阅读说明：本技术 一种精密在位修整树脂基v型金刚石砂轮的装置及方法 (Device and method for precisely trimming resin-based V-shaped diamond grinding wheel in situ ) 是由 陈冰 焦浩文 罗良 赵清亮 于 2020-05-28 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种精密在位修整树脂基V型金刚石砂轮的装置及方法,它涉及采用一定粒度的、旋转的绿碳化硅磨棒对细粒度树脂基V型金刚石砂轮的尖角在位修整加工方法。本发明要解决目前砂V型金刚石砂轮修整设备复杂、精度和效率低、成本高的问题。本发明借助于具有工件主轴和磨削主轴的三直线轴联动机床,采用适宜的修整工艺参数,通过旋转绿碳化硅磨棒对树脂基V型金刚石砂轮在位精密修整,修整后砂轮尖角达到期望的角度和尖角圆弧半径,提高其形状精度和修整率。修整后的树脂基V型金刚石砂轮适用于陶瓷、玻璃等脆性材料的金字塔、V槽、菲涅尔透镜等微结构的精密磨削加工。(The invention discloses a device and a method for precisely trimming a resin-based V-shaped diamond grinding wheel in situ, and relates to a method for trimming the sharp angle of a fine-grained resin-based V-shaped diamond grinding wheel in situ by adopting a rotary green silicon carbide grinding rod with a certain granularity. The invention aims to solve the problems of complex dressing equipment, low precision and efficiency and high cost of the existing sand V-shaped diamond grinding wheel. The invention precisely trims the resin-based V-shaped diamond grinding wheel in place by rotating the green silicon carbide grinding rod by means of the three-linear-axis linkage machine tool with the workpiece main shaft and the grinding main shaft and adopting proper trimming process parameters, and the sharp angle of the trimmed grinding wheel reaches the expected angle and the arc radius of the sharp angle, thereby improving the shape precision and the trimming rate. The trimmed resin-based V-shaped diamond grinding wheel is suitable for precision grinding processing of microstructures such as pyramids, V-shaped grooves, Fresnel lenses and the like of brittle materials such as ceramics, glass and the like.)

一种精密在位修整树脂基V型金刚石砂轮的装置及方法

技术领域

本发明属于金刚石砂轮技术领域，具体地说，涉及一种精密在位修整树脂基V型金刚石砂轮的装置及方法。

背景技术

近年来，具有微结构表面的光学功能元件是制造微小型光电子系统的关键元件，其具有便于光学设计者优化光学系统，减轻重量，缩小体积，实现集成等优点，同时能够实现普通光学元件难以达到的微小、阵列、集成和波面转换等新功能。如应用于手机、数码相机等电子设备液晶显示屏幕的微透镜阵列背光组模，使显示屏幕以较小的光源能量，获得较亮较均匀的显示效果。新型LED灯光源系统中的反射透镜阵列，使其照明亮度大大增加，从而使LED灯在汽车头灯及公共照明领域的应用成为可能。应用于光纤通讯分波多工器中的阵列波导光栅使得光纤通讯的传输容量得到了极大地提升。金字塔、V槽、菲涅尔透镜等微结构光学零件在军用和民用产品上的应用越来越广泛，对于这些多为陶瓷、光学玻璃、硬质合金等硬脆材料的光学零件，基于V型金刚石砂轮的超精密磨削技术是其制备的有效解决手段。

目前有效的V型金刚石砂轮修整方法有电火花修整法、在线电解修整法、GC磨石数控对磨法等。然而，电火花修整法和在线电解修整法只适用于具有导电性能的砂轮，且需要附加高频脉冲电源；GC磨石数控对磨法操作简单，特别适用于平面磨床，然而其GC磨石固定，损耗较快，修整时间长。相比以上V型金刚石砂轮修整方法，旋转绿碳化硅磨棒在位修整法利用工件主轴作为修整驱动单元操作简单，无需复杂的附加设备，修整成本低，加工效率高，修整精度高，对细粒度V型树脂基金刚石砂轮修整具有独特的优势，且可根据不同的角度要求实现任意尖角V型砂轮的精密在位修整。

