[发明专利]一种带有金刚石刀具前角补偿的超精密车削方法

说明书

技术领域

本发明属于超精密加工、复杂零件制造技术领域，涉及一种超精密车削方法。

背景技术

目前，脆性材料(如硅、BK7玻璃、ZnS和ZnSe等)越来越多地被应用到超精密产品的应用领域中。无论是在手机摄像头、DVD读出头、微小型化照相机镜头等微光学消费市场，还是生物医疗领域的内窥镜、芯片实验室、微创生物信息分析等新型健康诊测手段方面，脆性材料产品都开始形成越来越大的市场需求。

但是，脆性材料因具有脆性高、断裂韧性低等特性，可加工性较差，当材料承受超负荷的切削力时就产生断裂破坏，严重影响工件的加工质量。对脆性材料的加工主要采用磨削、研磨、抛光等工艺，生产效率较低。随着超精密加工技术的发展，近些年来，直接通过金刚石切削脆性材料表面成为可能，通过对脆性材料塑性域的超精密切削获得纳米级粗糙度表面，极大地提高了加工效率和加工过程的可操控性，同时易于对脆性材料进行复杂曲面加工。

通过大量科学实验证明，脆性材料切削过程中，材料靠刀尖前端的压应力产生的塑性变形方式去除，通过使用不同前角的车刀进行加工对塑性变形区域的产生非常有益。因此，为了提高这种方式的加工形状精度，有必要对加工中刀具前角引起的加工误差进行合理补偿。

发明内容

本发明的目的是针对三轴(X、Z、C)金刚石超精密车削方式，设计加工刀具前角的补偿方法，采用本发明提供的具有前角补偿的车削加工方法，能够实现复杂曲面更高形状精度的超精密加工。

为此本发明采用如下的技术方案：

一种带有金刚石刀具前角补偿的超精密车削方法，用在三轴金刚石超精密机床上，所述机床的主轴能够做回转运动和沿X轴向运动，主轴上安装有对其转动角度进行控制或反馈使其沿C轴转动的编码器，金刚石刀具做Z向运动，该方法包括下列步骤：

(1)对工件加工表面建立自由曲面模型；

(2)将自由曲面模型上加工点的坐标p₀(x₀，y₀，z₀)转化成机床坐标系下的坐标p₀(ρ₀，z₀)，并由参数方程的矢量式求解该点的法向量n→=(a0,b0,c0);]]>

(3)把加工过程的运动模拟为刀具零前角面永远垂直xoy平面并绕机床z轴的运动，并按照这个运动模型，求解加工p₀(x₀，y₀，z₀)点时，切削面的法向量

(4)将加工点的法向量n→=(a0,b0,c0)]]>投影到切削面上，并沿投影向量进行刀具半径补偿，得到切削面圆弧中心o(x_t，y_t，z_t)模型坐标；

(5)由切削面的法向量求取切削面圆弧中心o′指向刀尖p₁的单位矢量并根据该向量和两点的距离，求得刀尖p₁的模型坐标；