專利名稱：脆性材料磨削的方法和設(shè)備的制作方法
該項(xiàng)發(fā)明涉及到在恒定壓力下對(duì)脆性材料如玻璃，陶瓷和晶體材料進(jìn)行精磨的方法。它尤其涉及到用于光學(xué)設(shè)備如照像機(jī)，視頻器件和顯微鏡的脆性材料的磨削方法和設(shè)備。
本項(xiàng)發(fā)明所用的術(shù)語“脆性材料”是指一種硬質(zhì)的脆性材料，即非晶材料，如光學(xué)玻璃，石英玻璃和非晶硅，晶體材料如螢石、硅、KDP(磷酸二氫鉀)，KTP(KTIOPO4)和水晶及陶瓷材料如碳化硅，礬土和氧化鋯?？偟膩碚f，這些材料都有一個(gè)小于10×106N/m3/2的平面應(yīng)變斷裂韌度KIC(臨界應(yīng)力強(qiáng)度因子)。
當(dāng)對(duì)這些脆性材料進(jìn)行磨削時(shí)，這些材料通常是在“脆性加工模式的區(qū)域”(簡稱脆性模式區(qū))內(nèi)進(jìn)行加工，隨之帶來的是脆性斷裂，在加工面下會(huì)出現(xiàn)碎裂和碎片。然而，正如大家所知的那樣，如果磨削深度非常小，這些脆性材料也可以在“塑性加工模式的區(qū)域”(簡稱塑(韌)性模式區(qū))內(nèi)進(jìn)行加工，而不會(huì)出現(xiàn)斷裂和碎片，這就象金屬材料如鐵和鋁的加工方式。
是在“脆性加工模式區(qū)”內(nèi)或在“塑性加工模式區(qū)”內(nèi)進(jìn)行磨削取決于磨削所用磨輪每顆磨粒的磨削深度。導(dǎo)致脆性斷裂發(fā)生的最小磨削深度被稱之為“臨界磨削深度”，也就是說當(dāng)磨削深度由零逐漸增大到該值時(shí)就發(fā)生脆性斷裂，不同的材料這個(gè)值也不同。
當(dāng)對(duì)脆性材料如玻璃，陶瓷或晶體在恒壓下進(jìn)行精磨時(shí)，一般采用的是由樹脂結(jié)合劑或其它類似有彈性的材料制成的磨粒較細(xì)的磨輪來進(jìn)行磨削。制成一個(gè)樹脂基體磨輪，就是將酚醛樹脂，聚酰亞胺樹脂或類似的材料粉末與磨粒相混合，然后壓力成形，最后燒結(jié)而成。
通過一個(gè)用普通的球形成形磨輪于恒壓下磨制一個(gè)球形透鏡的加工過程可以了解到將一個(gè)已經(jīng)模壓成球形透鏡形狀的毛坯必須首先進(jìn)行一個(gè)或兩個(gè)階段的粗磨加工，然后進(jìn)行精磨也就是細(xì)磨，最后，由處于自由狀態(tài)的磨粒對(duì)球形透鏡進(jìn)行一或兩次拋光以精修球形透鏡。一般來說，樹脂結(jié)合劑磨輪用作拋光工序前進(jìn)行的精修也就是用作細(xì)磨工序的磨削工具。
近年來，一些研究機(jī)構(gòu)研究出一種具有固定磨削深度的精磨方法。這種方法也稱為“塑性加工模式磨削”。據(jù)此方法，磨輪上的磨粒高度經(jīng)過高精密修整變得均勻整齊，用這樣一個(gè)高精密，大剛度的機(jī)器以小于臨界磨削深度的很小深度來磨削被磨材料(這里所指的臨界磨削深度是當(dāng)被磨材料的磨削深度逐漸增大到該值時(shí)，材料的加工方式就由塑性加工轉(zhuǎn)變?yōu)榇嘈约庸つＪ?。由此方法，可清楚的得出這樣的結(jié)論即使象玻璃這樣的脆性材料也可以象金屬那樣在塑性加工模式下進(jìn)行磨削加工。此外，日本已公開的專利(申請人KOKAI)No.5-16070和5-185372的說明書中也詳細(xì)地對(duì)該技術(shù)作了說明。即在塑性加工模式下進(jìn)行磨削加工，磨輪的磨粒尖端的高度必須經(jīng)過高精密修整使其變得均勻整齊。
然而，這種普通的磨削方法也存在著某些問題，尤其是在使用一種彈性膠結(jié)磨輪如樹脂結(jié)合劑磨輪進(jìn)行磨削加工時(shí)，由于結(jié)合劑自身的彈性，使得許多細(xì)磨粒都沉陷在結(jié)合劑(材料)里面，靠磨粒磨進(jìn)加工材料和靠磨粒磨削被磨材料表面的凸起部分對(duì)被磨材料進(jìn)行磨削加工的進(jìn)展很緩慢。
更準(zhǔn)確的說，

圖11中所示的剖面圖，用圖解的方式簡要說明了使用一個(gè)樹脂結(jié)合劑磨輪1進(jìn)行細(xì)磨削的工作狀況。磨粒3在結(jié)合劑2中處于沉陷狀態(tài)。因?yàn)橥饴赌チ?的尖端高度是均勻整齊并達(dá)到某一特定程度的，所以每一顆粒的磨削深度也基本上是相同的。只要選擇合適的磨粒直徑和結(jié)合劑的彈性，所有磨粒的切削深度都能保證小于臨界磨削深度dc。在有些情況下，在上述所指的塑性加工方式區(qū)內(nèi)進(jìn)行精磨加工在明確的條件下可以實(shí)現(xiàn)。然而，當(dāng)使用一個(gè)樹脂結(jié)合劑磨輪時(shí)，各磨粒的磨削深度具有細(xì)微的差別，這是因?yàn)槟チ５匿h利程度不同和磨粒磨削量的不同造成的。因此，就會(huì)出現(xiàn)一些磨粒削深度超過臨界磨削深度dc。這樣在被磨材料或工件4上產(chǎn)生了裂紋K，即脆性斷裂。最后得出的結(jié)果是在塑性加工模式區(qū)內(nèi)進(jìn)行穩(wěn)定的磨削是無法實(shí)現(xiàn)的。此外，當(dāng)磨削在進(jìn)行中并且被磨材料4的表面經(jīng)過樹脂結(jié)合劑磨輪恒壓下的高精密的磨削已很平坦時(shí)，磨粒3通常就很少再參與磨削，所以，越來越多的磨粒將停止對(duì)材料的磨削，相應(yīng)的，即使加工時(shí)間延長，加工材料的磨削量會(huì)減少到7或8微米，而且，大于該值的磨削是無法實(shí)現(xiàn)的。
因此，用一個(gè)彈性樹脂結(jié)合劑磨輪來進(jìn)行精磨涉及到許多不穩(wěn)定的因素和大量的專門技術(shù)知識(shí)，所以它是不現(xiàn)實(shí)的。
在上述提及的在塑性加工模式區(qū)內(nèi)進(jìn)行的磨削中，微小的磨削深度是由高精度，大剛度的專用機(jī)器來設(shè)定的。其中，磨輪上的磨粒尖高度經(jīng)過高精密修整后是均勻而整齊的，這種方法使得脆性材料如玻璃能夠在塑性加工模式區(qū)內(nèi)進(jìn)行磨削。
