CN116060716A - 一种六面体棱镜的高精度加工装置与方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种六面体棱镜的高精度加工装置与方法，属于超精密加工技术领域，其装置包括有端面切削夹具、端面切削刀具、侧面飞切夹具、侧面飞切刀具，所述端面切削夹具将六面体棱镜固定后，通过所述端面切削刀具进行端面加工，所述侧面飞切夹具将六面体棱镜固定后，通过所述侧面飞切刀具进行侧面加工。本发明提供的六面体棱镜的高精度加工装置结构简单，可避免多次装夹划伤六面体棱镜表面，提升了加工效率和加工精度。
Description
技术领域
本发明属于超精密加工技术领域，更具体地，涉及一种六面体棱镜的高精度加工装置与方法。
背景技术
六面体棱镜广泛应用于航天器导航、精密定轨和轨道预报的高精度测量系统，在地球科学、基础物理和天体物理等领域具有重要意义。六面体棱镜是高精度测量系统的核心器件，既是测量系统的反射镜，又是测量系统的位置基准，因此六面体棱镜具有非常严格的精度指标和材料性能要求。为提高表面反射率，要求六面体棱镜的六个面是粗糙度达到纳米级的无缺陷超光滑表面，并且相邻面的垂直度、相对面的平行度以及尺寸公差等要求极为严苛。
为了减小外界环境对高精度测量系统的干扰，六面体棱镜通常选用导热导电性能良好的材料，比如铜、金、铂等。上述材料都是硬度低，而且都是延展性极高的金属材料。单点金刚石切削技术具有加工效率高、加工自由度高、加工精度高、表面损伤低等优势，是实现六面体棱镜光学级表面质量的一种有效加工手段。在进行六面体棱镜加工时，通常采用传统的台钳装夹六面体棱镜并且每次只能加工单面，通常需要多次进行装夹转换加工面。由于该方法需要多次更换装夹，不仅增加了无效的装夹时间，加工效率较低，而且还可能划伤已加工表面，影响表面质量。同时由于多次装夹，定位基准不断发生改变，六面体棱镜的垂直度、平行度的精度也难以保障。
发明内容
针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种六面体棱镜的高精度加工装置与方法，旨在解决现有技术中六面体棱镜加工效率低、多次装夹时易划伤加工表面、加工精度难以保证的问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种六面体棱镜的高精度加工装置，包括有端面切削夹具、端面切削刀具、侧面飞切夹具、侧面飞切刀具，所述端面切削夹具将六面体棱镜固定后，通过所述端面切削刀具进行端面加工，所述侧面飞切夹具将六面体棱镜固定后，通过所述侧面飞切刀具进行侧面加工，其中：
所述端面切削夹具和机床的主轴连接，所述端面切削夹具包括有和所述主轴固定连接的圆形转接板，所述圆形转接板上设有圆形固定夹具，所述圆形固定夹具和机床真空系统连通用于固定六面体棱镜，所述圆形固定夹具上还设有用于六面体棱镜加工限位的固定架；
所述端面切削刀具和机床的B轴转动平台连接，所述B轴转动平台上可拆卸的连接有T形板，所述端面切削刀具包括有用于和所述T形板固定的刀架，所述刀架上固定有金刚石刀具；
所述侧面飞切夹具和所述B轴转动平台连接，其包括有用于和机床真空系统连通的吸盘夹具；
所述侧面飞切刀具包括有用于切削所述吸盘夹具的第一刀具、用于切削六面体棱镜侧面的第二刀具，所述第一刀具包括有用于和所述主轴连接的自制飞刀盘，所述自制飞刀盘的外壁周向设有金刚石刀具；所述第二刀具包括有用于和所述主轴连接的标准飞刀盘，所述标准飞刀盘的外壁周向设有金刚石刀具。
更进一步地，所述圆形转接板的外壁周向均布有动平衡螺纹孔，所述圆形转接板轴向开设有用于和机床真空系统连通的通孔，所述圆形固定夹具上设有用于和所述通孔连通的真空流道，所述固定架的中间开设有用于六面体棱镜限位的方孔，所述固定架外壁周向设有和所述方孔连通的调节螺纹孔。
更进一步地，所述吸盘夹具包括有用于和所述B轴转动平台固定的圆形底座，所述圆形底座沿轴向设有柱体，所述柱体内部设有气体流道，所述柱体侧壁设有和所述气体流道连通的真空转接头，所述柱体上端设有方形座，所述方形座上设有吸盘凹槽，所述吸盘凹槽和所述气体流道连通形成真空腔体用于吸附固定六面体棱镜，所述方形座外壁还设有气孔。