有鉴于此特提出本发明。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种精密在位修整树脂基V型金刚石砂轮的装置及方法，采用一定粒度大小的、旋转的绿碳化硅磨棒对细粒度树脂基V型金刚石砂轮的角度和尖角精确收敛的修整加工方法，修整后的树脂基V型金刚石砂轮适用于陶瓷、玻璃等脆性材料的金字塔、V槽、菲涅尔透镜等微结构的精密磨削加工。

为解决上述技术问题，本发明采用技术方案的基本构思是：

一种精密在位修整树脂基V型金刚石砂轮的装置，主要由具有工件主轴和磨削主轴的三直线轴联动机床、夹具、绿碳化硅磨棒、砂轮构成，绿碳化硅磨棒通过夹具安装在机床工件主轴的真空吸盘上，砂轮安装在垂直布置的磨削主轴下端部，绿碳化硅磨棒圆柱端部与砂轮的上下斜面接触。所述的绿碳化硅磨棒粒度为400#～1500#，V型树脂基金刚石砂轮粒度为D3～D15。

一种精密在位修整树脂基V型金刚石砂轮的方法，所述的使用方法包括如下步骤：

步骤一：绿碳化硅磨棒和砂轮的安装。将夹持有直径20mm绿碳化硅磨棒的夹具安装在机床工件主轴的真空吸盘上，通过工件主轴驱动绿碳化硅磨棒旋转运动；将V型金刚石砂轮安装在垂直布置的磨削主轴下端部，由磨削主轴驱动砂轮旋转运动。

步骤二：绿碳化硅磨棒与V型金刚石砂轮上斜面的位置关系确定。首先，确定X向的位置关系，高精度在位修整要求绿碳化硅磨棒的旋转中心线与V型金刚石砂轮的旋转中心线垂直相交，而工件的X向位置在机床安装之后通过校准已经确定为X0，修整之前直接把绿碳化硅磨棒移动至X0位置即可。其次确定Y、Z向起始点位置关系，在X向位置为X0的前提下，手动移动机床直线轴Y轴和Z轴使绿碳化硅磨棒圆柱体端部下边缘与V型金刚石砂轮磨料层的上斜面接触记录此时Y、Z向位置坐标(Y1，Z1)，按照当前位置和斜线角度的三角关系换算出Y、Z向的起始位置坐标(Y0，Z0)，要求起始位置坐标(Y0，Z0)在砂轮顶点之外，并手动移动机床直线运动轴Y轴、Z轴使绿碳化硅磨棒退出至起始位置坐标(Y0，Z0)，与砂轮的接触。

步骤三：V型金刚石砂轮上斜面修整的斜线插补程序编程。依据绿碳化硅磨棒和砂轮的位置关系、待修整V型金刚石砂轮斜面角度和绿碳化硅磨棒半径确定上斜面的斜线插补程序和路径规划见图2。

步骤四：用绿碳化硅磨棒对V型金刚石砂轮的上斜面进行在位修整。加工参数：工具主轴转速为350～500rpm，砂轮转速为4000～5000rpm，磨削深度为2～20μm，进给速度为50～300mm/min，磨削液为水基乳化液。

步骤五：绿碳化硅磨棒与V型金刚石砂轮下斜面的位置关系确定。首先，确定X向的位置关系，高精度在位修整要求绿碳化硅磨棒的旋转中心线与V型金刚石砂轮的旋转中心线垂直相交，而工件的X向位置在机床安装之后通过校准已经确定为X0，修整之前直接把绿碳化硅磨棒移动至X0位置即可。其次确定Y、Z向起始点位置关系，在X向位置为X0的前提下，手动移动机床直线轴Y轴和Z轴使绿碳化硅磨棒圆柱体端部上边缘与V型金刚石砂轮磨料层的下斜面接触记录此时Y、Z向位置坐标(Y1’，Z1’)，按照当前位置和斜线角度的三角关系换算出Y、Z向的起始位置坐标(Y0’，Z0’)，要求起始位置坐标(Y0’，Z0’)在砂轮顶点之外，并手动移动机床直线运动轴Y轴、Z轴使绿碳化硅磨棒退出至起始位置坐标(Y0，Z0)，与砂轮的接触。