圖12是一個(gè)剖面圖，它用圖解的方式簡要說明了在塑性加工模式下加工的狀況。此時(shí)的磨粒已經(jīng)過修整，因此外露的粒尖已加工成具有一個(gè)平坦的形狀。為了使磨輪的磨粒3能夠按圖示的要求以磨削深度d精確地磨入工件4，應(yīng)施加一個(gè)大的載荷并實(shí)施定位控制以確保磨削深度小于臨界磨削深度dc，dc是保證工件4不出現(xiàn)脆性斷裂的臨界值。換句話說，在塑性加工模式區(qū)內(nèi)進(jìn)行的磨削，要求磨削深度d被精確的控制和設(shè)定。為此，必須具備大剛度專用磨削機(jī)器以及一個(gè)附屬控制單元，那么，加工的費(fèi)用也必然很高。
因此，鑒于采用普通的彈性樹脂結(jié)合劑磨輪進(jìn)行磨削和采用大剛度專用磨削機(jī)器在塑性加工模式下進(jìn)行磨削加工中出現(xiàn)的問題，該項(xiàng)發(fā)明的目的之一就是提供一種方法和設(shè)備，使得脆性材料即使采用普通的磨削設(shè)備也能在塑性加工模式區(qū)內(nèi)進(jìn)行令人滿意的磨削加工成為現(xiàn)實(shí)。
為達(dá)到以上目的，該項(xiàng)發(fā)明在脆性材料的磨削加工中采用了一種恒壓下的精密磨削方法;它利用了一種電沉積型或金屬粘接型的硬結(jié)合劑。這種方法的特點(diǎn)在于磨削時(shí)通過控制總載荷P以使磨輪所有參加磨削的磨粒的磨削深度小于最小磨削深度(臨界磨削深度cc)，在臨界磨削深度時(shí)加工模式成為脆性。在這里，磨粒也稱為“有效粒子”。
根據(jù)本發(fā)明中所涉及的方法，通過確定一個(gè)發(fā)生脆性斷裂的最小臨界載荷Pc以及在實(shí)踐中注意在低于該值的條件下進(jìn)行磨削加工，以前所遇問題都可以迎刃而解。
圖1和圖2表示出了可完成這類磨削加工的兩種方法。
圖1是一個(gè)剖面示意簡圖，它用圖解的方式來舉例說明應(yīng)用本發(fā)明進(jìn)行磨削加工的狀況。圖中，工件4在一固定載荷P下緊靠磨輪1，磨輪上的磨粒3由結(jié)合劑2固定。同時(shí)，磨輪1繞其軸線5轉(zhuǎn)動(dòng)，工件4繞其軸線6轉(zhuǎn)動(dòng)。圖1說明了恒壓磨削方法。采用此方法，相對(duì)于工件4所有有效磨粒3-1的切削深度通過控制總載荷P的方法都設(shè)定在小于工件的臨界磨削深度dc的范圍內(nèi)。通常，在圖1所示例子中所用的磨輪為硬質(zhì)結(jié)合劑磨輪，如容易購買的電沉積型磨輪(此種磨輪采用電鍍技術(shù)，用鎳、銅或類似材料將基板上的磨粒進(jìn)行電鍍加以固定)或金屬粘接磨輪(此種磨輪采用粉末冶金技術(shù)，將鎳、銅、鐵或類似材料粉末與磨粒相混合，然后再對(duì)混合物進(jìn)行加壓成形和燒結(jié))。但是，采用這些磨輪，其磨粒的外露粒尖高度一般情況下并不均勻整齊。因此，采用圖1中的磨削方法，在加工過程中，磨輪上仍存在一些未與磨削工件4相接觸的磨粒，如磨粒3-2，這些磨粒被稱作無效粒子。
因此，在確定總載荷P時(shí)，如果到達(dá)臨界磨削深度的切削量給出，那么，磨輪與工件之間接觸面上的有效磨粒的數(shù)量(NMAX)以及每顆磨粒所承受的載荷(臨界載荷Pc)可以測量出;在臨界磨削深度進(jìn)行磨削時(shí)的總載荷按NMAX·Pc也可計(jì)算出。如果施加在單顆磨粒上的載荷P滿足關(guān)系式P＜Pc，那么，在塑性加工模式區(qū)內(nèi)進(jìn)行磨削就成為可能。如果在這樣一些情況下;磨輪上的磨粒高度不規(guī)則整齊，有效磨粒數(shù)N減少至NMAX或更少，即N≤NMAX。如果P＜Pc，關(guān)系式N·P＜NMAX·Pc也同樣成立。因?yàn)镹·P表示磨削時(shí)的總載荷(P)，這就足以保證對(duì)磨削加工時(shí)對(duì)總載荷的控制，從而達(dá)到在塑性加工模式下進(jìn)行磨削加工的目的(見如下所列公式1)。
P＜NMAX·Pc…公式(1)以下是有關(guān)臨界載荷Pc和NMAX測量方法的介紹。
〈臨界載荷Pc的測量〉當(dāng)某一載荷(P)已經(jīng)給出，那么，對(duì)應(yīng)于工件，單顆磨粒的磨削深度(d)與下列因素有關(guān)1)施加在單顆磨粒上的載荷(P);
2)由磨粒的特征參數(shù)如銳利度，堅(jiān)硬度等決定的因子(R)。
3)由工件材料的特征參數(shù)如硬度、彈性模量等決定的因子(H)。
4)磨削時(shí)，磨粒與工件之間的相對(duì)速度(V)。
這些可以表示為d＝F(P，R，H，V)。
在實(shí)際用磨輪來對(duì)脆性材料進(jìn)行磨削加工之前，先進(jìn)行一次模擬加工，將一個(gè)與實(shí)際將進(jìn)行磨削加工的脆性材料工件一樣的模型工件以與實(shí)際磨削時(shí)一樣的相對(duì)速度，用一連結(jié)有與實(shí)際磨削時(shí)所用磨輪含有的磨粒類型相同的單顆磨粒的單元模型工具來進(jìn)行磨削加工。通過這種模擬加工，單顆粒磨粒所承受載荷P與磨削深度d之間的關(guān)系就可以預(yù)先測出。
在模擬加工中，對(duì)單元模型工具在模型工件上的磨削深度(d)加以改變，當(dāng)以磨削深度(d)進(jìn)行磨削加工時(shí)，作用在它們之間的載荷(P)可以測量出。單顆磨粒的磨削深度(d)與載荷(P)之間的關(guān)系可以用圖表示出來。同時(shí)，發(fā)生脆性斷裂的最小磨削深度也可在加工后通過觀察判斷出來，該磨削深度就定該種脆性材料的臨界磨削深度dc。
這種模擬加工是通過采用一組模型工具進(jìn)行的。每顆磨粒在其磨削深度相當(dāng)于臨界磨削深度dc時(shí)所承受的載荷，即每顆磨粒的臨界載荷Pc可從d、p關(guān)系曲線中獲得。d、P關(guān)系曲線是根據(jù)由磨粒特征參數(shù)所決定的因子R，將單個(gè)d、P關(guān)系曲線加以平均而得出的。
〈有效磨粒的最大值NMAX的測量〉
