CN104385345B - 一种采用主、副刀刃进行机械刻划衍射光栅的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种采用主、副刀刃进行机械刻划衍射光栅的方法，即副刀每次都预先进行下一道槽形的浅刻划，刀架横向进给之后，主刀在副刀刻划的基础上最终精确成槽。副刀刻完的槽形留给主刀以足够的材料预应力，让材料充分成形，减小主刀刻划时的材料回弹变形量，增加塑性变形，提高材料成槽质量。同时，也减小了主刀与材料作用时的摩擦阻力，减小了主刀刀刃的磨损程度，提高了主刀刀具的使用寿命，从而最终提高在刻划机上一次性刻划时的光栅成槽质量。

Description

一种采用主、副刀刃进行机械刻划衍射光栅的方法

技术领域

本专利涉及到采用金刚石刀具对弹塑性材料进行衍射光栅机械刻划成形加工的技术领域。

背景技术

目前的衍射光栅机械刻划刻划方法主要是采用单刃顺序刻划的方式来实现一次性机械刻划成形，由于刻划工艺参数众多，对被加工材料的弹塑性回弹变形和侧向塑性隆起的控制不易实现。而且由于毛坯材料力学性质的不稳定性，很难获得高质量的刻划结果。在其它微加工领域，已有的多刃成排刻划方式，由于多把天然金刚石刻刀的刃磨制备不可能完全一致，而且每把刀的安装工艺参数加工时很难调整到一致，虽然可以实现一次性刻划，但刻划成槽质量很难一致。

发明内容

本发明提出了一种采用主、副刀刃进行机械刻划衍射光栅的方法，即副刀每次都预先进行下一道槽形的浅刻划，刀架横向进给之后，主刀在副刀刻划的基础上最终精确成槽。副刀刻完的槽形留给主刀以足够的材料预应力，让材料充分成形，减小主刀刻划时的材料回弹变形量，增加塑性变形，提高材料成槽质量。同时，也减小了主刀与材料作用时的摩擦阻力，减小了主刀刀刃的磨损程度，提高了主刀刀具的使用寿命，从而最终提高在刻划机上一次性刻划时的光栅成槽质量。

一种采用主、副刀刃进行机械刻划衍射光栅的方法，其特征在于主、副刀刃位于刀架上，该刀架具有刀架坐标系XYZ，所述刀架可转动调节，所加工的工件具有工件坐标系X′Y′Z′，所述X′方向为主刀和副刀在工件表面的刻划运动方向，Y′方向为主刀和副刀在工件表面的横向进给运动方向，Z′方向为主刀和副刀在工件表面的的落刀运动方向；

所述刀架坐标系XYZ和工件坐标系X′Y′Z′相互平行，且方向一致，主刀在X′Y′Z′坐标系里的坐标为(X1，Y1，Z1)，副刀在X′Y′Z′坐标系里的坐标为(X2，Y2，Z2)，主刀和副刀之间形成一种水平和竖直方向都错开的空间位置关系，从而对工件(工件坐标系为X′Y′Z′)表面进行精确的刻划成形加工；

该方法包括如下步骤：

步骤一：刻划前，首先通过刀架调整主、副刀之间的水平位置关系，即通过刀架转动调节使主、副刀刀尖点在横向进给方向的距离等于光栅槽距d，并使得副刀在主刀刻划方向和横向进给方向的前方，两刀沿X′刻划方向相距(X2-X1)，沿Y′横向进给方向相距(Y2-Y1)＝d。

步骤二：通过刀架调整主、副刀之间的竖直位置关系，即通过主、副刀杆自身的轴向精密位移调节能力调节主刀刀尖点位置低于副刀刀尖点位置，其中刀尖点竖直位置量偏差(Z1-Z2)由刻划过程中光栅毛坯材料的力学性能决定。

步骤三：根据光栅槽形指标和材料力学性能确定刀刃相对于刻划方向的安装角度和刻划深度，并通过主刀自身的精密转动功能调节主刀刀刃相对于刻划方向的安装角度，再通过副刀自身的精密转动功能调节副刀刀刃相对于刻划方向的安装角度。

步骤四：以主刀刀尖为基准，通过整个刀架竖直方向的精密位移调节进行主刀刀尖相对光栅毛坯表面的对刀。

步骤五：以主刀刀尖为基准，通过整个刀架竖直方向的精密位移调节进行主刀刀尖相对光栅毛坯表面刻划深度的落刀。

步骤六：主、副刻刀依托于同一刀架同时沿着刻划方向X′在光栅毛坯上进行刻划，刻完指定槽长后，刀架带动主、副刻刀统一抬刀、退刀，退回到此次刻划的初始位置。

步骤七：刀架带动主、副刻刀沿着Y′方向同时横向进给一个光栅槽距。

步骤八：重复步骤五～步骤七，完成整块光栅的刻划。这样，在刻划整个光栅的过程中，只有主刻刀的首次刻槽、副刻刀的最后一次刻槽、以及每道槽线的首末两端距离为(X2-X1)的刻槽是单次刻划，中间的每次刻槽都实现了在副刀初次刻划的基础上主刀的二次刻划。