步骤六：V型金刚石砂轮下斜面修整的斜线插补程序编程。依据绿碳化硅磨棒和砂轮的位置关系、待修整V型金刚石砂轮斜面角度和绿碳化硅磨棒半径确定下斜面斜线插补程序和路径规划见图3。

步骤七：用绿碳化硅磨棒对V型金刚石砂轮的下斜面进行在位修整。加工参数为工具主轴转速为350～500rpm，砂轮转速为4000～5000rpm，磨削深度为2～20μm，进给速度为50～300mm/min，磨削液为水基乳化液。

本发明提供一种针对硬脆材料微结构光学元件超精密磨削加工用树脂基V型金刚石砂轮的精密在位成形修整方法，以解决目前V型金刚石砂轮修整设备复杂、精度和效率低、成本高的问题。

采用上述技术方案后，本发明与现有技术相比具有以下有益效果。

1、本发明实现细粒度树脂基V型金刚石砂轮的高效率，高精度，确定性精密修整成形，修整后比修整前尖角圆弧半径降低10倍左右，修整后磨粒突出，分布均匀；

2、本发明可根据加工尖角角度要求实现任意角度的V型金刚石砂轮的精密在位成形修整；

3、本发明设备简单、无需附加修整设备、成本低、便于操作。

下面结合附图对本发明的

具体实施方式

作进一步详细的描述。

附图说明

附图作为本申请的一部分，用来提供对本发明的进一步的理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但不构成对本发明的不当限定。显然，下面描述中的附图仅仅是一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。在附图中：

图1是本发明旋转绿碳化硅磨棒在位修整金刚石砂轮装置图；

图2是本发明绿碳化硅磨棒和V型金刚石砂轮上斜面间对磨的路径规划；

图3是本发明绿碳化硅磨棒和V型金刚石砂轮下斜面间对磨的路径规划。

需要说明的是，这些附图和文字描述并不旨在以任何方式限制本发明的构思范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本发明的概念。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图1-3，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。见附图1-3示出：

具体实施方式一：本实施方式树脂基V型金刚石砂轮在位修整方法的装置由具有工件主轴2和磨削主轴8的三直线轴(1,3,9)联动机床、夹具5、绿碳化硅磨棒6、砂轮7构成，绿碳化硅磨棒6通过夹具5安装在机床工件主轴2的真空吸盘4上，砂轮7安装在垂直布置的磨削主轴8下端部，绿碳化硅磨棒6圆柱端部与砂轮7的上下斜面接触。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述的绿碳化硅磨棒粒度为400#～1500#。其它与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述的树脂基V型金刚石砂轮粒度为D3～D15。其它与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：本实施方式的一种精密在位修整树脂基V型金刚石砂轮的方法，通过以下步骤实现的：

步骤一：绿碳化硅磨棒6和砂轮7的安装。将夹持有直径20mm绿碳化硅磨棒6的夹具5安装在机床工件主轴2的真空吸盘4上，通过工件主轴2驱动绿碳化硅磨棒6旋转运动；将V型金刚石砂轮7安装在垂直布置的磨削主轴6下端部，由磨削主轴6驱动砂轮7旋转运动。

