一种异型曲面精密光学磨削方法技术

本发明专利技术提供一种异型曲面精密光学磨削方法，加工基于新型硬脆材料加工出具有稳定性强、可靠性高、精度高的产品。其基于延性方式磨削技术，得到待加工工件的临界切深，基于在线电解修整砂轮镜面磨削技，采用不同粒度的树脂结合剂金刚石砂轮，对待加工工件进行基础形状削切成型，通过光学曲线磨床技术实现对带有复合角度的复杂结构的削切成型，实现了异形不贯通曲面的加工；基于模糊控制理论在线调整每个树脂结合剂金刚石砂轮的磨削参数，结合光学曲线磨床技术，确保了对砂轮的修正更符合待加工工件的实际形状变化情况。

【技术实现步骤摘要】
一种异型曲面精密光学磨削方法
本专利技术涉及精密加工
，具体为一种异型曲面精密光学磨削方法。
技术介绍
随着技术进步，很多产品结构日趋复杂，加工工序经常需要加工一些形状复杂且不贯通带有复合角度的工件。如说明书附图的图1所示，工件1的第一突出结构2、第二突出结构3都是带有复合角度的不贯通的结构。作为常用的工业、模具产品的组成部分，这些工件的材料通常是由硬脆材料构成，如：陶瓷、单晶硅、粉末钢材、红蓝宝石、钨钢都是常见的具有优良性能的硬脆材料。然而，现有技术中，针对不贯通带有复合角度的工件加工，常用的工艺是通过电火花工艺和普通工具磨进行加工；电火花加工是指在一定的介质中，通过工具电极和工件电极之间的脉冲放电的电蚀作用，对工件进行加工的方法；然而这个方式不适用于不导电硬脆材料的复杂结构加工。电火花加工属于电脉冲放电腐蚀类，只能使用导电类材料，而用工具磨磨削硬脆材料，对于异形工件又无法达到加工精度要求。
技术实现思路
为了解决现有的针对带有复合角度结构复杂的工件的加工方法不适用于新型硬脆材料加工的问题，本专利技术提供一种异型曲面精密光学磨削方法，加工基于新型硬脆材料加工出具有稳定性强、可靠性高、精度高的产品。本专利技术的技术方案是这样的：一种异型曲面精密光学磨削方法，其特征在于，其包括以下步骤：S1：获取需要加工完成的目标工件形状；将工件上复合角度的复杂结构以外的结构的形状称为目标工件的基础形状；S2：获取待加工工件；基于所述待加工工件的形状、材料的晶体结构，根据所述目标工件的所述基础形状，设计在所述待加工工件上沿结晶面上的切削方向；S3：根据所述待加工工件的材料特性参数、所述切削方向，设计磨削条件；S4：基于延性方式磨削技术，根据所述待加工工件的材料、所述磨削条件，计算所述待加工工件的临界切深，以及计算所需磨粒参数值；所述磨粒参数值包括：数目、形状、间距、粒度；S5：基于所述切削方向、所述磨削条件、所述临界切深，根据不同的预加工工序的阶段，选择不同参数值的所述磨粒完成所述待加工工件的预加工工序，获得具备所述基础形状的所述待加工工件；所述磨粒基于树脂结合剂金刚石砂轮实现；S6：针对每一个所述目标工件形状中的所述复杂结构，以预设的放大倍数在描图纸上刻画复杂结构放大图；S7：将所述复杂结构放大图安装在光屏上，利用光学曲线磨床的光学投影放大系统把所述待加工工件和砂轮的阴影影像到光屏上，操作磨头作纵向、横向运动，使砂轮的切削刃沿着工件外形磨削，直至工件影像的轮廓与放大图的图线全部重合，即，得到带有所述复杂结构的目标工件。其进一步特征在于：所述材料特性参数包括：硬度、弹性模量、断裂韧性、表面比能；所述磨削条件包括：磨削速度、磨粒尖端形状、磨削温度、冷却润滑条件；所述预加工工序包括：毛坯成形粗加工、半精加工、超精密磨削；所述放大倍数包括：20、25、50；步骤S5中，在对所述待加工工件进行加工的过程中，基于电解在线砂轮修整技术，在线调整每个所述树脂结合剂金刚石砂轮的转速、进给速度、进给量。本专利技术提供的一种异型曲面精密光学磨削方法，其基于延性方式磨削技术，得到待加工工件的临界切深，确保硬脆材料不会在削切过程中发生异常变形，提高了工件的加工精度；基于在线电解修整砂轮镜面磨削技，采用不同粒度的树脂结合剂金刚石砂轮，对待加工工件进行基础形状削切成型，确保硬脆材料的工件表面光滑平整，避免了工件表面产生质变层及龟裂，提高了被加工件的使用寿命；通过光学曲线磨床技术实现对带有复合角度的复杂结构的削切成型，实现了异形不贯通曲面的加工，确保了工件复杂结构的精度；基于模糊控制理论在线调整每个树脂结合剂金刚石砂轮的磨削参数，结合光学曲线磨床技术，确保了对砂轮的修正更符合待加工工件的实际形状变化情况，进一步提高了加工精度，同时确保不会对工件的结构产生异常损伤，延长了工件的使用寿命；通过延性方式磨削技术、在线电解修整砂轮镜面磨削技、光学曲线磨床技术、模糊控制理论的结合使用，实现了对不导电硬脆材料的复杂结构加工，确保实现了稳定性强、高可靠性、高精度的加工。附图说明图1为带有不贯通复合角度的工件示例图；图2为图1中2、3处放大后的结构示意图；图3为本专利的异型曲面精密光学磨削方法的流程示意图。具体实施方式如图3所示，本专利技术一种异型曲面精密光学磨削方法，其包括以下步骤。S1：获取需要加工完成的目标工件形状；将工件上复合角度的复杂结构以外的结构的形状称为目标工件的基础形状；如图1、2所示的工件1中，其中第一突出结构2、第二突出结构3都是带有复合角度的不贯通的结构，而工件1上，除第一突出结构2、第二突出结构3以外的结构，称之为基础形状。S2：获取待加工工件，即获得待加工成型的毛坯件，进行后续处理；基于待加工工件的形状、材料的晶体结构，根据目标工件的基础形状，设计在待加工工件上沿结晶面上的切削方向，本步骤基于现有的延性方式磨削技术进行设计完成即可。S3：根据待加工工件的材料特性参数、切削方向，设计磨削条件；材料特性参数包括：硬度、弹性模量、断裂韧性、表面比能；磨削条件包括：磨削速度、磨粒尖端形状、磨削温度、冷却润滑条件。本专利技术方案中，是基于延性方式磨削技术对待加工工件的基础形状进行磨削成型，所以对于磨削条件设计的时候，基于现有技术中的延性方式磨削技术的设计方法进行设计即可。S4：基于延性方式磨削技术，根据待加工工件的材料、磨削条件，计算待加工工件的临界切深，以及计算所需磨粒参数值；磨粒参数值包括：数目、形状、间距、粒度。经硬脆材料的压印实验证明：即使是硬脆材料，在很小的载荷作用下，仍会产生一定的塑形变形，而基于“压痕断裂模型”的理论分析，通过磨粒切削工件表面时，材料表面开始产生微裂纹的磨粒切入厚度称为临界切深（即，临界磨削厚度）。当磨粒的磨削深度小于临界切深时，硬脆材料的主要去除机制由脆性断裂转变为塑性流动，脆性材料和磨粒接触区的应力达到剪切强度极限，产生塑性流动，形成切屑，材料以塑性变形的方式被去除，从而实现脆性材料的塑性域加工，得到低粗糙度的光滑表面，同时能更好地控制加工件的形状和精度。而不同的材质的工件，其对应的临界切深也是不同的，主要受到材料力学性质如硬度、弹性模量、断裂韧性、表面比能等条件的影响。其理论值的计算方法如下：P=β*E*H(Kc*H)2P为单颗磨粒上的理论临界切深，E为被加工材料的弹性模量，H为被加工材料的硬度，Kc为材料的断裂韧性，β为不同材料的系数；而实际加工过程中，临界切深还受到材料的晶体结构以及沿结晶面上的切削方向，磨削条件如磨削速度、磨粒尖端形状、磨削温度、冷却润滑条件等条件的影响；所以P是单颗磨粒上的理论临界切深，具体应用中的计算方法根据现有的计算方法记性计算即可。S5：基于切削方向、磨削条件、临界切深，根据不同的预加工工序的阶段，选择不同参数本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种异型曲面精密光学磨削方法，其特征在于，其包括以下步骤：/nS1：获取需要加工完成的目标工件形状；/n将工件上复合角度的复杂结构以外的结构的形状称为目标工件的基础形状；/nS2：获取待加工工件；基于所述待加工工件的形状、材料的晶体结构，根据所述目标工件的所述基础形状，设计在所述待加工工件上沿结晶面上的切削方向；/nS3：根据所述待加工工件的材料特性参数、所述切削方向，设计磨削条件；/nS4： 基于延性方式磨削技术，根据所述待加工工件的材料、所述磨削条件，计算所述待加工工件的临界切深，以及计算所需磨粒参数值；/n所述磨粒参数值包括：数目、形状、间距、粒度；/nS5：基于所述切削方向、所述磨削条件、所述临界切深，根据不同的预加工工序的阶段，选择不同参数值的所述磨粒完成所述待加工工件的预加工工序，获得具备所述基础形状的所述待加工工件；/n所述磨粒基于树脂结合剂金刚石砂轮实现；/nS6：针对每一个所述目标工件形状中的所述复杂结构，以预设的放大倍数在描图纸上刻画复杂结构放大图；/nS7：将所述复杂结构放大图安装在光屏上，利用光学曲线磨床的光学投影放大系统把所述待加工工件和砂轮的阴影影像到光屏上，操作磨头作纵向、横向运动，使砂轮的切削刃沿着工件外形磨削，直至工件影像的轮廓与放大图的图线全部重合，即，得到带有所述复杂结构的目标工件。/n...