為了測量有效磨粒的數(shù)目，對(duì)一個(gè)由聚丙烯樹脂或類似材料制成的一個(gè)平面模型工件進(jìn)行刮削，所用的磨輪是一個(gè)平面模型磨輪，它的規(guī)格特性(有關(guān)結(jié)合劑和磨粒)與實(shí)際進(jìn)行脆性材料磨削的磨輪的規(guī)格是相同的，并記下刮削次數(shù)。至于有效磨粒的最大數(shù)NMAX的確定是，將模型工件從與模型磨輪的最初接觸點(diǎn)開始進(jìn)行磨削直至達(dá)到實(shí)際是以脆性材料被磨削時(shí)的臨界磨削深度(dc)，然后將模型磨輪和模型工件朝與磨削方向垂直的方向相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)一段很小的距離，因而模型工件上就會(huì)留下刮痕。然后，將模型工件從設(shè)備上卸下，借助于顯微鏡或其它類似工具就可以數(shù)出模型工件上每單位面積刮痕的數(shù)目。每單位面積的刮痕數(shù)與磨輪與實(shí)際需進(jìn)行磨削加工的工件之間的接觸面積之乘積就被用作有效磨粒的最大數(shù)NMAX。
所以，這就為脆性材料提供了一個(gè)在恒壓下進(jìn)行精密磨削的方法。此方法的實(shí)現(xiàn)是通過測量NMAX、Pc和確定磨削時(shí)總載荷P的變化范圍，以及通過使磨輪中參加磨削的所有磨粒(有效粒子)的磨削深度小于最小磨削深度(臨界磨削深度dc)。當(dāng)在臨界磨削深度進(jìn)行磨削加工時(shí)，加工模式就轉(zhuǎn)變?yōu)榇嘈约庸つＪ健Ｍ瑯?，這也為使用該方法在恒壓下進(jìn)行精密磨削加工提供了設(shè)備。
圖2是一個(gè)剖面簡圖，它列舉另一個(gè)例子用圖解的方式來說明本發(fā)明所涉及的磨削加工的狀況。圖2中所表示的磨削加工方法的基本特點(diǎn)與圖1中所表示的是相同的，在這里就不再重復(fù)詳細(xì)敘述。按照圖2中所表示的磨削加工方法的特點(diǎn)，所用磨輪1磨粒3尖端的高度預(yù)先已經(jīng)過修整變得均勻整齊，具有很高的精度，并比加工過程中工件4的臨界磨削深度dc要小得多。據(jù)此方法，磨粒3中每顆磨粒的磨削深度都相等。并且，在圖1中所示的無效磨粒都不復(fù)存在。
為了生產(chǎn)出磨粒尖端高度都均勻整齊的磨輪，可以采用如同日本專利申請No.5-96040中發(fā)明人所建議的方法。采用此方法，就是采用一個(gè)形狀與要加工的磨輪的磨削面形狀一樣的模型，在模型面上的磨粒是散布的，用金屬鍍層或類似材料制成的粘結(jié)層復(fù)蓋在磨粒上，隨后將做成的粘結(jié)層從模型中剝離出來，再將其粘附于磨輪的基件表面上，把表面形狀與模形狀相反的粘結(jié)層進(jìn)行侵蝕處理，所以，磨粒就從粘結(jié)層中突出來。
為了在塑性加工模式區(qū)內(nèi)進(jìn)行磨削加工，施加在單顆磨粒上的載荷(P)應(yīng)控制在小于臨界載荷范圍內(nèi)。換句話說，兩者之間應(yīng)滿足關(guān)系式P＜Pc的要求。
如圖2所示，磨輪上磨粒尖端的高度都是均勻相等的，因而所有磨粒的磨削深度也相等。如果N代表有效磨粒數(shù)，那么P＝P·N。設(shè)定P(磨削時(shí)的總載荷)在下面公式(2)中所示范圍內(nèi)，施加在單顆磨粒上的載荷P將小于臨界載荷Pc，并且，用普通的恒壓磨削機(jī)器就能在塑性加工模式下進(jìn)行磨削加工。
P＜Pc·N 公式…(2)從下面按有關(guān)本發(fā)明實(shí)施例的詳細(xì)說明并參閱附圖，此項(xiàng)發(fā)明進(jìn)一步的目的、特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)就可以一目了然。
圖1是一個(gè)剖面簡圖，根據(jù)本發(fā)明所涉及的磨削加工方法，用圖解的方法對(duì)一實(shí)例的加工狀況予以說明。
圖2是一個(gè)剖面簡圖，根據(jù)本項(xiàng)發(fā)明，通過列舉另一個(gè)例子對(duì)磨削加工狀態(tài)予以說明。
圖3A是第一個(gè)的設(shè)備的前視圖，該設(shè)備用作測量磨粒的磨削深度和承受的載荷;
圖3B是第一個(gè)設(shè)備中Z部位的放大圖;
圖4是表示磨粒磨削深度與所承受載荷之間相互關(guān)系的曲線圖;
圖5是第二個(gè)設(shè)備的前視圖，它用以測量有效磨粒的數(shù)目;
圖6表示出用圖5中所示設(shè)備由磨輪在聚丙烯樹脂材料上產(chǎn)生的刮痕;
圖7是確定塑性加工模式下磨削條件的流程圖;
圖8是一個(gè)曲線圖，它表面出采用樹脂結(jié)合劑磨輪，在塑性加工模式下進(jìn)行磨削加工的磨削深度與時(shí)間的關(guān)系;
圖9是加工一個(gè)球形透鏡的流程圖;
圖10是一個(gè)剖面簡圖，它表示一透鏡中心振蕩運(yùn)動(dòng)型的球面加工機(jī)器;
圖11是一個(gè)剖面簡圖，它表示用普通樹脂結(jié)合劑磨輪進(jìn)行磨削加工情況;和圖12是一個(gè)剖面簡圖，它表示在塑性加工模式下進(jìn)行磨削加工的情況。
以下內(nèi)容是結(jié)合附圖對(duì)能采用普通的磨削設(shè)備，在塑性加工模式下進(jìn)行令人滿意加工的本發(fā)明具體實(shí)施例加以具體說明。
圖3A是第一個(gè)設(shè)備200的剖面圖，該設(shè)備通過使用構(gòu)成一磨輪的單顆磨粒用于測量磨輪上磨粒的臨界載荷和臨界磨削深度，而圖3B是第一個(gè)設(shè)備200中Z部位的放大圖。設(shè)備200包括一個(gè)垂直定位滑塊55，它支撐著一空氣軸承52;一個(gè)安裝在空氣軸承52上的工具以及一個(gè)放置工件57的工作臺(tái)59。工件57的移動(dòng)是靠移動(dòng)工作臺(tái)59來實(shí)現(xiàn)，它由安裝好的工具來進(jìn)行加工。垂直定位滑塊55安裝在一個(gè)柱體56上，并由球形螺絲53和電動(dòng)機(jī)54來定位。
工作臺(tái)59安裝在基座板60上，并由氣缸61驅(qū)動(dòng)。一個(gè)用于測量加工時(shí)載荷大小的載荷傳感器58安裝在工作臺(tái)59上。當(dāng)傳感器58的輸出經(jīng)放大器62放大后，被測出的載荷值就由一個(gè)記錄器(存儲(chǔ)器)63記錄下來。