步骤二：绿碳化硅磨棒6与V型金刚石砂轮7上斜面的位置关系确定。首先，确定X向的位置关系，高精度在位修整要求绿碳化硅磨棒6的旋转中心线与V型金刚石砂轮7的旋转中心线垂直相交，而工件的X向位置在机床安装之后通过校准已经确定为X0，修整之前直接把绿碳化硅磨棒移动至X0位置即可。其次确定Y、Z向起始点位置关系，在X向位置为X0的前提下，手动移动机床直线轴Y轴3和Z轴9使绿碳化硅磨棒6圆柱体端部下边缘与V型金刚石砂轮7磨料层的上斜面接触记录此时Y、Z向位置坐标(Y1，Z1)，按照当前位置和斜线角度的三角关系换算出Y、Z向的起始位置坐标(Y0，Z0)，要求起始位置坐标(Y0，Z0)在砂轮顶点之外，并手动移动机床直线运动轴Y轴3、Z轴9使绿碳化硅磨棒6退出至起始位置坐标(Y0，Z0)，与砂轮的接触。

步骤三：V型金刚石砂轮上斜面修整的斜线插补程序编程。依据绿碳化硅磨棒6和砂轮7的位置关系、待修整V型金刚石砂轮7斜面角度和绿碳化硅磨棒6半径确定上斜面的斜线插补程序和路径规划见图2。

步骤四：用绿碳化硅磨棒6对V型金刚石砂轮7的上斜面进行在位修整。加工参数：工具主轴转速为350～500rpm，砂轮转速为4000～5000rpm，磨削深度为2～20μm，进给速度为50～300mm/min，磨削液为水基乳化液。

步骤五：绿碳化硅磨棒6与V型金刚石砂轮7下斜面的位置关系确定。首先，确定X向的位置关系，高精度在位修整要求绿碳化硅磨棒6的旋转中心线与V型金刚石砂轮7的旋转中心线垂直相交，而工件的X向位置在机床安装之后通过校准已经确定为X0，修整之前直接把绿碳化硅磨棒移动至X0位置即可。其次确定Y、Z向起始点位置关系，在X向位置为X0的前提下，手动移动机床直线轴Y轴3和Z轴9使绿碳化硅磨棒6圆柱体端部上边缘与V型金刚石砂轮7磨料层的下斜面接触记录此时Y、Z向位置坐标(Y1’，Z1’)，按照当前位置和斜线角度的三角关系换算出Y、Z向的起始位置坐标(Y0’，Z0’)，要求起始位置坐标(Y0’，Z0’)在砂轮顶点之外，并手动移动机床直线运动轴Y轴3、Z轴9使绿碳化硅磨棒6退出至起始位置坐标(Y0，Z0)，与砂轮的接触。

步骤六：V型金刚石砂轮下斜面修整的斜线插补程序编程。依据绿碳化硅磨棒6和砂轮7的位置关系、待修整V型金刚石砂轮7斜面角度和绿碳化硅磨棒6半径确定下斜面斜线插补程序和路径规划见图3。

步骤七：用绿碳化硅磨棒6对V型金刚石砂轮7的下斜面进行在位修整。加工参数为工具主轴转速为350～500rpm，砂轮转速为4000～5000rpm，磨削深度为2～20μm，进给速度为50～300mm/min，磨削液为水基乳化液。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式四不同的是：所述的绿碳化硅磨棒粒度为400#～1500#。其它与具体实施方式四相同。

具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式四不同的是：所述的V型金刚石砂轮粒度为D3～D15。其它与具体实施方式四或五相同。

具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式四不同的是：步骤四中所述的工件主轴转速为350～500rpm。其它与具体实施方式四至六之一相同。

具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式四不同的是：步骤四中所述的工件砂轮转速为4000～5000rpm。其它与具体实施方式四至七之一相同。

具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式四不同的是：步骤四中所述的磨削深度为2～20μm。其它与具体实施方式四至八之一相同。

具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式四不同的是：步骤四中所述的磨削深度为2～20μm。其它与具体实施方式四至九之一相同。

具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式四不同的是：调换步骤顺序为：步骤一、步骤五、步骤六、步骤七、步骤二、步骤三、步骤四。其它与具体实施方式四至九之一相同。

