CN103639806B - 用于加工表面有复杂轮廓形状的超薄铝片的夹具及方法 - Google Patents

Abstract

一种用于加工表面有复杂轮廓形状的超薄铝片的夹具及方法，包括吸附盘和基准板；所述的吸附盘是盖状体，该盖状体的顶面设有多个吸气孔，该盖状体的内侧设有定位槽，供所述的基准板固定，该盖状体的顶面的外周缘还设有主轴连接孔，该主轴连接孔的位置与单点金刚石机床上主轴连孔的位置相适配。本发明解决目前无法直接加工光学级精度等级的超薄铝片及带有复杂轮廓形状的超薄铝片的难题，而且安装方便生产周期短。

Description

用于加工表面有复杂轮廓形状的超薄铝片的夹具及方法

技术领域

本发明涉及超薄铝片超精密加工技术领域，特别是涉及一种利用单点金刚石车床加工表面有复杂轮廓形状的超薄铝片的夹具及方法。

技术背景

铝片常用的加工方法一般有压制、拉丝、铸造等，这些加工方法加工出的铝片的粗糙度Ra、面型Pv等均达不到光学零件要求具备的光学技术指标。常规厚度最薄在0.5mm左右，并且这些加工方法加工铝片只能制作表面出较平整、整体形状较单一的铝片，无法在铝片的表面上加工一些类似于正弦波、多台阶、椭圆、非球面等具有轮廓形状的且需要的厚度一般在0.5-0.01mm之间铝片，从而无法满足一些光学零部件的使用需求。为了满足一些光学零部件上需要铝材质的薄片且表面有复杂轮廓形状的要求，现有的常规的方法是在其他基底材料上面反复镀铝膜直到需要的厚度再在铝膜上加工出需要的轮廓形状，这种方法虽然可以满足使用中的一些需求，同时也带来了一些新的问题，因为镀膜这种加工方式本身的特点就是每次膜的厚度最高不超过0.03mm，在反复镀了几次后虽然厚度达到使用的要求但因为不是一次成型到所需厚度，所以经常存在脱膜的情况，大大增加了加工成本及生产周期。根据金刚石机床的特性机床上本身有自带的吸气孔，在主轴中心，且只有一个，若直接使用主轴中心的吸气孔直接吸附超薄铝片会由于中间吸力较大周围没有吸力且铝片容易变形继而导致产品呈现出严重凹坑现象，铝片的边缘处也会全部翘边在加工过程中刀具由外向内加工时因为铝片翘边而可能出现扎刀、出现震刀纹、产品变形等现状而无法达到加工要求。

发明内容

本发明的目的是克服上述现有技术的不足，提供一种用于加工表面有复杂轮廓形状的超薄铝片的夹具及方法，解决目前无法直接加工光学级精度等级的超薄铝片及带有轮廓形状的超薄铝片的难题，而且安装方便生产周期短。

本发明的技术解决方案如下：

一种用于加工表面有复杂轮廓形状的超薄铝片的夹具，其特点在于，该夹具包括吸附盘和基准板；

所述的吸附盘是盖状体，该盖状体的顶面设有多个吸气孔，该盖状体的内侧设有定位槽，供所述的基准板固定，该盖状体的顶面的外周缘还设有主轴连接孔，该主轴连接孔的位置与单点金刚石机床上主轴连孔的位置相适配。

所述的基准板的直径大小与所述的吸附盘的定位槽的直径大小相适配。

所述的基准板的厚度为0.05mm～0.20mm。

所述的待加工超薄铝片面积越大，则所述的吸气孔分布越密集。

所述的吸附盘的的顶面分布有吸气孔的面积大于所述的待加工超薄铝片面积越大。

一种用于加工表面有复杂轮廓形状的超薄铝片的方法，其特点在于，该加工方法包括如下步骤：

步骤一，制作用于加工表面有复杂轮廓形状的超薄铝片的夹具；

步骤二，将吸附盘装夹在单点金刚石机床上，利用单点金刚石机床具有的主轴连孔位置直接进行装夹；

步骤三，开启单点金刚石机床的吸气开关，将待加工的超薄铝片吸附在吸附盘上，用金刚石刀具将超薄铝片的表面加工出光学面，用来做为基准面，并对待加工的超薄铝片进行减薄处理，使其厚度小于0.10mm；

