CN108214182A - 一种蓝宝石晶块仿角加工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种蓝宝石晶块仿角加工方法，所述蓝宝石晶块为长方体形状，所述仿角加工为针对处于蓝宝石晶块高度方向上的四条平行棱线进行；仿角过程中，机床带动夹具和设置在夹具上的蓝宝石晶块沿所述待加工棱线的方向即机床X轴方向上来回往返运动，砂轮在转动以打磨蓝宝石的同时可沿竖直方向向下运动，砂轮向下运动的速度即下刀速度；所述仿角方法为变速下刀仿角，且包括先后执行的如下步骤，第一步中速下刀，第二步高速下刀，第三步低速下刀，第四步为不下刀的光刀步骤。本发明中所述变速下刀仿角方法不仅完全避免了仿角过程中蓝宝石晶块的崩裂和皱纹危险，而且该方法仿角效率高，所得蓝宝石晶块破损率低且仿角合格率高。

Description

一种蓝宝石晶块仿角加工方法
技术领域
本发明属于蓝宝石加工领域，具体涉及一种蓝宝石晶块仿角加工方法。
背景技术
人工生长的蓝宝石化学组成为氧化铝(Al2O3)，是由三个氧原子和两个铝原子以共价键形式结合而成。蓝宝石莫氏硬度9，自然界中仅次于金刚石，其具有高声速、耐高温、抗腐蚀、高硬度、高透光性、熔点高(2045℃)等特点。因蓝宝石具有上述良好的物理及光学特性，其大规模应用于手表穿戴、手机视窗面板及其他光学器件领域，目前已在手表、手机上出现相关蓝宝石产品。但蓝宝石材质硬脆，刚度较差，难以加工，易造成崩裂破坏。如将蓝宝石片应用于手表或手机视窗面板领域，蓝宝石片成品常有倒角尺寸加工要求。现有的方法多是在将蓝宝石晶块沿其高度方向线切割成一片片(例如几十或数百片)的蓝宝石薄片(例如其厚度为0.3～2mm)后，再对蓝宝石薄片进行倒角加工，所用加工设备例如为金刚石砂轮棒的外圆面对蓝宝石薄片厚度方向的短棱线进行打磨。但这种方式未为蓝宝石晶块设置仿角，使得线切割时晶块边角对金刚石线锯产生较大磨损，且使得后续CNC精修蓝宝石薄片的倒角时加工余量较大。
申请人在先专利CN201420631454.4中提供了一种窗口片蓝宝石晶块倒R角工具，所述电镀砂轮包括位于砂轮边缘端的弧形加工槽，所述弧形加工槽向砂轮内部凹陷，所述弧形加工槽底面的弧度与产品加工要求的R角弧度相适应。该实用新型采用电镀工艺对窗口片蓝宝石晶块进行倒角，利用金刚石砂轮装置磨削，装置不易变形，使用寿命长；另外，将砂轮边缘加工为适合倒R角的弧形，将弧形对准产品边缘进行磨削成型，使得倒R角工序简易，并且为标准化操作，产品品质稳定可控；而且可一次加工大块晶石，省时省力，效率高。该专利中虽然公开了相应的倒角工具，但并未公开相应的倒角加工方法。在使用该工具进行蓝宝石晶块的仿角加工时，会出现仿角加工时崩边或皱纹现象。
因此，本领域需要提供一种蓝宝石晶块仿角方法以解决蓝宝石晶块仿角加工时的崩边和皱纹问题。
发明内容
