[发明专利]一种椭圆环工作面的金刚石砂轮及其对磨成型修整方法

说明书

技术领域

本发明涉及超硬工具的微细精密制造技术领域，具体涉及金刚石砂轮椭圆环工作面及其对磨成型修整方法，是一种陶瓷、单晶硅、光学玻璃、硬质合金等硬脆性零部件曲表面的数控磨削加工技术。

背景技术

激光扫描、光纤传输、太阳能发电、光照明等系统需要光学界面，其中，光学界面的曲面化是确保光电间高性能转换的核心。但是，光电子领域的零部件及成型模具通常为难加工的碳化硅陶瓷、玻璃、硬质合金等硬脆性材料，采用传统的数控铣削技术很难加工这些曲面零部件。目前，研抛技术也很难同时保证其表面质量和形状精度，只有依靠高成本、低效率的多次补偿加工方法。因此，采用金刚石砂轮的椭圆环工作表面，在硬脆性零部件的曲面磨削中利用较扁的砂轮曲表面与工件曲面包络，增加有效磨粒数，与金刚石砂轮的圆环工作面相比，可提高磨削曲面的表面质量和形状精度。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种椭圆环工作面金刚石砂轮，提高硬脆性零部件的曲面磨削效率和精度。该椭圆环面砂轮可以用于陶瓷、硅、玻璃、硬质合金等硬脆性零部件的曲面精密磨削加工。

本发明另一目的在于提供一种金刚石砂轮椭圆环工作面的数控对磨修整方法。

本发明的目的通过如下技术方案实现：

一种椭圆环工作面的金刚石砂轮，金刚石砂轮工作面轴向截面轮廓为的椭圆弧轮廓，金刚石砂轮的端面为椭圆环面，其中，a和b是给定的目标砂轮椭圆轮廓方程式常数，a＞0和b＞0。

优选地，所述的4≤a≥15；3≤b≥10。进一步地，所述的a＝6，b＝2.62。

一种椭圆环工作面的金刚石砂轮对磨修整成型方法，先将平行金刚石砂轮安装在机床的砂轮轴上，初始的刚石砂轮为宽度为w₁的圆柱体，工作面为圆柱面，碳化硅磨石固定在工作台的水平面上，初始的磨石形状为宽度为w₂的长方体，金刚石砂轮转速为N，绕砂轮轮轴旋转的金刚石砂轮沿砂轮轴朝轴向方向行进，并沿砂轮轴向的垂直平面上下移动，形成椭圆弧形的行走线路，该椭圆弧的标准椭圆方程式为x，y分别是通过砂轮轴向的砂轮轴向截面上上左右方向和上下方向的坐标；在椭圆弧路径上行走的速度为v_f；

其次金刚石砂轮刀具椭圆弧行走路径分段完成：首先，金刚石砂轮刀具在碳化硅磨石的一侧外的第一起始点处沿方程为的椭圆弧行走路径从左到右行走至椭圆弧的顶点处，再沿着与顶点相切的半径为大于2毫米的第一圆弧提起，接着从磨石的另一侧外的第二起始点处开始，沿着椭圆弧行走路径从右至左行走至椭圆弧顶点处，再沿着与顶点相切的另一方向半径大于2毫米的第二圆弧提起，最后，金刚石砂轮从碳化硅磨石一侧的第一起始点处沿着整个椭圆弧行走路径作无进给的零磨削行走至从磨石另一侧的第二起始点处；完成该加工行程后，砂轮垂直向下进给深度为d_f，再重复上面加工过程，直至将金刚石砂轮工作面轴向截面轮廓修整为的椭圆弧轮廓，其中，a和b是给定的砂轮椭圆轮廓方程式常数，w₁＞0、w₂＞0、a＞0、b＞0、d_f＝1～200微米、v_f＝10～1000毫米/分和N为2000～5000转/分。

进一步地，所述碳化硅磨石由绿色碳化硅磨料组成，结合剂为陶瓷，粒度为180～1200目，初始几何形状为长方形，轴向宽度为5～50毫米。

所述金刚石砂轮由金刚石磨料组成，结合剂为青铜基或树脂基，金刚石磨料粒度为120～3000目，浓度大于100，浓度是指金刚石砂轮单位体积的金刚石含量，100相当于4.4克拉/厘米³，砂轮为平行砂轮，直径为50～800毫米，轴向宽度为3～50毫米。

在修整中，首先采用粗修整，碳化硅磨石粒度120～320目，进给深度为50～150微米，进给速度为300～800毫米/分；当金刚石砂轮轴向截面轮廓被修整成椭圆弧后，再采用精修整，碳化硅磨石粒度400～1200目，进给深度为1～20微米，进给速度为10～200毫米/分；最后，零磨削2～10次，修整中采用水或者水溶性切削液为冷却液。

本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

(1)该发明可以对如金刚石砂轮和立方氮化硼砂轮等超硬砂轮的工作曲面进行成型修整，修整精度可以不依赖于修整工具的形状尺寸和精度的限制，修整装置简单、有效。

(2)该发明可以用于零部件曲表面的磨削加工，与铣削加工相比可以加工硬脆性材料的工件，且加工表面质量更高。