在測量載荷P和磨削深度d之間的相互關(guān)系時(shí)，將借助銅焊連接有單顆磨粒66的工具柄部65安裝在一工具托座64上，磨粒66與實(shí)際進(jìn)行磨削加工磨輪所含的磨粒類型相同。托座64安裝在空氣軸承52上，空氣軸承52由垂直定位滑塊55固定在某一位置上，在此位置，磨粒66將以磨削深度d磨削工件57。然后，氣缸61以某一速度將工作臺(tái)59移動(dòng)，在這個(gè)速度下，工具轉(zhuǎn)動(dòng)一圈的進(jìn)程量為H。這樣，工件57上的磨削槽就以螺旋式加工方法進(jìn)行間歇性加工。此時(shí)施加給工件57的力由載荷傳感器58測出。
將這種加工重復(fù)進(jìn)行數(shù)次，并每次對(duì)其磨削深度d加以改變。也可以在一次加工中，將磨削深度d不斷的加以變化，這樣就可以獲得磨削深度d和載荷P之間的相互關(guān)系，并可用曲線圖表示出來(見圖4)作為一例子。當(dāng)將磨削深度d加大，加工模式就會(huì)由塑性轉(zhuǎn)變?yōu)榇嘈约庸つＪ?，在前者條件下，磨削槽67不會(huì)碎裂，而在后者條件下，磨削槽底部或周圍會(huì)出現(xiàn)碎裂。當(dāng)脆性工作模式發(fā)生時(shí)，通過判讀磨削深度d，工件57的臨界磨削深度dc就可以測量出來。
在實(shí)際中，通過改變?nèi)鐖D3A中的磨粒AB和C的磨削深度d來測量載荷P。在圖3A中所舉第一例子中，第一個(gè)設(shè)備200中磨粒A，B和C的材料，類型及直徑都是相同的。測量的結(jié)構(gòu)以曲線圖的形式表示出來(如圖4)。實(shí)例中磨粒的直徑大約為100μm，工件的材料是日本大原(oharak.k)生產(chǎn)的冠狀玻璃。
從圖4可以看出，盡管進(jìn)行加工時(shí)所用磨粒具有相同粒徑，但是A，B，C三種磨粒的d-p曲線有很大不同，這是由于磨粒諸如粒子邊緣的圓度和粒子方向此類的性能不同造成的。因而，為了確定臨界載荷，有必要對(duì)幾種不同的磨粒進(jìn)行測量，然后取其平均值。例如，如果臨界磨削深度為0.5μm，基于對(duì)圖4所示的A、B、C三種磨粒取其平均值的結(jié)果就得到Pc為0.078N(8gf)。如此可以得到單顆粒磨粒的臨界磨削深度dc以及此時(shí)的載荷Pc。
有效磨粒的最大數(shù)通過采用圖5所示的第二臺(tái)裝置300測得。裝置300構(gòu)成如下垂直定位滑塊75支撐一空氣軸承72，刀具安裝在空氣軸承72上。工作臺(tái)79之上放置工件77，工件77靠工作臺(tái)79的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)，并為安裝的刀具所加工。垂直定位滑塊75安裝在柱狀物76上，由球形螺旋73和電機(jī)74定位。
空氣軸承72由電機(jī)71帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)，靠裝在電機(jī)內(nèi)的角度探測器(編碼器，未畫出)判定所轉(zhuǎn)過的很小角度位置。
工作臺(tái)79安裝在一基盤80上，由球形螺絲81和電機(jī)82驅(qū)動(dòng)。
測量有效磨粒最大數(shù)的方法如下，采用與制造實(shí)際加工使用的磨輪相同方法制作的平面形狀的磨輪83，且具有同樣的性能規(guī)格，把它連接到圖5所示設(shè)備的空氣軸承72上;一材質(zhì)為聚丙烯樹脂或同類物的平面形模型工件77通過工件基座78安裝到工作臺(tái)79上;工作臺(tái)79定位后使得模型工件77位于磨輪83之下，垂直定位滑塊75下降到與模型工件77接觸，然后進(jìn)一步降落直到被加工的脆性材料從初始接觸位置算起的臨界磨削深度為dc而中止。
此時(shí)空氣軸承72靠電機(jī)71轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)很小角度α(例如1-10°)，垂直定位滑塊75升起，圖6所示的諸如此類刮痕就留在了模型工件77上。
這些刮痕是磨輪83的磨粒磨削模型工件時(shí)留下的痕跡。通過計(jì)數(shù)模型工件表面積S0上的從最突出的磨粒到臨界磨削深度dc這一高度范圍內(nèi)磨粒刮出的刮痕數(shù)量，就可以得到磨粒的數(shù)量(NMAX)，有效磨粒的最大數(shù)NMAX根據(jù)磨輪和實(shí)際加工工件的接觸面積S由NMAX＝(NMAX)×S/S0給出。
圖7的流程圖總結(jié)了前面所述，說明了確定塑性加工模式磨削條件的過程。更明確指出，在流程圖S1步驟，實(shí)際使用磨輪的單顆磨粒是通過上述第一臺(tái)裝置200連結(jié)固定其上的。其次，實(shí)際被磨削的工件57是在S2步驟采用裝置200緊固的，然后當(dāng)增加磨削深度d時(shí)于步驟S3測量載荷P;于S4步驟在工件57上磨削出槽67;并于S5步驟確定斷裂K是否發(fā)生。如果斷裂K出現(xiàn)，程序就進(jìn)行到S6步驟。斷裂K發(fā)生時(shí)，為臨界磨削深度dc并測量此時(shí)的壓力Pc，就得到了表明圖4所示相關(guān)關(guān)系的圖形。
接下來，在S7步驟，使用第二臺(tái)裝置300時(shí)其上附著有無數(shù)上述單顆磨粒的磨輪83緊固在支撐基座上;模型工件77在S8步驟固定;磨輪于S9步驟朝模型工件77下落，直到下落高度等于臨界磨削深度dc為止;磨輪83在S10步驟轉(zhuǎn)過一個(gè)角度α;在S11步驟計(jì)數(shù)刮痕的數(shù)量。根據(jù)工件和磨輪的接觸面積S，有效磨粒的最大數(shù)NMAX由NMAX＝(NMAX)×S/S0(S12步驟)得到。塑性模式磨削條件在S13步驟可知。
圖8是磨削量與磨削時(shí)間的關(guān)系圖，分兩種情形即在前面提到的塑性模式磨削條件下進(jìn)行磨削及按照先有技術(shù)的方法用樹脂粘結(jié)劑磨輪進(jìn)行磨削。用樹脂粘結(jié)劑磨輪進(jìn)行常規(guī)磨削的情況下，其磨削量在大約14秒鐘內(nèi)就超出了在塑性模式磨削條件下的磨削量，但是14秒鐘以后就不能再增加了。相比之下，證實(shí)了在塑性模式磨削條件下，其磨削量基本上呈線性增加的趨勢，所以材料獲得更大的磨削量成為現(xiàn)實(shí)。