步骤四，关闭吸气开关，取下超薄铝片；

步骤五，安装基准板，利用吸附盘上的定位槽限定基准板位置；

步骤六，在基准板表面均匀涂布纯水、航空润滑油或无嗅矿物酒精；

步骤七，将超薄铝片的基准面与基准板接触，通过挤压纯水、航空润滑油、或无嗅矿物酒精，排除超薄铝片基准面与基准板之间的空气，开启单点金刚石机床的吸气开关，将该超薄铝片和基准板同时吸附在吸附盘上；

步骤八，使用金刚石车刀加工出想要的产品厚度及轮廓形状；

步骤九，关闭吸气开关，取下超薄铝片。

附图说明

图1是本发明中夹具的吸气孔示意图。

图2是本发明中夹具的剖视图。

图3是本发明中夹具与单点金刚石机床之间的连接示意图。

图4是本发明吸附盘、基准板及待加工产品之间连接的示意图。

图5是本发明在加工产品的使用状态图。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明作进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。

单点金刚石车削加工技术是超精密加工中常用的技术，由于金刚石的硬度高、耐磨性强、导热性优越，金刚石刀具的刃口可以非常锋利（刃口半径可以小于0.05mn甚至更小）而且金刚石于有色金属的亲和力小，对于铜、铝等有色金属以及塑料可以采用单点金刚石车削的方法进行数控加工，直接得到超精密的光学表面。其机床主轴精度可达到0.05μm-0.1μm，导轨直线度可以达到0.05-0.1μm/25mm，加工圆度可达到0.05μm-0.15μm，加工出的表面粗糙度Ra小于0.025μm。除此之外金刚石机床包括常规数控车床的工件轴向位移导轨轴（Z轴）、横向位移导轨轴（X轴）和单晶金刚石刀具，在径向位移导轨轴上还有一个主轴回转分度轴（C轴）使机床的主轴有精确的分度功能，可以实现在铝片的端面上加工椭圆面、正弦波、抛物面、离轴抛物面等，普通的车床只能在回转类零件的圆柱上加工一些轮廓形状，圆柱的端面上无法加工离轴抛物面等轮廓，且不具备吸附功能，单点金刚石机床则补充了上述机床的不足。利用所述的单点金刚石车床对超薄铝片的加工，具体操作包括下列步骤；

1.根据工件表面加工轮廓选取单晶金刚石刀具的几何参数：刀尖圆弧R和刀具前角；常规金刚石刀具刀尖圆弧R一般从0.001mm至1mm之间，刀具前角一般从0°至-25°度之间。

根据待加工产品的大小加工出合适的夹具，在吸附盘上开出吸气孔，待加工产品面积越大，则吸气孔的分布越密集，吸气孔的尺寸范围必须大于待加工产品尺寸范围（>5%），如图1所示。并且在吸附盘的背面开出杯盖形状，外径尺寸要超过吸气孔的外径尺寸，如图2所示。

2.根据金刚石机床的特性机床上本身有自带的吸气孔，在主轴中心，且只有一个，若直接使用主轴中心的吸气孔直接吸附超薄铝片会由于中间吸力较大周围没有吸力且铝片容易变形继而导致产品呈现出严重凹坑现象，铝片的边缘处也会全部翘边在加工过程中刀具由外向内加工时因为铝片翘边而可能出现扎刀、出现震刀纹、产品变形等现状而无法达到加工要求。安装产品时考虑到产品的变形所以采用吸附的方式对产品进行装夹，现有真空吸附盘端面均是环带形状，且规尺寸格均是有统一标准的，如果待加工产品尺寸大小变化较多则需要多次购买费时费力，增加生产成本，本发明自制吸附盘加工方便，结构简单生产周期也短成本也会大大降低，杯盖形结构的吸附盘吸附时空气接触产品的接触面跟环带的尺寸一样大，对于薄片而言环带大小的接触面所具有的吸附力会导致产品有微量的变形，采用点方式吸附的方法后产品的吸力点只有跟吸气孔大小一样的一点，相当于把一个大的吸力环分散成小的吸气点，所以不会出现变形情况，所以需要根据产品的大小做出合适的真空吸附盘。吸附盘主要包含四个重要尺寸，第一，吸气孔1，由于薄铝片均比较轻，不适合开吸取槽，否则会因为吸力过大会导致最后加工出来的产品将吸气槽的形状完全复印上去，所以只需要均匀分布的加工出呈放射状的Φ1左右的吸气孔，吸气孔的最外径尺寸不超过产品的外径尺寸否则会漏气导致产品无法吸附住。第二。杯盖形状，杯盖形状尺寸需要超过吸气孔的最大外径尺寸否则在吸附槽外面的吸气孔无法起到吸气的作用也会导致外圈有翘边的可能性。第三，定位槽2，用于基准板的固定。定位槽尺寸与基准板尺寸一样大，为保证产品加工面的均匀，定位槽尺寸超过产品加工轮廓的有效尺寸尺寸。如图2所示。第四，主轴连接孔3，主轴连接孔的位置要跟机床5上主轴连接孔的位置一致这样就可以将吸附盘直接连接在机床主轴上，如图3所示。