更进一步地，所述自制飞刀盘包括有盘体，所述盘体端面上分布有至少6个用于和所述主轴通过螺钉连接的沉孔，所述盘体外壁周向均布有动平衡调节螺纹孔，所述盘体沿轴向延伸形成刀具固定部，所述刀具固定部沿径向开设有刀具固定滑槽，所述刀具固定部端面均布有刀具固定螺纹孔。
更进一步地，所述刀架包括有刀架主体，所述刀架主体侧面固定有刀具连接块，金刚石刀具固定在刀具连接块上，所述刀架主体左端设有竖直方向上的L形限位凸台，所述刀具连接块上设有和L形限位凸台对应的限位滑槽，所述刀架主体右端开设有条形沉孔，所述L形限位凸台上设有竖直方向上的定位螺钉。
本发明还提供一种六面体棱镜的高精度加工方法，包括有端面切削工序和侧面飞切工序，包括以下步骤：
选择端面切削工序和侧面飞切工序的先后加工顺序，确定端面切削工序优先，其包括有以下步骤：
S100、安装端面切削夹具：将圆形转接板、圆形固定夹具固定连接，圆形转接板和主轴固定，将机床的真空系统和圆形固定夹具连通；
S101、安装端面切削刀具：先将T形板安装在B轴转动平台上，随后将刀架和金刚石刀具固定后安装在T形板上；
S102、切削端面切削夹具：通过端面切削刀具对圆形固定夹具表面进行切削，检测圆形固定夹具表面是否平整，若表面不平整，则对圆形固定夹具表面再次切削；若表面平整，则进入下一步骤；
S103、安装六面体棱镜：利用真空系统将六面体棱镜吸附固定在圆形固定夹具表面，并安装固定架，对六面体棱镜位置进行调整限位；
S104、进行端面切削加工：调整圆形转接板动平衡，调整金刚石刀具的中心高度，设置加工参数，完成六面体棱镜一个端面加工后，对六面体棱镜进行拆卸，重复步骤S5，完成六面体棱镜两个端面加工；
S105、端面面形精度检测：对六面体棱镜的端面面形精度进行检测，若不符合精度要求，重复步骤S5-S6；若符合精度要求，则进行侧面飞切工序；
S106、安装侧面飞切夹具：将端面切削夹具、端面切削刀具、T形板进行拆卸，并将吸盘夹具通过螺栓和B轴转动平台固定；
S107、飞切侧面飞切夹具：安装第一刀具，自制飞刀盘通过螺栓与机床主轴连接，金刚石刀具通过紧固螺钉与自制飞刀盘固定，调整自制飞刀盘动平衡，调整金刚石刀具的安装位置与吸盘夹具上表面相切，设置加工参数，对吸盘夹具上表面飞切：检测吸盘夹具上表面是否平整，若表面不平整，则再次进行飞切加工；若表面平整，则进入下一步骤；
S108、安装六面体棱镜：利用真空系统将六面体棱镜吸附固定在吸盘夹具上表面；
S109、第二刀具安装：将第一刀具进行拆卸，标准飞刀盘通过螺栓与机床主轴连接，金刚石刀具通过紧固螺钉与标准飞刀盘固定，调整标准飞刀盘动平衡，调整金刚石刀具与六面体棱镜侧面相切，设置加工参数，依次完成六面体棱镜四个侧面的加工；
S110、六面体棱镜侧面精度检测：检测六面体棱镜的四个侧面面形精度是否满足需求，若不满足则再次进行侧面飞切，若满足则完成端侧面飞切；
S111、六面体棱镜整体精度检测：六面体棱镜完成端面切削和侧面飞切后，检测整体的面形精度、平行度、垂直度是否满足，若满足则完成加工，若不满足则再进行端面切削或者侧面飞切加工。
更进一步地，选择端面切削工序和侧面飞切工序的先后加工顺序，确定侧面飞切工序优先，其包括以下步骤：
S200、安装侧面飞切夹具：将端面切削夹具和端面切削刀具进行拆，并将吸盘夹具通过螺栓和B轴转动平台固定；
S201、飞切侧面飞切夹具：安装第一刀具，自制飞刀盘通过螺栓与机床主轴连接，金刚石刀具通过紧固螺钉与自制飞刀盘固定，调整自制飞刀盘动平衡，调整金刚石刀具安装位置与吸盘夹具上表面相切，设置加工参数，对吸盘夹具上表面飞切：检测吸盘夹具上表面是否平整，若表面不平整，则再次进行飞切加工；若表面平整，则进入下一步骤；
S202、安装六面体棱镜：利用真空系统将六面体棱镜吸附固定在吸盘夹具上表面；
S203、第二刀具安装：将第一刀具进行拆卸，标准飞刀盘通过螺栓与机床主轴连接，金刚石刀具通过紧固螺钉与标准飞刀盘固定，调整标准飞刀盘动平衡，调整金刚石刀具与六面体棱镜侧面相切，设置加工参数，依次完成六面体棱镜四个侧面的加工；
S204、六面体棱镜侧面精度检测：检测六面体棱镜的四个侧面面形精度是否满足需求，若不满足则再次进行侧面飞切，若满足则完成端侧面飞切，并进行端面切削工序；
S205、安装端面切削夹具：将吸盘夹具、第二刀具进行拆卸，将圆形转接板、圆形固定夹具固定连接，圆形转接板和主轴固定，将机床的真空系统和圆形固定夹具连通；