為防止磨粒在磨削時(shí)脫落，使用其中的粘結(jié)材料的維氏硬度超過300的堅(jiān)硬粘結(jié)磨輪比電沉積型或金屬型粘結(jié)劑磨輪更有效。堅(jiān)硬粘結(jié)磨輪使得在長時(shí)間內(nèi)以塑性模式穩(wěn)定地磨削脆性材料成為可能。
圖9的流程圖說明了采用球形磨輪進(jìn)行恒壓磨削制作球形透鏡的過程，制作球形透鏡的方法如下用一、兩個(gè)階段粗磨壓力成形毛坯，然后進(jìn)行稱為細(xì)磨的精磨，最后用自由狀態(tài)下磨粒對(duì)球形面進(jìn)行一、兩次拋光。此時(shí)樹脂粘結(jié)劑磨輪用作磨削刀具對(duì)其進(jìn)行精整后再進(jìn)行稱為細(xì)磨的拋光。然而，圖例中所示的這個(gè)過程不是采用常規(guī)樹脂粘結(jié)劑磨輪來實(shí)現(xiàn)的，而是借助具有高硬度的鎳基金屬粘結(jié)劑成形球形磨輪來完成的。磨輪的磨粒為金剛石粒子，其平均粒徑是50μm。
圖10是局部剖開的結(jié)構(gòu)視圖，表示為透鏡球心振蕩運(yùn)動(dòng)型球面加工機(jī)床的一個(gè)實(shí)例，用以進(jìn)行球形透鏡的精密恒壓磨削。下面將用簡單的術(shù)語介紹此加工機(jī)床的結(jié)構(gòu)。
工件心軸外殼93安裝在垂直定位滑塊91上，便于自由地上下運(yùn)動(dòng)。外殼93支撐工件心軸94的方式使得心軸94可以自由旋轉(zhuǎn)且上下運(yùn)動(dòng)。轉(zhuǎn)動(dòng)心軸94的傳送帶97伸展在心軸94和緊固在外殼93上的工件旋轉(zhuǎn)電機(jī)96的輸出軸之間。驅(qū)動(dòng)電機(jī)96用來轉(zhuǎn)動(dòng)心軸94。不過細(xì)節(jié)未在圖中表示出，其中心軸94是中空的，旋轉(zhuǎn)式密封(未畫出)連接到其上端，并通過一個(gè)真空軟管和真空泵(未畫出)相連。
卡盤99緊固在工件心軸94下端，工件101通過接觸構(gòu)件100安裝在卡盤里面。工件101通過真空泵產(chǎn)生的負(fù)壓作用被吸到心軸94的下端。接觸構(gòu)件100用于吸收磨削時(shí)工件101的振動(dòng)，其材料為橡膠或同類物。磨削液供液嘴110位于工件101之上，為其提供磨削液。
心軸94的中間部分有凸緣94a，壓力設(shè)定螺旋95套在心軸94上，并與外殼93的上端(未畫出)靠螺紋接合。加壓螺圈彈簧98位于凸緣94和螺旋95之間。結(jié)果工件心軸94在圖中朝下偏心，當(dāng)未進(jìn)行磨削，即工件心軸外殼93在圖中向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，凸緣94a觸到外殼93內(nèi)部的止檔93a，因此限制了心軸94的位置。
另一方面，磨削時(shí)工件101接觸旋轉(zhuǎn)的磨輪102，靠此工件心軸94的凸緣94a與外殼93內(nèi)部的止檔93a分開從壓縮加壓螺圈彈簧98，于是工件101在總載荷P的作用下朝著磨輪102的方向受壓。設(shè)定總載荷P的方法如下通過調(diào)整壓力設(shè)定螺旋95設(shè)定加壓彈簧98的初始?jí)嚎s量l1，磨削時(shí)通過調(diào)整外殼93的位置設(shè)定加工壓縮量l2，最后根據(jù)螺圈彈簧98的彈簧模量K按照公式P＝K×(l1+l2)計(jì)算出P。
刀具心軸104通過搖擺盤107連接在工件心軸94下方，用于轉(zhuǎn)動(dòng)心軸104的皮帶伸展在心軸104與裝在搖擺盤107上的工具旋轉(zhuǎn)電機(jī)105的輸出軸之間，通過驅(qū)動(dòng)電機(jī)105轉(zhuǎn)動(dòng)心軸104。
搖擺盤107通過擺軸驅(qū)動(dòng)電機(jī)(未畫出)能夠圍繞擺軸(未畫出)進(jìn)行搖擺，并能在加工時(shí)于設(shè)定的限度內(nèi)搖擺。
刀具安裝構(gòu)件103的厚度可調(diào)，以便使得磨輪102的球面中心與擺軸和工件心軸104中心軸線的交點(diǎn)重合。磨輪102通過螺旋與心軸104相連，圖中未畫出。
當(dāng)使用上述裝置進(jìn)行磨削時(shí)，如圖示首先外殼93依靠垂直定位滑塊91向上運(yùn)動(dòng)，使得卡盤99處于遠(yuǎn)離磨輪102的位置，通過接觸構(gòu)件110把工件101裝到卡盤99里，由于真空泵(未畫出)的負(fù)壓作用工件被吸到心軸94的下端。其次，外殼93沿著垂直定位滑塊91在圖中向下運(yùn)動(dòng)，使得工件101接近磨輪102，甚至在工件101接觸磨輪102后外殼進(jìn)一步下降。當(dāng)這完成時(shí)，凸緣94a與止檔93a分開，工件101以上面提及的方式朝著磨輪102的方向受壓。外殼93的運(yùn)動(dòng)中止在凸緣94a與止檔93a分開的位置，此時(shí)有前面提及的加工壓縮量l2。在這些條件下，當(dāng)磨削液供給裝置為工件101和磨輪102噴灑磨削液時(shí)驅(qū)動(dòng)工件旋轉(zhuǎn)電機(jī)96和刀具旋轉(zhuǎn)電機(jī)105對(duì)工件101進(jìn)行磨削。
為防止磨削工件101時(shí)磨輪102的偏心磨損，必要時(shí)磨輪102可以繞擺軸(未畫出)，即磨輪102的球面中心搖擺。
用于此實(shí)施例中的球形透鏡工件其凸表面為ψ10，R30，材質(zhì)為由大原(OharaK.K)制造的重火石玻璃PBH6。
以下測量和計(jì)算完成之后才實(shí)際進(jìn)行球形透鏡的加工。
(1)測量臨界磨削深度dc和PBH6玻璃的臨界載荷Pc臨界磨削深度通過在圖3A所示的第一臺(tái)設(shè)備200上采用具有平均粒徑50μm的金剛石磨粒即可得到，同時(shí)得到了與圖4類似的d-p曲線。結(jié)果得到，對(duì)于PBH6玻璃材質(zhì)工件，其臨界磨削深度dc近似為0.8μm，此時(shí)的載荷Pc平均為0.049N(0.005kgf)。
