CN111054938A - 一种用于光学模具加工的圆弧车刀及其加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及车圆弧车刀加工领域，尤其涉及一种用于光学模具加工的圆弧车刀及其加工方法，包括刀体和设置在所述刀体一端的刀头，所述刀头为三角形，所述刀头的两个侧边后刀面相交于刀头顶端形成后刀面，所述后刀面为锥形圆弧面，所述后刀面的圆弧半径精度为±0.001mm，圆弧轮廓度小于40nm。本发明通过提高后刀面的圆弧半径的精度到±0.001mm，并将圆弧轮廓度加工到40nm以内，使得加工出来的光学模具镜面效果较好，精度较高。

Description

一种用于光学模具加工的圆弧车刀及其加工方法

技术领域

本发明涉及车圆弧车刀加工领域，尤其涉及一种用于光学模具加工的圆弧车刀及其加工方法。

背景技术

光学模具是指注塑成型光学产品的夹具，要形成品质较佳的光学产品，对光学模具的表面的光洁度要求较高。但是在现有技术中，光学模具的加工一般采用普通圆弧车刀加工，但是普通圆弧车刀的圆弧半径精度一般在±0.02mm左右，导致加工出模具精度不高。通过普通钻石车刀加工的光学模具，用显微镜放大500倍观察，表面有细微的痕迹，即现有的圆弧车刀加工出来的光学模具晶面效果较差。

要让加工出来的光学模具表面达到完全镜面的效果，需要提高圆弧车刀刀头圆弧半径的精确度。因此，如何提高圆弧车刀刀头圆弧半径，让加工出来的光学模具表面的镜面效果提高成为亟待解决的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于如何提高圆弧车刀刀头圆弧精度，让加工出来的光学模具表面镜面效果更好成为亟待解决的问题。

第一方面，本发明提供了一种用于光学模具加工的圆弧车刀，包括刀体和设置在所述刀体一端的刀头，所述刀头为三角形，所述刀头的两个侧边后刀面相交于刀头顶端形成后刀面，所述后刀面为锥形圆弧面，所述后刀面的圆弧半径精度为±0.001mm，圆弧轮廓度小于40nm。

进一步地，所述刀头的前刀面由顶点处开始向下倾斜与刀体的基面形成前角,所述前角角度为0°；所述前刀面自刀头的前刃向所述刀头的焊接面开始向下倾斜，与刀的切削面形成后角，所述后角角度为7°-25°。

进一步地，刀头的前刃圆弧半径为0.003-0.1mm，刀头的前刃圆弧轮廓度为10-40nm。

进一步地，刀头的后刃圆弧半径为0.003-0.1mm，刀头的后刃圆弧轮廓度为10-40nm。

进一步地，所述前刀面和后刀面的粗糙度小于0.002μm。

进一步地，所述刀头为钻石。

进一步地，所述前刀面111晶面和后刀面为钻石的100晶面。

另一方面，本发明公开了一种用于光学模具加工的圆弧车刀及其加工方法，包括以下步骤:

S01、研磨出目标尺寸的刀体；

S02、切割出目标尺寸的刀头，并将所述刀头与所述刀体进行焊接；

S03、研磨出所述刀头基体形状及所述刀头的后刃、前刃及刀体角度，其中刀头的后角角度为7°～25°，刀头的前角角度为0°，刀体角度为15-30°；

S04、将所述前刃和后刃粗加工出圆弧，其中前刃圆弧轮廓度为0.01-0.02mm，前刃圆弧半径为0.033-0.130mm，后刃圆弧轮廓度为0.01-0.02mm，后刃圆弧半径为0.033-0.130mm；

S05、精加工所述前刃和后刃的圆弧，所述前刃圆弧轮廓度小于40nm，前刃圆弧半径为0.003-0.1mm±0.001mm，所述后刃圆弧轮廓度小于40nm，后刃圆弧半径为0.003-0.1mm±0.001mm；