3.因为最初铝片产品均不是光学级的表面，在显微镜下可以看出表现是凹凸不平的，为了使产品在测量跟使用的时候有个更加好的基准所以将铝片直接吸附在安装好的夹具上，将其光出即可作为基准面。同时，我们将铝片的厚度进行减薄，控制在0.10mm以下。

4.将事先做好的基准板利用吸附盘上的定位槽定位在吸附盘上，开启吸气开关，并将气压调节至低档，使基准板固定在吸附盘上。

5.在基准板表面均匀涂布纯水、航空润滑油、无嗅矿物酒精等，然后把超薄铝片的基准面与基准板接触，通过挤压纯水、航空润滑油、无嗅矿物酒精等，排除超薄铝片基准面与基准板之间的空气，并适当的调节超薄铝片的大致位置，以满足加工需求，并确保超薄铝片能够覆盖住吸附盘上吸附孔的范围。然后将吸气开关调节至高档（加工要求的气压）。因为在前面的步骤中，在光出超薄铝片的基准面时已经将铝片进行了减薄的处理，所以超薄铝片本身已经没有金属板材的原有的刚性，在气压的作用下，侧边会自然贴合到真空吸附盘上，使得超薄铝片、基准板和吸附盘三者形成一个密闭的结构。如图4所示。

4.用金刚石车刀按程序加工出想要的厚度及轮廓形状即可，如图5所示。

5.最后利用单点金刚石车床自身所带的测量探针测量出产品的厚度，取下产品时直接将吸气开关关闭即可。

Claims (1)

1.一种用于加工表面有复杂轮廓形状的超薄铝片的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

步骤一，制作用于加工表面有复杂轮廓形状的超薄铝片的夹具，该夹具包括吸附盘(1)和基准板(4)；所述的吸附盘(1)是盖状体，该盖状体的顶面设有多个吸气孔，该盖状体的内侧设有定位槽(2)，供所述的基准板(4)固定，该盖状体的顶面的外周缘还设有主轴连接孔(3)，该主轴连接孔(3)的位置与单点金刚石机床上主轴连孔的位置相适配；

步骤二，将吸附盘装夹在单点金刚石机床(5)上，利用单点金刚石机床具有的主轴连孔位置直接进行装夹；

步骤三，开启单点金刚石机床的吸气开关，将待加工的超薄铝片(6)吸附在吸附盘上，用金刚石刀具将超薄铝片的表面加工出光学面，用来做为基准面，并对待加工的超薄铝片进行减薄处理，使其厚度小于0.10mm；

步骤四，关闭吸气开关，取下超薄铝片；

步骤五，安装基准板，利用吸附盘上的定位槽限定基准板位置；

步骤六，在基准板表面均匀涂布纯水、航空润滑油或无嗅矿物酒精；

步骤七，将超薄铝片的基准面与基准板接触，通过挤压纯水、航空润滑油、或无嗅矿物酒精，排除超薄铝片基准面与基准板之间的空气，开启单点金刚石机床的吸气开关，将该超薄铝片和基准板同时吸附在吸附盘上；

步骤八，使用金刚石车刀加工出想要的产品厚度及轮廓形状；

步骤九，关闭吸气开关，取下超薄铝片。