因此，本发明提供一种蓝宝石晶块仿角加工方法，所述蓝宝石晶块为长方体形状，所述仿角加工为针对处于蓝宝石晶块高度方向上的四条平行棱线进行，将四条棱线逐条仿成C角和/或R角，仿角加工前待仿角的棱线被夹具夹持后水平设置，仿角时采用驱动轴水平设置的砂轮，砂轮设置在蓝宝石晶块中待加工棱线的上方，砂轮的外圆面设置有与待加工成的C角或R角匹配的凹槽，凹槽内设置有金刚石砂层，且所述待仿角的棱线位于所述凹槽的中心圆环线所在的竖直平面内，所述蓝宝石由夹具夹持使得相交而形成待加工棱线的两个平面均与水平面呈45°角；仿角过程中，机床带动夹具和设置在夹具上的蓝宝石晶块沿所述待加工棱线的方向即机床X轴方向上来回往返运动，砂轮在转动以打磨蓝宝石的同时可沿竖直方向向下运动，砂轮向下运动的速度即下刀速度；所述仿角方法为变速下刀仿角，且包括先后执行的如下步骤，第一步中速下刀，第二步高速下刀，第三步低速下刀，第四步为不下刀的光刀步骤。
本领域技术人员容易理解的，所述蓝宝石晶块高度可以大于或小于其长度或宽度，这在本发明中不受限制。在随后的线切割蓝宝石晶块步骤中，将沿着蓝宝石晶块高度方向平行地将晶块切割成一片片的蓝宝石薄片。
本发明中，第四步为不下刀的光刀步骤，在该步骤中，砂轮不下刀，工作台带着蓝宝石晶砖做光刀运动。第四步开始时砂轮和蓝宝石接触，光刀完成后二者基本不接触。光刀有利于提升产品表面粗糙度和防止蓝宝石仿角处出现退刀痕。
在一种具体的实施方式中，所述第一步中速下刀的下刀速度为8～16微米每次，即蓝宝石晶块在机床X轴方向上每往返运动一次时砂轮下降8～16微米。
在一种具体的实施方式中，所述第二步高速下刀的下刀速度为18～25微米每次。
在一种具体的实施方式中，所述第三步低速下刀的下刀速度为5微米每次及以下。
在一种具体的实施方式中，各步骤中，蓝宝石晶块沿机床X轴方向的运动速度均为5～800mm/s，优选10～500mm/s，更优选20～300mm/s，更优选25～150mm/s，更优选25～100mm/s。本发明中，蓝宝石晶块沿机床X轴方向的运动速度不能过高，否则影响仿角设备的寿命。
在一种具体的实施方式中，所述蓝宝石晶块沿所述机床X轴方向上来回往返运动的运动幅度为30～400mm。当所述蓝宝石晶块的高度不足30mm时，一般会采取两块或多块蓝宝石晶块叠加在一起共同进行仿角加工的方式。
在一种具体的实施方式中，第一步中速下刀过程中蓝宝石晶块沿机床X轴方向的运动速度V1大于第二步高速下刀过程中蓝宝石晶块沿机床X轴方向的运动速度V2，优选V1为V2的1.2～2倍，更优选V1为V2的1.4～1.8倍。
在一种具体的实施方式中，第一步中速下刀过程的总的仿角加工量为0.1～0.3mm，即完成第一步后砂轮下降0.1～0.3mm，第三步低速下刀加工过程之前的仿角加工余量为0.3mm以内，第二步高速下刀的仿角加工量大于第一步中速下刀过程的仿角加工量，也大于第三步低速下刀的仿角加工量。本发明中，蓝宝石仿角加工量在第二步中最大，例如为1.6mm，也就是说第二步一般为本发明中磨削去除蓝宝石体积量最大的步骤。
在一种具体的实施方式中，所述砂轮的凹槽内设置的金刚石粒径为180目～300目。
本发明在蓝宝石晶块线切割切片开料之前，对蓝宝石晶块进行特定的仿角加工。与现有技术中对蓝宝石薄片进行仿角相比，既可减轻线切割时晶块边角对金刚石线锯的磨损，同时减少后续CNC精修倒角的加工余量。与使用在先专利中的蓝宝石晶块倒R角工具相应的普通仿角工艺相比，普通仿角工艺一般采用匀速下刀，下刀速度例如为20微米每次，本发明采用变速下刀仿角工艺，彻底解决蓝宝石晶块仿角过程中的崩裂和皱纹问题。