S06、检测刀头刃口状态、刀头圆弧半径及圆弧轮廓度以获得合格的圆弧车刀。

进一步地，所述焊接方式为真空焊接。

进一步地，利用激光显微镜放大20000倍以上进行刀口状态检测。

本发明的有益效果在于：

本发明公开了一种用于光学模具加工的圆弧车刀及其加工方法，包括刀体和设置在所述刀体一端的刀头，所述刀头为三角形，所述刀头的两个侧边后刀面相交于刀头顶端形成后刀面，所述后刀面为锥形圆弧面，所述后刀面的圆弧半径精度为±0.001mm，圆弧轮廓度小于40nm。本发明通过提高后刀面的圆弧半径的精度到±0.001mm，并将圆弧轮廓度加工到40nm以内，使得加工出来的光学模具镜面效果较好，精度较高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明提供的用于光学模具加工的圆弧车刀的结构示意图；、图2是图1 的A部局部放大示意图；

图3是本发明提供的用于光学模具加工的圆弧车刀一个正投影示意图；

图4是图3的B部局部放大示意图；

图5是本发明提供的用于光学模具加工的圆弧车刀另一正投影示意图；

图6是图5的C部局部放大示意图；

10、刀体；11、基面；20、刀头；21、后刀面；22、侧边后刀面；23、前刀面；24、焊接面；25、前刃；26、后刃；R1、前刃圆弧半径；R2、后刃圆弧半径，α、刀体角度；β、后角。

具体实施方式

下面将对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

一方面，结合图1-6，本发明提供一种用于光学模具加工的圆弧车刀，包括刀体10和设置在所述刀体10一端的刀头20，所述刀头为三角形，所述刀头的两个侧边后刀面相交于刀头顶端形成后刀面，所述后刀面为锥形圆弧面，所述后刀面的圆弧半径精度为±0.001mm，圆弧轮廓度小于40nm。通过提高圆弧车刀的后刀面的圆弧半径精度，并将圆弧轮廓度做到40nm以内，可以使得加工出来的光学模具镜面效果佳，同时精确度也比较高。其中，轮廓度是指被测实际轮廓相对于理想轮廓的变动情况，用这一概念来描述曲面或曲线形状的准确度。

所述刀头20的前刀面23由顶点处开始向下倾斜与刀体10的基面11形成前角,所述前角角度为0°；前角的大小影响刀刃的锐利牢固程度，决定刀具的切削性能。合理增加刀具的前角，可减少切削层的塑性变形，减少切屑流动时的摩擦阻力；提高刀刃锋利性，从而减少切削力、切削热、切削功率，提高铣削加工精度和已加工表面质量，从而提高了刀具的耐用度。理论上前角如果为正，即大于0°，则刀刃强度将会减弱，如为负，即小于0°，则刀刃切削力将降低，因此选择中间值0°，既保障刀刃的强度还可以稳定刀刃的切削力。所述前刀面23自刀头的前刃25向所述刀头20的焊接面24开始向下倾斜，与刀的切削面形成后角，所述后角角度为7°-25°。刀具后角主要是减少切削刃及刀具后刀面21，与工件加工表面之间的摩擦。后角太大，会削弱刃口和刀刃部分的强度，降低刀具耐用度，造成崩刃，但是由于后角越大，切削力越大，切削时产生的热量就越小，所以说散热效果越好。选择后角角度为7°-25°，切削刃及刀具后刀面21与工件加工表面之间的摩擦不会太大，刃口和刀刃部分的强度与散热条件较优，刀具耐用度增强，不易造成崩刃。

其中，刀头20的前刃25圆弧半径为0.003-0.1mm，刀头20的前刃25圆弧轮廓度为10-40nm；刀头20的后刃26圆弧半径为0.003-0.1mm，刀头20的后刃26圆弧轮廓度为 10-40nm。圆弧车刀的后刃26采用圆柱形，便于刀具后续修磨方便，无需重磨圆弧，只需降面修磨。