所述主、副金刚石刻刀依附于刀架绕Z轴转动时，可以改变两刀在横向进给方向Y′上的刻槽间距d，并形成水平方向上的错刃位置关系。刻划时，在刻划方向X′上，主刀在副刀的后面，即X₁≤X₂。在横向进给方向Y′上，主刀在副刀的后面，即Y₁≤Y₂。

回转可调刀架可同时带动主、副金刚石刻刀完成Z向位置调节，实现刻刀统一的向下落刀深度。

主、副金刚石刻刀相对于刀架坐标系XYZ各自具有各自的轴向移动自由度，从改变每把刻刀各自的刻划深度，从而形成竖直方向错开的位置关系。刻划时，在落刀方向Z′上，副刀比主刀刻划浅，即Z₁≤Z₂。

主、副金刚石刻刀相对于刀架坐标系XYZ各自具有各自绕刀柄轴线的回转自由度，可调节各自刻划时相对于刻划方向的偏角，以便对材料进行刻划挤压和抛光成形。

有益效果：

在机械刻划机上一次性刻划的前提下，通过刻划刀架上主、副刀的采用和刃错位置关系的刻划方式，实现了对刻划槽形的重复顺序刻划。该方法可有效提高重复刻划成槽部分的成形精度和表面质量，提高了主刀的使用寿命，使大面积、高精度机械刻划任务成为可能。

附图说明

下面结合附图及实施方式对本发明作进一步详细的说明：

图1为主、副刀机械刻划位置关系轴测图。

图2为主、副刀机械刻划竖直位置关系图。

图3为主、副刀机械刻划水平位置关系图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。

一种采用主、副刀刃进行机械刻划衍射光栅的方法，其特征在于主、副刀刃位于刀架上，该刀架具有刀架坐标系XYZ，所述刀架可转动调节，所加工的工件具有工件坐标系X′Y′Z′，所述X′方向为主刀和副刀在工件表面的刻划运动方向，Y′方向为主刀和副刀在工件表面的横向进给运动方向，Z′方向为主刀和副刀在工件表面的的落刀运动方向；

所述刀架坐标系XYZ和工件坐标系X′Y′Z′相互平行，且方向一致，主刀在X′Y′Z′坐标系里的坐标为(X1，Y1，Z1)，副刀在X′Y′Z′坐标系里的坐标为(X2，Y2，Z2)，主刀和副刀之间形成一种水平和竖直方向都错开的空间位置关系，从而对工件(工件坐标系为X′Y′Z′)表面进行精确的刻划成形加工；

该方法包括如下步骤：

步骤一：刻划前，首先通过刀架调整主、副刀之间的水平位置关系，即通过刀架转动调节使主、副刀刀尖点在横向进给方向的距离等于光栅槽距d，并使得副刀在主刀刻划方向和横向进给方向的前方，两刀沿X′刻划方向相距(X2-X1)，沿Y′横向进给方向相距(Y2-Y1)＝d。

步骤二：通过刀架调整主、副刀之间的竖直位置关系，即通过主、副刀杆自身的轴向精密位移调节能力调节主刀刀尖点位置低于副刀刀尖点位置，其中刀尖点竖直位置量偏差(Z1-Z2)由刻划过程中光栅毛坯材料的力学性能决定。

步骤三：根据光栅槽形指标和材料力学性能确定刀刃相对于刻划方向的安装角度和刻划深度，并通过主刀自身的精密转动功能调节主刀刀刃相对于刻划方向的安装角度，再通过副刀自身的精密转动功能调节副刀刀刃相对于刻划方向的安装角度。

步骤四：以主刀刀尖为基准，通过整个刀架竖直方向的精密位移调节进行主刀刀尖相对光栅毛坯表面的对刀。

步骤五：以主刀刀尖为基准，通过整个刀架竖直方向的精密位移调节进行主刀刀尖相对光栅毛坯表面刻划深度的落刀。

步骤六：主、副刻刀依托于同一刀架同时沿着刻划方向X′在光栅毛坯上进行刻划，刻完指定槽长后，刀架带动主、副刻刀统一抬刀、退刀，退回到此次刻划的初始位置。

步骤七：刀架带动主、副刻刀沿着Y′方向同时横向进给一个光栅槽距。

步骤八：重复步骤五～步骤七，完成整块光栅的刻划。这样，在刻划整个光栅的过程中，只有主刻刀的首次刻槽、副刻刀的最后一次刻槽、以及每道槽线的首末两端距离为(X2-X1)的刻槽是单次刻划，中间的每次刻槽都实现了在副刀初次刻划的基础上主刀的二次刻划。

所述主、副金刚石刻刀依附于刀架绕Z轴转动时，可以改变两刀在横向进给方向Y′上的刻槽间距d，并形成水平方向上的错刃位置关系。刻划时，在刻划方向X′上，主刀在副刀的后面，即X₁≤X₂。在横向进给方向Y′上，主刀在副刀的后面，即Y₁≤Y₂。