(2)測量有效磨粒的最大數(shù)(NMAX)平面磨輪其規(guī)格(鎳作粘結(jié)劑;金剛石磨粒的平均直徑為50μm)與使用的球形磨輪的規(guī)格相同。將此平面磨輪用第二臺(tái)裝置300(圖5)切入0.8μm的深度(上面提及的測量值dc)以測出聚丙烯樹脂上刮痕數(shù)來測量有效磨粒的數(shù)量，并測量每平方厘米的面積上有效磨粒的最大數(shù)。其值大約為500粒/厘米2。
球形透鏡的表面積M由下面的公式給出M＝2πR〔R-{R2-(d/2)2}1/2〕;(3)其中R代表曲率半徑，d為外徑。
因此，對(duì)于外徑為ψ10，R為30的球面，把此值代入式(3)，就得到M＝0.79cm2。這就是說，在磨輪表面上參與磨削的磨粒最大數(shù)量NMAX為500×0.79＝395(粒)。
根據(jù)前述結(jié)果，在臨界磨削深度下總載荷為395×0.005＝1.975(kgf)。因此，加工時(shí)保持總載荷P不超過1.975kgf進(jìn)行磨削的情況下，就能保持d/dc，且磨削能以塑性模式進(jìn)行。
球形透鏡(PHB6;凸面為ψ10和R30)的恒壓磨削在下列加工條件下進(jìn)行總載荷P1.5kgf磨輪旋轉(zhuǎn)速率6000rpm透鏡旋轉(zhuǎn)速率100rpm振蕩角5°-15°磨削液將JISK2241的No.2W2稀釋100倍的可溶型水狀磨削液。
磨削后工件表面為塑性方式磨過的表面，其表面粗糙度Kmax為0.1μm，工件磨削量(從透鏡中心量起的工件厚度的減少量)在30秒的加工時(shí)間內(nèi)為10μm。
在同樣條件下加工500個(gè)透鏡，得到3穩(wěn)定的表面粗糙度和磨削量，還進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)磨輪的磨粒沒有任何磨損跡象。
第二個(gè)實(shí)施例圖9所示的流程圖代表此發(fā)明的第二個(gè)實(shí)施例。其中的精磨不是采用常規(guī)的樹脂粘結(jié)劑磨輪來實(shí)現(xiàn)的，而是采用電沉積型粘結(jié)劑球形磨輪來完成。球形磨輪大約有3000個(gè)有效磨粒，其端部高度精確到均為0.1μm，有效磨粒的測量方法如下用顯微鏡或同類物直接觀察磨輪表面，并計(jì)數(shù)在一確定表面積上的磨粒，最后根據(jù)磨輪和透鏡間的接觸面積把此值表示出來，即為有效磨粒的數(shù)量。
磨粒為金剛石磨粒，平均粒徑為100μm。加工設(shè)備是一透鏡球心振蕩運(yùn)動(dòng)型球面加工機(jī)床，類似于第一個(gè)實(shí)施例中的設(shè)備。加工于恒壓下進(jìn)行。作為工件的球形透鏡其凸面為ψ10、R30，材質(zhì)為由大原(OharaK.K)制造的冠狀玻璃BSL7。
在球形透鏡實(shí)際加工之前，要按照第一個(gè)實(shí)施例中的方法進(jìn)行Pc的測量，結(jié)果得到Pc為0.078(8gf)。設(shè)定此載荷的目的是使得實(shí)際載荷不超過此值。更具體指出，此時(shí)旋加于磨輪的總載荷為98N(10kgf)，加工在下列條件下進(jìn)行，以便使得每個(gè)磨粒承受的載荷大約為0.033N(3.4gf)。
磨輪旋轉(zhuǎn)速率5000rpm透鏡旋轉(zhuǎn)速率1000rpm振蕩角5-15°磨削液將JISK2241的No.2 W2稀釋100倍的可溶型水狀磨削液盡管所用磨輪的粘結(jié)劑為電沉積型，且其磨粒的平均粒徑較大(100μm)，但是與采用常規(guī)的樹脂粘結(jié)劑磨輪進(jìn)行精密的情況相比，比較短的時(shí)間就得到了極理想的表面粗糙度。最大粗糙度Rmax不超過0.1mm(采用樹脂粘結(jié)劑磨輪時(shí)為0.5μm)，整個(gè)透鏡表面便為以塑性模式磨削過的表面。再者，因?yàn)榧庸な窃诖筝d荷且磨粒端部高度一致的條件下進(jìn)行，精磨過程中就能用較高的磨削速度，于10秒種加工時(shí)間內(nèi)磨削量(從透鏡中心量起的工件厚度的減少量)為15mm。而且，磨削加工是由端部高度相同的許多磨粒進(jìn)行的，所以磨粒幾乎未蒙受任何磨損，并能穩(wěn)定地加工5000多個(gè)透鏡。
這樣，按上述每個(gè)實(shí)施例中提及的方法進(jìn)行磨削時(shí)，與采用常規(guī)方法進(jìn)行精磨的情況相比，能以較高的效率得到極理想的表面粗糙度，這使得縮短加工過程成為可能。此外，精磨時(shí)采用堅(jiān)硬粘結(jié)電沉積型磨輪或金屬粘結(jié)劑磨輪，磨輪的形狀不會(huì)產(chǎn)生任何變化，其磨削的銳利程度也不會(huì)有任何惡化的趨勢，大量脆性材料能以穩(wěn)定的方式進(jìn)行加工。
更進(jìn)一步看，每一實(shí)施例中的磨削與常規(guī)的“塑性模式磨削”都有質(zhì)的不同?，F(xiàn)已不使用價(jià)格昂貴的特為塑性模式磨削設(shè)計(jì)的專用機(jī)床。更確切地說，使用的是諸如常規(guī)恒壓磨削機(jī)床這樣的廉價(jià)機(jī)床，其加工的精度和穩(wěn)定度比常規(guī)“塑性模式磨削”更勝一籌，也比采用先有技術(shù)的方法降低了加工脆性材料的成本。
因此，根據(jù)上面所述的發(fā)明，提供了一種磨削脆性材料的一種方法和設(shè)備。采用這種方法，即便使用普通磨削裝置，在塑性模式區(qū)進(jìn)行磨削也能獲得滿意的結(jié)果。
此發(fā)明其它特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)從下述說明及附圖中可知。在圖中相同的參考字符代表同一或類似的部件。
此發(fā)明并不僅限于上述實(shí)施例，在它的宗旨和范圍內(nèi)可有多種變化形式。因此，制訂下列權(quán)利要求以把此發(fā)明的范圍公之于眾。
權(quán)利要求