进一步地，所述前刀面23和后刀面21的粗糙度小于0.002μm，能够使得加工出来的光学模具镜面效果佳。

进一步地，所述刀头20为钻石，由于钻石的111晶面为钻石最硬最耐磨的面，100晶面次之，且均兼具已抛光的特性，因此所以前刀面23和后刀面21分选取钻石的111晶面和100晶面。

进一步地，所述刀体10为钨钢，选用钨钢材料为刀体10，是因为钨钢具有硬度高不易变形、刚性好、强度高的特点。

另一方面，本发明公开的一种用于光学模具加工的圆弧车刀加工方法，该用于光学模具加工的圆弧车刀加工方法包括：

步骤S01、研磨出目标尺寸的刀体10。参考图1，为用于光学模具加工的圆弧车刀结构示意图。在具体实施例中，刀体10用平面磨床研磨出目标尺寸，通常情况下，刀体10 的目标尺寸为长50宽8高8mm等。基于钨钢具有硬度高不易变形、刚性好、强度高的特点，因此采用钨钢材料为刀体10。

步骤S02、切割出目标尺寸的刀头20，并将所述刀头20与所述刀体10进行焊接。

在具体的实施例中，刀头20的材质为钻石，其中钻石可以是人造钻石或者天然形成的天然钻石，其中优选无杂质无瑕疵的天然钻石：在焊接的时候，需要注意的是，要将钻石的111晶面作为刀头20的前刀面23，100晶面作后刀面21，因为钻石的111晶面是最硬最耐磨损的面，100晶面次之，而且相对与其他晶面而言，这两个晶面还具有容易抛光的特性。其中，圆弧车刀前刀面23后刀面21粗糙度Ra为0.002um以下。本实施例中，使用真空焊机将钻石的刀头20与钨钢的刀体10进行焊接，使得焊接效果更好，使用寿命更长。

步骤S03、研磨出所述刀头20基体形状及所述刀头20的后刃26、前刃25和刀体角度α，其中所述刀头20的前角角度为0°，其中所述刀头20的后角β角度为7°～25°，其中后角β角度优选15°；刀体角度α为15-30°。使用天然钻石平盘研磨机将刀头20基体形状及角度研磨出来，后刃26采用圆柱角，在圆弧车刀使用的过程中，可便于后续的修磨，只需降面即可进行修磨，无需重新研磨刀头20的圆弧。

步骤S04、将所述后刃26和前刃25粗加工出圆弧，其中前刃25圆弧轮廓度为 0.01-0.02mm，前刃圆弧半径R1为0.033-0.130mm，后刃26的圆弧轮廓度为0.01-0.02mm，前刃圆弧半径R2为0.033-0.130mm；

在具体的实施例中，采用英国进口PG3B钻石研磨机将所述后刃26和刀头20粗加工出圆弧，其中使用的研磨设备为半自动数控设备，较普通磨床精度高，适合用来进行粗加工。

步骤S05、精加工所述前刃25和后刃26的圆弧，所述前刃25圆弧轮廓度小于40nm，前刃圆弧半径R1为0.003-0.1mm±0.001mm，所述后刃26圆弧轮廓度小于40nm，前刃圆弧半径R2为0.003-0.1mm±0.001mm。

在本实施例中，采用英国进口PG4B钻石研磨机精加工圆弧车刀圆弧，该设备为全自动数控设备，加工精度更高，可直接加工出需要的圆弧尺寸及相应的精度，其精度在±0.001mm。

S06、检测刀头20刃口状态、刀头20圆弧半径及圆弧轮廓度以获得合格的圆弧车刀。

在本实施例中，先使用日本基恩士激光显微镜检测刀头20刃口状态，确保20000倍以上放大检测无缺陷，然后使用英国chase显微镜检测圆弧车刀半径机圆弧轮廓度，确保半径精度达到±0.001mm圆弧轮廓度小于40nm，同时完成个检测步骤的，视为合格的圆弧车刀。