本发明中所述变速下刀仿角方法不仅完全避免了仿角过程中蓝宝石晶块的崩裂和皱纹危险，而且该方法仿角效率高，所得蓝宝石晶块破损率低且仿角合格率高。
附图说明
图1为本发明中蓝宝石晶块的仿角加工方式示意图，
图2为本发明中仿角加工后的蓝宝石晶块结构示意图。
图中，1、加工平台，2、仿角加工夹具，3、砂轮，4、蓝宝石晶块，5、仿角。
具体实施方式
本发明中，先在平面磨床上安装粒度200目的电镀金刚石仿角砂轮3，砂轮安装前应先调节其配重块(配重块是砂轮上用于调节动平衡的铁块)以使转动惯量均衡，将蓝宝石晶块仿角加工夹具2固定于平面磨床加工平台1上，将晶块的待加工直角朝上进行装夹。仿角加工夹具固定过程中应以平面磨床床身为基准，利用百分表对砂轮及仿角夹具二者之间的平行度进行调节，以确保其仿角加工精确性。在平面磨床上配套安装电镀金刚石仿角砂轮，对刀时砂轮凹槽中心线对准蓝宝石晶块待加工的直角边，本发明中变速下刀仿角方法的参数输入CNC设备的控制系统，启动设备，自动完成晶块仿角作业过程。
下面以某一款手表穿戴类小尺寸蓝宝石晶块的仿角加工为例进行简要说明。
工件：蓝宝石晶块毛坯(长39.29±0.06mm×宽33.31±0.06mm，高40～350mm)，初始仿角加工余量：2.1±0.07mm；预修单次下刀量(第一步中速下刀)：0.016mm；主修单次下刀量(第二步高速下刀)：0.025mm；精修(第三步低速下刀)单次下刀量：0.005mm；油泵液压倍率：1/2～4/5(它决定蓝宝石晶块沿X轴运动速度)。
磨床上蓝宝石晶块仿角的加工流程：
1.开启电源：将机台右下侧电源开关顺时针旋转打至ON档；
2.确认砂轮型号：使用有标识的砂轮区分卡规进行砂轮镀砂圆角验证，确认是所需倒圆角的砂轮才能开机加工；
3.仿角夹具打表(调整夹具使得待仿角加工的棱线完全处于水平面内)：使用磁力表座吸在砂轮防护盖上，将百分表针接触治具基准面，然后摇动左右托板，将平行度偏差打至0.02mm以内，然后开启电磁固定治具，强度调至为满格；
4.晶块装夹：用内六角扳手松开治具，将晶块放置于45°夹具上，然后使用扳手将固定螺母拧紧；
5.晶块前后位置对刀：将对刀夹具放置于晶块上，摇动前后丝杆，将砂轮移至对刀夹具正上方2mm左右处，然后慢慢摇动前后丝杆，将砂轮侧面壁接触对刀夹具侧面壁，正好接触时将控制面板Y轴归零；
6.调节磨床左右行程与Z轴对刀：将砂轮在Z轴方向远离晶块，打开控制面板液压开关，将液压操纵杆打开至4/5位置，调节好左右托板行程，关闭液压开关与操纵杆，然后将砂轮在Z轴方向移动刚好接触晶块尖角部分(砂轮的凹槽接触蓝宝石晶块的待加工棱线)，然后在控制面板上Z轴归零；
7.确定参数及加工：查看控制面板上参数部分，确认参数，然后打开自动按钮、打开Z轴下刀按钮、液压操纵杆打至4/5处，即开始生产；
8.产品自检：使用标准块将检具校准归零，重复校准三次，用扳手松开固定螺母，取下晶块测试圆角磨削数值，数值显示在-0.07～0.07mm(不同产品的精细度要求可能不同)以内为合格，重复测量三次；
9.翻转晶块继续加工：当测量数据合格后，将晶块翻转至另一个角磨削，用扳手将固定螺母拧紧，重复第4～9步；直至蓝宝石晶块4条边全部磨完；
10.现场7S保持：加工完成后及时清理好机台内部残留物和加工时设备溅出的水渍，整理好夹治具。