通过以下实施例验证本发明的有益效果：

实施例一：

本实施例一种精密在位修整树脂基V型金刚石砂轮的方法，按以下步骤进行：

一：绿碳化硅磨棒和砂轮的安装。将夹持有直径20mm绿碳化硅磨棒的夹具安装在机床工件主轴的真空吸盘上，通过工件主轴驱动绿碳化硅磨棒旋转运动；将V型树脂基金刚石砂轮安装在垂直布置的磨削主轴下端部，由磨削主轴驱动砂轮旋转运动。

二：绿碳化硅磨棒与V型金刚石砂轮上斜面的位置关系确定。首先，确定X向的位置关系，高精度在位修整要求绿碳化硅磨棒的旋转中心线与V型金刚石砂轮的旋转中心线垂直相交，而工件的X向位置在机床安装之后通过校准已经确定为X0，修整之前直接把砂轮移动至X0位置即可。其次确定Y、Z向起始点位置关系，在X向位置为X0的前提下，手动移动机床直线轴Y轴和Z轴使绿碳化硅磨棒圆柱体端部下边缘与V型金刚石砂轮磨料层的上斜面接触记录此时Y、Z向位置坐标(Y1，Z1)，按照当前位置和斜线角度的三角关系换算出Y、Z向的起始位置坐标(Y0，Z0)，要求起始位置坐标(Y0，Z0)在砂轮顶点之外，并手动移动机床直线运动轴Y轴、Z轴使绿碳化硅磨棒退出与砂轮的接触。

三：V型金刚石砂轮上斜面修整的斜线插补程序编程。依据绿碳化硅磨棒和砂轮的位置关系、待修整V型金刚石砂轮斜面角度和绿碳化硅磨棒半径确定斜线插补程序和路径规划见图2。

四：用绿碳化硅磨棒对V型金刚石砂轮的上斜面进行在位修整。加工参数为工具主轴转速为350～500rpm，砂轮转速为4000～5000rpm，磨削深度为2～20μm，进给速度为50～300mm/min，磨削液为水基乳化液。

五：绿碳化硅磨棒与V型金刚石砂轮下斜面的位置关系确定。首先，确定X向的位置关系，高精度在位修整要求绿碳化硅磨棒的旋转中心线与V型金刚石砂轮的旋转中心线垂直相交，而工件的X向位置在机床安装之后通过校准已经确定为X0，修整之前直接把砂轮移动至X0位置即可。其次确定Y、Z向起始点位置关系，在X向位置为X0的前提下，手动移动机床直线轴Y轴和Z轴使绿碳化硅磨棒圆柱体端部上边缘与V型金刚石砂轮磨料层的下斜面接触记录此时Y、Z向位置坐标(Y1’，Z1’)，按照当前位置和斜线角度的三角关系换算出Y、Z向的起始位置坐标(Y0’，Z0’)，要求起始位置坐标(Y0’，Z0’)在砂轮顶点之外，并手动移动机床直线运动轴Y轴、Z轴使绿碳化硅磨棒退出与砂轮的接触。

六：V型金刚石砂轮下斜面修整的斜线插补程序编程。依据绿碳化硅磨棒和砂轮的位置关系、待修整V型金刚石砂轮斜面角度和绿碳化硅磨棒半径确定斜线插补程序和路径规划见图3。

七：用绿碳化硅磨棒对V型金刚石砂轮的下斜面进行在位修整。加工参数为工具主轴转速为350～500rpm，砂轮转速为4000～5000rpm，磨削深度为2～20μm，进给速度为50～300mm/min，磨削液为水基乳化液。

V型金刚石砂轮粒度为D3，尖角为90°，工具主轴转速为371rpm，砂轮转速为4500rpm，磨削深度为2μm，进给速度为100mm/min，绿碳化硅磨棒粒度为800#时，获得的金刚石砂轮V型金刚石砂轮尖角圆弧半径最小，尖角偏差为0.1°，尖角圆弧半径为13μm，修整后磨粒突出，分布均匀。

以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专利的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述提示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明方案的范围内。