本发明实施例公开了一种用于光学模具加工的圆弧车刀及其加工方法，首先研磨出目标尺寸的刀体10，然后切割出目标尺寸的刀头20，并将所述刀头20与所述刀体10进行焊接；接着研磨出所述刀头20基体形状及所述刀头20的后刃26和刀体角度α，将所述前刃25和后刃26的圆弧进行粗加工和精加工，其中圆弧的参数包括圆弧轮廓度和圆弧半径，最后检测刀头20刃口状态、刀头20圆弧半径及圆弧轮廓度以获得合格的圆弧车刀。相当于与现有技术，有以下有益效果：

1、通过调整圆弧车刀的精度，圆弧车刀圆弧精度可达到±0.001mm，圆弧轮廓度可达 40nm以内，刀头20可实现20000倍以上放大检测无崩缺。

2、刀头20后刃26采用圆柱后刃26，圆弧车刀后续修磨方便，无需重磨圆弧，只需要降面即可实现修磨。

3、圆弧车刀前刀面23和后刀面21粗糙度Ra为0.002um以下。

以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进。这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (10)

1.一种用于光学模具加工的圆弧车刀，包括刀体和设置在所述刀体一端的刀头，其特征在于，所述刀头为三角形，所述刀头的两个侧边后刀面相交于刀头顶端形成后刀面，所述后刀面为锥形圆弧面，所述后刀面的圆弧半径精度为±0.001mm，圆弧轮廓度小于40nm。

2.根据权利要求1所述的用于光学模具加工的圆弧车刀，其特征在于，所述刀头的前刀面由顶点处开始向下倾斜与刀体的基面形成前角,所述前角角度为0°；所述前刀面自刀头的前刃向所述刀头的焊接面开始向下倾斜，与刀的切削面形成后角，所述后角角度为7°-25°。

3.根据权利要求1所述的用于光学模具加工的圆弧车刀，其特征在于，刀头的前刃圆弧半径为0.003-0.1mm，刀头的前刃圆弧轮廓度为10-40nm。

4.根据权利要求1所述的用于光学模具加工的圆弧车刀，其特征在于，刀头的后刃圆弧半径为0.003-0.1mm，刀头的后刃圆弧轮廓度为10-40nm。

5.根据权利要求1-4任一所述的用于光学模具加工的圆弧车刀，其特征在于，所述前刀面和后刀面的粗糙度小于0.002μm。

6.根据权利要求1-4任一所述的用于光学模具加工的圆弧车刀，其特征在于，所述刀头为钻石。

7.根据权利要求1-4任一所述的用于光学模具加工的圆弧车刀，其特征在于，所述前刀面111晶面和后刀面为钻石的100晶面。

8.一种用于光学模具加工的圆弧车刀加工方法，其特征于，包括以下步骤:

S01、研磨出目标尺寸的刀体；

S02、切割出目标尺寸的刀头，并将所述刀头与所述刀体进行焊接；

S03、研磨出所述刀头基体形状及所述刀头的后刃、前刃及刀体角度，其中刀头的后角角度为7°～25°，刀头的前角角度为0°，刀体角度为15-30°；

S04、将所述前刃和后刃粗加工出圆弧，其中前刃圆弧轮廓度为0.01-0.02mm，前刃圆弧半径为0.033-0.130mm，后刃圆弧轮廓度为0.01-0.02mm，后刃圆弧半径为0.033-0.130mm；

S05、精加工所述前刃和后刃的圆弧，所述前刃圆弧轮廓度小于40nm，前刃圆弧半径为0.003-0.1mm±0.001mm，所述后刃圆弧轮廓度小于40nm，后刃圆弧半径为0.003-0.1mm±0.001mm；

S06、检测刀头刃口状态、刀头圆弧半径及圆弧轮廓度以获得合格的圆弧车刀。

9.根据权利要求1所述的用于光学模具加工的圆弧车刀加工方法，其特征在于，所述焊接方式为真空焊接。

10.根据权利要求8-9任一所述的用于光学模具加工的圆弧车刀加工方法，其特征在于，利用激光显微镜放大20000倍以上进行刀口状态检测。

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