1.一種脆性材料的機(jī)械加工方法，通過工件和磨削工具之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)使所述磨削工具以一規(guī)定壓力與工作表面壓力接觸，用以磨削或拋光由脆性材料構(gòu)成的工件工作表面，該磨削工具包括有在一基底上的無數(shù)磨粒。該方法的特點(diǎn)是磨削或拋光的實(shí)施是以這樣的方式設(shè)定的一規(guī)定壓力，即能使無數(shù)磨粒中參與所述磨削或拋光的磨粒進(jìn)入所述工作表面的磨削深度d小于一臨界磨削深度dc，dc是所述工件產(chǎn)生脆性斷裂的最小磨削深度。
2.一種脆性材料的機(jī)械加工方法，通過工件和磨削工具之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)使所述磨削工具以總載荷P與工作表面壓力接觸，用以磨削或拋光由脆性材料構(gòu)成的工件工作表面，該磨削工具包括有在一基底上的無數(shù)磨粒。該方法的特點(diǎn)是磨削或拋光的實(shí)施是滿足這一條件P＜NMAX·Pc，其中NMAX是代表當(dāng)所述磨削工具按這樣的方式進(jìn)入所述工作表面，即無數(shù)磨粒中參與所述磨削或拋光的有效磨粒進(jìn)入所述工作表面的磨削深度d達(dá)到一臨界磨削深度dc時(shí)，所述磨削工具與所述工件之間接觸區(qū)域內(nèi)呈現(xiàn)的有效磨粒數(shù)的最大值。dc是所述工件產(chǎn)生脆性斷裂的最小磨削深度;和Pc是代表當(dāng)所述單顆磨粒已切入所述工作表面達(dá)到所述臨界磨削深度dc時(shí)，每一單顆磨粒的臨界載荷。
3.按權(quán)利要求2的方法，其中所述工件的平面應(yīng)變斷裂韌度(臨界應(yīng)力強(qiáng)度因子)KIC小于10×106N/m3/2(兆牛/米3/2)以及上述磨削工具和上述工件之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)所述工作表面受磨削或拋光作用。
4.一種脆性材料的機(jī)械加工方法，通過工件和磨削工具之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)使所述磨削工具以總載荷P與工作表面壓力接觸，用以磨削或拋光由脆性材料構(gòu)成的工件工作表面，所述磨削工具包括有在一基底上的無數(shù)磨粒。該方法的特點(diǎn)在于以下步驟測量臨界磨削深度dc，dc是在所述工件上發(fā)生脆性斷裂的最小磨削深度;計(jì)量有效磨粒數(shù)的最大值NMAX，有效磨粒是指所述工作表面已被切入至臨界磨削深度dc時(shí)，在所述磨削工具與所述工件之間接觸區(qū)域內(nèi)呈現(xiàn)的磨粒數(shù)目;測定單顆磨粒已切入所述工作表面至所述臨界切削深度dc時(shí)的每單顆磨粒的臨界負(fù)載Pc和在滿足P＜NMAX·Pc條件下實(shí)施磨削或拋光。
5.一種脆性材料的機(jī)械加工方法，通過工件和磨削工具之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)使所述磨削工具以總載荷P與所述工作表面壓力接觸，用以磨削或拋光由脆性材料構(gòu)成的工件工作表面，所述磨削工具包括有在一基底上的無數(shù)磨粒。該方法的特點(diǎn)在于為實(shí)現(xiàn)測量臨界磨削深度dc，dc是在所述工件上發(fā)生脆性斷裂的最小磨削深度；計(jì)量有效磨粒數(shù)的最大值NMAX,有效磨粒是指所述工作表面已被切入至臨界磨削深度dC時(shí)，在所述磨削工具與所述工件之間接觸區(qū)域內(nèi)呈現(xiàn)的磨粒數(shù)目；測定單顆粒磨粒已切入所述工作表面至所述臨界切削深度dC時(shí)的每單顆磨粒的臨界載荷Pc；和在滿足P<NMAX·Pc條件下實(shí)施磨削或拋光。上述方法應(yīng)包括如下步驟在一保持架上固定所述的單顆磨粒，逐步使其切入所述工件至所述臨界切削深度dc，此時(shí)計(jì)量每一所述單顆有效磨粒的臨界載荷PC,該步驟是用第一設(shè)備實(shí)施的；在一所述工件的模型樣件上產(chǎn)生刮痕，這是由包括有無數(shù)磨粒的所述磨削工具切入所述模型樣件至所述臨界磨削深度dc后，通過使所述樣件旋轉(zhuǎn)一規(guī)定角度以形成刮痕，并通過計(jì)量刮痕數(shù)來得到在所述磨削工具和所述工件之間接觸區(qū)域內(nèi)呈現(xiàn)的有效磨粒數(shù)的所述最大值NMAN，這一步驟是用第二設(shè)備來實(shí)施的，以此獲得P<NMAX·PC這一條件。
6.按權(quán)利要求1－5任一項(xiàng)的方法，其中所述磨削工具是一在基底上的無數(shù)磨粒的尖端高度做成非常精確的均勻一致的工具，該高度低于上述的臨界磨削深度dc。
7.按權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)的方法，其中所述磨削工具是一個(gè)所含磨粒的平均直徑大于20μm，其保持(基底)材料的硬度大于維氏硬度300的磨削工具。
8.按權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)的方法，其中所述工件是由玻璃、水晶材料和陶瓷材料中的一種構(gòu)成。
9.按權(quán)利要求8的方法，其中所述工件是光學(xué)透鏡、光學(xué)鏡子和電學(xué)棱鏡中的任一種。
10.按權(quán)利要求8的方法，其中所述工件的工作表面或具有規(guī)定曲率的球表面。
11.一種脆性材料的機(jī)械加工方法包括如下步驟提供一種仿形磨削工具，它包括有在一基底上的無數(shù)磨粒，所述磨削工具位于設(shè)置在搖擺機(jī)構(gòu)內(nèi)的一磨削工具軸上，其中所述無數(shù)磨粒的尖端限定出一球形包絡(luò)面，其曲率半徑是沿一工件的工作表面按其曲率半徑的目標(biāo)值仿形得到的;把所述工件由一工件加壓機(jī)構(gòu)所提供的支持部分所支持;通過使所述工件和所述磨削工具產(chǎn)生相對(duì)旋轉(zhuǎn)和相對(duì)搖動(dòng)，并滿足P＜NMAX·Pc這一條件以實(shí)施磨削或拋光，其中NMAX是代表當(dāng)所述磨削工具已進(jìn)入所述工作表面到一臨界磨削深度dc時(shí)，所述磨削工具與所述工件之間接觸區(qū)域內(nèi)呈現(xiàn)的有效磨粒數(shù)的最大值。dc是所述工件產(chǎn)生脆性斷裂的最小磨削深度;和Pc是代表當(dāng)所述單顆磨粒已切入所述工作表面達(dá)到所述臨界磨削深度dc時(shí)，每一單顆磨粒的臨界載荷。
