xué)元件。
文檔編號B24B13/01GK102513899SQ20111045992
公開日2012年6月27日 申請日期2011年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月31日
發(fā)明者張海南, 趙毅, 趙清亮, 郭兵 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)