【技术特征摘要】
1.一种异型曲面精密光学磨削方法，其特征在于，其包括以下步骤：
S1：获取需要加工完成的目标工件形状；
将工件上复合角度的复杂结构以外的结构的形状称为目标工件的基础形状；
S2：获取待加工工件；基于所述待加工工件的形状、材料的晶体结构，根据所述目标工件的所述基础形状，设计在所述待加工工件上沿结晶面上的切削方向；
S3：根据所述待加工工件的材料特性参数、所述切削方向，设计磨削条件；
S4：基于延性方式磨削技术，根据所述待加工工件的材料、所述磨削条件，计算所述待加工工件的临界切深，以及计算所需磨粒参数值；
所述磨粒参数值包括：数目、形状、间距、粒度；
S5：基于所述切削方向、所述磨削条件、所述临界切深，根据不同的预加工工序的阶段，选择不同参数值的所述磨粒完成所述待加工工件的预加工工序，获得具备所述基础形状的所述待加工工件；
所述磨粒基于树脂结合剂金刚石砂轮实现；
S6：针对每一个所述目标工件形状中的所述复杂结构，以预设的放大倍数在描图纸上刻画复杂结构放大图；
S7：将所述复杂结构放大图安装在光屏上，利用光学曲线磨床的...

【专利技术属性】
技术研发人员：陆文思，胡万里，
申请(专利权)人：无锡派尔福精密模具有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32