回转可调刀架可同时带动主、副金刚石刻刀完成Z向位置调节，实现刻刀统一的向下落刀深度。

主、副金刚石刻刀相对于刀架坐标系XYZ各自具有各自的轴向移动自由度，从改变每把刻刀各自的刻划深度，从而形成竖直方向错开的位置关系。刻划时，在落刀方向Z′上，副刀比主刀刻划浅，即Z₁≤Z₂。

主、副金刚石刻刀相对于刀架坐标系XYZ各自具有各自绕刀柄轴线的回转自由度，可调节各自刻划时相对于刻划方向的偏角，以便对材料进行刻划挤压和抛光成形。

应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

Claims (5)

1.一种采用主、副刀刃进行机械刻划衍射光栅的方法，其特征在于主、副刀刃位于刀架上，该刀架具有刀架坐标系XYZ，所述刀架可转动调节，所加工的工件具有工件坐标系X′Y′Z′，所述X′方向为主、副刀刃在工件表面的刻划运动方向，Y′方向为主、副刀刃在工件表面的横向进给运动方向，Z′方向为主刀刃和副刀刃在工件表面的的落刀运动方向；

所述刀架坐标系XYZ和工件坐标系X′Y′Z′相互平行，且方向一致，主刀刃在X′Y′Z′坐标系里的坐标为(X1，Y1，Z1)，副刀刃在X′Y′Z′坐标系里的坐标为(X2，Y2，Z2)，主刀刃和副刀刃之间形成一种水平和竖直方向都错开的空间位置关系，从而对工件(工件坐标系为X′Y′Z′)表面进行精确的刻划成形加工；

该方法包括如下步骤：

步骤一：刻划前，首先通过刀架调整主、副刀刃之间的水平位置关系，即通过刀架转动调节使主、副刀刃尖点在横向进给方向的距离等于光栅槽距d，并使得副刀刃在主刀刃刻划方向和横向进给方向的前方，两刀刃沿X′刻划方向相距(X2-X1)，沿Y′横向进给方向相距(Y2-Y1)＝d；

步骤二：通过刀架调整主、副刀刃之间的竖直位置关系，即通过主、副刀刃杆自身的轴向精密位移调节能力调节主刀刃尖点位置低于副刀刃尖点位置，其中刀刃尖点竖直位置量偏差(Z1-Z2)由刻划过程中光栅毛坯材料的力学性能决定；

步骤三：根据光栅槽形指标和材料力学性能确定刀刃相对于刻划方向的安装角度和刻划深度，并通过主刀刃自身的精密转动功能调节主刀刃相对于刻划方向的安装角度，再通过副刀刃自身的精密转动功能调节副刀刃相对于刻划方 向的安装角度；

步骤四：以主刀刃尖为基准，通过整个刀架竖直方向的精密位移调节进行主刀刃尖相对光栅毛坯表面的对刀；

步骤五：以主刀刃尖为基准，通过整个刀架竖直方向的精密位移调节进行主刀刃尖相对光栅毛坯表面刻划深度的落刀；

步骤六：主、副刀刃依托于同一刀架同时沿着刻划方向X′在光栅毛坯上进行刻划，刻完指定槽长后，刀架带动主、副刀刃统一抬刀、退刀，退回到此次刻划的初始位置；

步骤七：刀架带动主、副刀刃沿着Y′方向同时横向进给一个光栅槽距；

步骤八：重复步骤五～步骤七，完成整块光栅的刻划，这样，在刻划整个光栅的过程中，只有主刀刃的首次刻槽、副刀刃的最后一次刻槽、以及每道槽线的首末两端距离为(X2-X1)的刻槽是单次刻划，中间的每次刻槽都实现了在副刀刃初次刻划的基础上主刀刃的二次刻划。

2.如权利要求1所述的一种采用主、副刀刃进行机械刻划衍射光栅的方法，其特征在于所述主、副刀刃依附于刀架绕Z轴转动时，可以改变两刀刃在横向进给方向Y′上的刻槽间距d，并形成水平方向上的错刃位置关系；刻划时，在刻划方向X′上，主刀刃在副刀刃的后面，即X₁≤X₂；在横向进给方向Y′上，主刀刃在副刀刃的后面，即Y₁≤Y₂。

3.如权利要求1所述的一种采用主、副刀刃进行机械刻划衍射光栅的方法，其特征在于回转可调刀架可同时带动主、副刀刃完成Z向位置调节，实现刻刀统一的向下落刀深度。

4.如权利要求1所述的一种采用主、副刀刃进行机械刻划衍射光栅的方法， 其特征在于主、副刀刃相对于刀架坐标系XYZ各自具有各自的轴向移动自由度，从改变每把刀刃各自的刻划深度，从而形成竖直方向错开的位置关系；刻划时，在落刀方向Z′上，副刀刃比主刀刃刻划浅，即Z₁≤Z₂。

5.如权利要求1所述的一种采用主、副刀刃进行机械刻划衍射光栅的方法，其特征在于主、副刀刃相对于刀架坐标系XYZ各自具有各自绕刀柄轴线的回转自由度，可调节各自刻划时相对于刻划方向的偏角，以便对材料进行刻划挤压和抛光成形。