12.按權(quán)利要求11的方法，其中所述工件的形狀是一具有直徑D、曲率半徑R(絕對(duì)值)以及表面積為M的球面透鏡，M由下式限定M＝2πR〔R-{R2-(d/2)2}1/2〕;有效磨粒數(shù)的最大值NNAX在單位的表面積M內(nèi)應(yīng)少于3000;和通過使所述工件和所述磨削工具產(chǎn)生相對(duì)旋轉(zhuǎn)和相對(duì)擺動(dòng)以使所述工件在小于臨界磨削深度dc條件下實(shí)施磨削或拋光。
13.一種脆性材料機(jī)械加工方法包括以下步驟通過一次或兩次磨削操作，使一個(gè)由脆性材料構(gòu)成的毛坯的工作表面加工至近似于目標(biāo)形狀，所述毛坯將被賦予工件的最后和完整形狀;在滿足P＜NMAX·Pc這一條件，通過所述工件和一磨削工具之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)以磨削或拋光所述工作表面，同時(shí)使所述磨削工具在總載荷P作用下與工件的所述工作表面壓力接觸下實(shí)施磨削或拋光的步驟，所述磨削工具包括設(shè)置于一基底上的無數(shù)磨粒，式中NMAX是代表當(dāng)所述磨削工具按這樣的方式進(jìn)入所述工作表面，即進(jìn)入所述工作表面的所述無數(shù)磨粒中參與所述磨削或拋光的有效磨粒的磨削深度d達(dá)到一臨界磨削深度dc時(shí)，所述磨削工具與所述工件之間接觸區(qū)域內(nèi)呈現(xiàn)的有效磨粒數(shù)的最大值。dc是所述工件產(chǎn)生脆性斷裂的最小磨削深度;和Pc是代表當(dāng)所述單顆磨粒已切入所述工作表面達(dá)到所述臨界磨削深度dc時(shí)，每一單顆磨粒的臨界載荷;和以處于自由狀態(tài)的磨粒實(shí)施最后拋光的步驟。
14.按權(quán)利要求13的方法，其中所述工件是一光學(xué)部件。
15.一種脆性材料的機(jī)械加工設(shè)備，通過工件和磨削工具之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)使所述磨削工具按一規(guī)定壓力與一工作表面壓力接觸，用以磨削或拋光由脆性材料構(gòu)成的工件工作表面。該磨削工具包括有在一基底上的無數(shù)磨粒。該方法的特點(diǎn)在于磨削或拋光的實(shí)施是以這樣的方式設(shè)定一規(guī)定壓力，即能使無數(shù)磨粒中參與所述磨削或拋光的磨粒進(jìn)入所述工作表面的磨削深度d小于一臨界磨削深度dc，dc是所述工件產(chǎn)生脆性斷裂的最小磨削深度。
16.一種脆性材料的機(jī)械加工設(shè)備，通過工件和磨削工具之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)使所述磨削工具按一總載荷P與一工作表面壓力接觸，用以磨削或拋光由脆性材料構(gòu)成的工件工作表面，其特點(diǎn)在于磨削或拋光的實(shí)施時(shí)滿足P＜NMAX·Pc這一條件，其中NMAX是代表當(dāng)所述磨削工具按這樣的方式進(jìn)入所述工作表面，即進(jìn)入所述工作表面的無數(shù)磨粒中參與所述磨削或拋光的有效磨粒的磨削深度d達(dá)到一臨界磨削深度dc時(shí)，所述磨削工具與所述工件之間接觸區(qū)域內(nèi)呈現(xiàn)的有效磨粒數(shù)的最大值。dc是所述工件產(chǎn)生脆性斷裂的最小磨削深度;和Pc是代表當(dāng)所述單顆磨粒已切入所述工作表面達(dá)到所述臨界磨削深度dc時(shí)，每一單顆磨粒的臨界載荷。
17.一種脆性材料的機(jī)械加工設(shè)備，其特點(diǎn)在于一種仿形磨削工具，它包括有在一基底上的無數(shù)磨粒，所述磨削工具位于設(shè)置在搖擺機(jī)構(gòu)內(nèi)的一磨削工具軸上，其中所述無數(shù)磨粒的尖端限定出一球形包絡(luò)面，其曲率半徑是沿一工件的工作表面按其曲率半徑的目標(biāo)值仿形得到的;所述工件由一工件加壓機(jī)構(gòu)所提供的支持部分所支持;通過所述工件和所述磨削工具的相對(duì)旋轉(zhuǎn)和相對(duì)擺動(dòng)，同時(shí)滿足P＜NMAX·Pc這一條件以實(shí)施磨削或拋光，其中NMAX是代表當(dāng)所述磨削工具已進(jìn)入所述工作表面至一臨界磨削深度dc時(shí)，所述磨削工具與所述工件之間接觸區(qū)域內(nèi)呈現(xiàn)的有效磨粒數(shù)的最大值。dc是所述工件產(chǎn)生脆性斷裂的最小磨削深度;和Pc是代表當(dāng)所述單顆磨粒已切入所述工作表面達(dá)到所述臨界磨削深度dc時(shí)，每一單顆磨粒的臨界載荷。
全文摘要
提供一種用普通磨削設(shè)備以實(shí)現(xiàn)在“塑性加工模式區(qū)域”進(jìn)行磨削的脆性材料機(jī)械加工方法及其設(shè)備。通過工件和包括有無數(shù)磨粒的磨輪之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)使磨輪以一規(guī)定壓力與工作表面壓力接觸，用以磨削或拋光由脆性材料構(gòu)成的工件工作表面。磨削或拋光的實(shí)施是以這樣的方式設(shè)定這一規(guī)定壓力，即能使無數(shù)磨粒中參與所述磨削或拋光的磨粒進(jìn)入工作表面的磨削深度d小于一臨界磨削深度d
文檔編號(hào)B24B7/22GK1102369SQ9410829
公開日1995年5月10日 申請日期1994年7月13日 優(yōu)先權(quán)日1993年7月13日
發(fā)明者小堺隆, 山本碩德, 中村宣夫, 高下順治, 今成激 申請人:佳能株式會(huì)社