本发明在对蓝宝石晶块仿角加工前初始仿角加工余量为2.1mm，在本发明蓝宝石晶块仿角加工完成后只在倒角处留下约0.2mm的CNC修外形余量，因而本发明的方法大幅降低了CNC修外形的工作压力。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种蓝宝石晶块仿角加工方法，所述蓝宝石晶块为长方体形状，所述仿角加工为针对处于蓝宝石晶块高度方向上的四条平行棱线进行，将四条棱线逐条仿成C角和/或R角，仿角加工前待仿角的棱线被夹具夹持后水平设置，仿角时采用驱动轴水平设置的砂轮，砂轮设置在蓝宝石晶块中待加工棱线的上方，砂轮的外圆面设置有与待加工成的C角或R角匹配的凹槽，凹槽内设置有金刚石砂层，且所述待仿角的棱线位于所述凹槽的中心圆环线所在的竖直平面内，所述蓝宝石由夹具夹持使得相交而形成待加工棱线的两个平面均与水平面呈45°角；仿角过程中，机床带动夹具和设置在夹具上的蓝宝石晶块沿所述待加工棱线的方向即机床X轴方向上来回往返运动，砂轮在转动以打磨蓝宝石的同时可沿竖直方向向下运动，砂轮向下运动的速度即下刀速度；所述仿角方法为变速下刀仿角，且包括先后执行的如下步骤，第一步中速下刀，第二步高速下刀，第三步低速下刀，第四步为不下刀的光刀步骤。
2.根据权利要求1所述蓝宝石晶块仿角加工方法，其特征在于，所述第一步中速下刀的下刀速度为8～16微米每次，即蓝宝石晶块在机床X轴方向上每往返运动一次时砂轮下降8～16微米。
3.根据权利要求2所述蓝宝石晶块仿角加工方法，其特征在于，所述第二步高速下刀的下刀速度为18～25微米每次。
4.根据权利要求3所述蓝宝石晶块仿角加工方法，其特征在于，所述第三步低速下刀的下刀速度为5微米每次及以下。
5.根据权利要求1～4中任意一项所述蓝宝石晶块仿角加工方法，其特征在于，各步骤中，蓝宝石晶块沿机床X轴方向的运动速度均为5～800mm/s，优选10～500mm/s，更优选20～300mm/s，更优选25～150mm/s，更优选25～100mm/s。
6.根据权利要求1～4中任意一项所述蓝宝石晶块仿角加工方法，其特征在于，所述蓝宝石晶块沿所述机床X轴方向上来回往返运动的运动幅度为30～400mm。
7.根据权利要求1～4中任意一项所述蓝宝石晶块仿角加工方法，其特征在于，第一步中速下刀过程中蓝宝石晶块沿机床X轴方向的运动速度V1大于第二步高速下刀过程中蓝宝石晶块沿机床X轴方向的运动速度V2，优选V1为V2的1.2～2倍，更优选V1为V2的1.4～1.8倍。
8.根据权利要求1～4中任意一项所述蓝宝石晶块仿角加工方法，其特征在于，第一步中速下刀过程的总的仿角加工量为0.1～0.3mm，即完成第一步后砂轮下降0.1～0.3mm，第三步低速下刀加工过程之前的仿角加工余量为0.3mm以内，第二步高速下刀的仿角加工量大于第一步中速下刀过程的仿角加工量，也大于第三步低速下刀的仿角加工量。
9.根据权利要求1～4中任意一项所述蓝宝石晶块仿角加工方法，其特征在于，所述砂轮的凹槽内设置的金刚石粒径为180目～300目。
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