CN102555081A

CN102555081A - 内圆切片机加工锗窗零件外型的精密成形方法

Info

Publication number: CN102555081A
Application number: CN2010106224629A
Authority: CN
Inventors: 苏小平; 冯德伸; 闵振东
Original assignee: BEIJING GUOJING INFRARED OPTICAL TECHNOLOGY Co Ltd; Beijing General Research Institute for Non Ferrous Metals
Current assignee: Beijing Guojing Infrared Optical Technology Co., Ltd.
Priority date: 2010-12-28
Filing date: 2010-12-28
Publication date: 2012-07-11

Abstract

一种内圆切片机加工锗窗外型的精密成形方法，它包括以下步骤：1)毛坯料装夹和调整；2)将装夹毛坯料夹具安装到内圆切片机上，并调整角度；3)根据锗窗的尺寸要求以及切片机的刀片尺寸决定所述锗窗的精确切割的深度；4)切割毛坯。本发明的优点是：本发明将内圆切片机应用于锗窗外型的精密成形加工，是一项创新型的技术，大大提高了锗窗的加工精度和工作效率。同时，其优势在于采用刃口0.4mm厚的内圆刀片切割，极大的降低了锗原料的损耗，相比传统加工节省原料80％以上。

Description

内圆切片机加工锗窗零件外型的精密成形方法

技术领域

本发明涉及一种内圆切片机加工锗窗零件外型的精密成形方法

背景技术

为满足红外热成像系统在恶劣环境下的应用要求，热像仪需要窗口来保护内部光学系统。对于长波红外热像仪，锗窗是最适合的选择。拉制获得的锗单晶其外形自然形成圆柱形，但多数热成像系统为了增加观察范围，在窗口后一般有偏转反射镜，这导致锗窗特别是外窗，几乎都是非圆形，也即常说的多边形。因此，锗窗成形是锗窗加工中一道重要的工序。过去，由于锗晶体的硬脆性，多边形锗窗的成形基本上属于光学冷加工的范畴。在加工多边形锗窗前，人们需要先按实际窗口的大小，加工一块金属或玻璃样板，然后将被加工的锗毛坯粘在样板上，再按样板形状研磨成形。如果锗窗有特殊的倒边要求，则加工过程要更复杂。由于人工研磨工艺过程相对复杂，且基本上为手工操作，因此生产效率较低，且零件之间外形一致性相对较差，无法满足高精度批量生产要求。

发明内容

本发明目的是一种内圆切片机加工锗窗零件外型的精密成形方法，本方法可提高生产效率，且零件之间外形一致性相对较好，可满足高精度批量生产要求。

为达到上述发明目的，本发明采用以下技术方案：

这种内圆切片机加工锗窗零件外型的精密成形方法：包括以下步骤：

1)毛坯料装夹和调整；

2)将装夹毛坯料夹具安装到内圆切片机上，并调整角度；

3)根据锗窗的尺寸要求以及切片机的刀片尺寸决定将所述锗窗的精确切割工艺；

4)切割毛坯。

本发明涉及装夹夹具；所述锗窗毛坯在夹具上的固定方式；所述锗窗的精确切割工艺；

其中，装夹夹具采用游标微调装置，精确度10′，角度调节范围0°～360°可调，采用内六角螺钉定位，保证了角度的精确。万能角度尺配合和切片机调晶机构使用，更消除了夹具精度误差，保证了切割角度的准确无误。

加工尺寸精度通过三角函数数学技术精确的计算出切片机需要切割的深度，并通过专用仪器精确测量控制斜边尺寸。

本发明的优点是：提高生产效率，且零件之间外形一致性相对较好，可满足高精度批量生产要求。

基于下面的结合附图的详细描述，本发明的前述和目的及优点，以及实现这些的方式将变的更加清楚。

附图说明

图1a：锗窗示意图

图1b：图1a的侧视图

图2：本发明设计的旋转切割夹具示意图

图3：切割锗窗设计的角度切割模型

图4a：锗窗零件图

图4b：图4a的侧视图

图1、图2、图3中，1为夹具主体，2为分度大盘，3为微调机构游尺，4为锁紧螺母，5为金属粘接块，6为石墨粘接块，7为晶体毛坯，8为内圆切片机刀片。

具体实施方式

第一方面，毛坯料的装夹与调整，首先把5、6、7零件用粘接胶粘接到一起，并保证牢固。第二，把5、6、7整体通过螺纹连接方式固定在1上，并拧紧4。第三，把装好的夹具通过1固定在切片机晶锭接头上，并锁紧切片机手柄。第四，通过3调节到所需角度并固定，所示夹具可调节角度最小刻度为10′，通过该夹具进行角度的粗调节。然后再通过角度尺配合切片机的调晶机构进行微调节，通过光隙法使角度尽量准确，拧紧切片机调晶机构锁紧螺母。

第二方面，精确控制切割尺寸。精确控制切割尺寸为本发明工艺的技术难点，通过建立数学模型，得出数学公式进行精确控制，其精确度可以达到0.02mm。

建立如图3所示的数学模型，9晶体毛坯，10为切片机刀片，已知量为e(内圆刀片刃口厚度)、k(偏转角度)、L(工件斜边尺寸)、b(通过测量获得)，求下降深度h1。

公式推导：

b₁＝h₂ctg(90°-k)→h₂＝b₁/ctg(90°-k)

b₂＝h₂ctgk→h₂＝b₂/ctgk

∵b₁＝b-b₂

∴(b-b₂)/ctg(90°-k)＝b₂/ctgk

→b₂＝bctgk/ctg(90°-k)+ctgk

根据公式：ctg α±ctg β＝sin(β±α)/sinαsinβ

∴b₂＝bcosksin(90°-k)＝bcos²k

∴h₂＝bcos²k/ctgk＝bsinkcosk

∵a/b＝h/h₂

∴h＝absinkcosk/b＝asinkcosk

h₁＝h-h₂＝asinkcosk-bsinkcosk

∴h₁(a-b)sinkcosk

∵a＝L-2e/tgk→h₁＝(L-2e/tgk-b)sinkcosk

得出：h₁＝(L-b)sinkcosk-2ecos²k

第三方面，切割具体流程

1)使用旋转切割把毛坯加工成符合尺寸的矩形；2)使矩形锗料与刀板倾斜(90°-K)角度放置；3)使锗料下降任意深度h₂(h₂＜LsinK)切割一片；4)测量切割下三角形斜边尺寸b；5)通过公式计算尺寸h₁＝(L-b)sinkcosk-2ecos2k 5)测量切割下三角形斜边尺寸a；6)测量加工成形的零件L边尺寸；7)顺序加工其余各边；8)检测各边长。

实施例1

首先，通过计算得出其四个斜边尺寸，如表1

表1零件尺寸

通过上述加工方式加工后，得出加工后的零件尺寸，如表2

表2加工数据

由上表得出，通过内圆切片机偏角度切割加工后的锗窗外形，其尺寸误差不大于0.1mm，其加工一致性不大于0.05mm，完全满足锗窗外形的精确控制要求。

本发明将内圆切片机应用于锗窗外型的精密成形加工，是一项创新型的技术，大大提高了锗窗的加工精度和工作效率。同时，其优势在于采用刃口0.4mm厚的内圆刀片切割，极大的降低了锗原料的损耗，相比传统加工节省原料80％以上。

不难看出，该发明工艺中的公式只适合于5～8边形锗窗，对于更多边形锗窗可通过类似的方法进行公式的推导。

Claims

1.一种内圆切片机加工锗窗外型的精密成形方法，其特征在于：它包括以下步骤：

1)毛坯料装夹和调整；

2)将装夹毛坯料夹具安装到内圆切片机上，并调整角度；

3)、根据锗窗的尺寸要求以及切片机的刀片尺寸决定所述锗窗的精确切割的深度；

4)、切割毛坯。

2.根据权利要求1所述的一种内圆切片机加工锗窗外型的精密成形方法，其特征在于，根据已知量为e、k、L、b，按公式h1＝(L-b)sinkcosk-2ecos²k求得深度h1值，其中，e为内圆刀片刃口厚度，k为偏转角度、L为工件斜边尺寸、b测量值。

3.根据权利要求1或2所述的一种内圆切片机加工锗窗外型的精密成形方法，其特征在于，切割锗窗步骤如下：

1)使用旋转切割把毛坯加工成符合尺寸的矩形；

2)使矩形锗料与刀板倾斜(90°-K)角度放置；

3)使锗料下降任意深度h₂(h₂＜LsinK)切割一片；

4)测量切割下三角形斜边尺寸b；

5)通过公式计算尺寸h_i＝(L-b)sinkcosk-2ecos²k测量切割下三角形斜边尺寸a；

6)测量加工成形的零件L边尺寸；

7)顺序加工其余各边；

8)检测各边长。