S206、安装端面切削刀具：先将T形板安装在B轴转动平台上，随后将刀架和金刚石刀具固定后安装在T形板上；
S207、切削端面切削夹具：通过端面切削刀具对圆形固定夹具表面进行切削，检测圆形固定夹具表面是否平整，若表面不平整，则对圆形固定夹具表面再次切削；若表面平整，则进入下一步骤；
S208、安装六面体棱镜：利用真空系统将六面体棱镜吸附固定在圆形固定夹具表面，并安装固定架，对六面体棱镜位置进行调整限位；
S209、进行端面切削加工：调整圆形转接板动平衡，调整金刚石刀具的中心高度，设置加工参数，完成六面体棱镜一个端面加工后，对六面体棱镜进行拆卸，重复步骤S5，完成六面体棱镜两个端面加工；
S210、端面面形精度检测：对六面体棱镜的端面面形精度进行检测，若不符合精度要求，重复步骤S5-S6；若符合精度要求，则进行侧面飞切工序；
S211、六面体棱镜整体精度检测：六面体棱镜完成端面切削和侧面飞切后，检测整体的面形精度、平行度、垂直度是否满足，若满足则完成加工，若不满足则再进行端面切削或者侧面飞切加工。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：
1.本发明提供的一种六面体棱镜的高精度加工方法，基于单点金刚石切削技术，充分发挥其高精度、高效率和高自由的加工优势，将六面体棱镜加工分解为端面切削和侧面飞切两个工艺步骤，克服了传统单面逐次加工效率低、需多次装夹易划伤加工表面的问题，实现了光学级六面体棱镜的高效率高精度超精密制造需求。
2.本发明提供的的一种六面体棱镜的高精度加工装置，设有端面切削夹具、端面切削刀具，夹具结构简单，装配精度高，在所有的夹具在进行工件装夹前，都采用金刚石刀具精车，极大地消除了夹具应力变形及装夹误差对工件表面成形质量的影响。
3.本发明采用真空系统吸附固定工件，避免了传统夹具的夹持固定方法带来的工件应力变形以及表面划伤，同时降低了装夹误差和装夹难度，提高了装夹精度。
4.本发明设计的自制飞刀盘，设有刀具固定滑槽，并设有固定螺纹孔，可通过螺钉固定金刚石刀具，并且金刚石刀具在刀具固定滑槽内的安装位置可调，使金刚石刀具至夹具表面的加工高度可调，可实现多尺寸夹具表面飞切加工。
附图说明
图1是本发明六面体棱镜的加工流程图；
图2是使用本发明提供的高精度加工装置对六面体棱镜端面切削的工作示意图；
图3是本发明提供的高精度加工装置的吸盘夹具飞切的加工示意图；
图4是使用本发明提供的高精度加工装置对六面体棱镜侧面飞切的工作示意图；
图5是本发明提供的高精度加工装置的端面切削夹具的结构示意图；
图6是本发明提供的高精度加工装置的自制飞刀盘的结构示意图；
图7是本发明提供的高精度加工装置的吸盘夹具的结构示意图。
附图中各数字标记对应的结构为：100-主轴，101-圆形转接板，102-圆形固定夹具，103-固定架，104-六面体棱镜，105-金刚石刀具，106-刀架，107-T形台，108-B轴转动平台，109-自制飞刀盘，110-吸盘夹具，111-标准飞刀盘，101-1-动平衡螺纹孔，101-2-主轴连接孔，101-3-固定螺纹孔，101-4-通孔，102-1-连接孔，102-2-真空流道，102-3-转接螺纹孔，103-1-调节螺纹孔，103-2-固定框连接孔，109-1-调节动平衡螺纹孔，109-2-沉孔，109-3-刀具固定螺纹孔，110-1-吸盘凹槽，110-2-固定螺钉，110-3-气孔，110-4-安装孔，110-5-真空转接头。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
参阅图1至图7，本发明提供一种六面体棱镜的高精度加工装置，其用于和超高精度的四轴机床连接，如图2中所示，其中主轴100为机床的主轴，其工作时可沿轴向转动和轴向移动，B轴转动平台108为机床的安装平台，其工作时可沿轴向转动，同时可沿B轴转动平台上端面所在平面移动，104为六面体棱镜工件，通过主轴100和B轴转动平台可实现工件的四轴加工。
本发明提供的一种六面体棱镜的高精度加工装置，包括有端面切削夹具、端面切削刀具、侧面飞切夹具、侧面飞切刀具，其中，端面切削夹具将六面体棱镜固定后，通过端面切削刀具进行端面加工，先后加工六面体棱镜的两个端面；侧面飞切夹具将六面体棱镜固定后，通过侧面飞切刀具依次对四个侧面进行加工。
具体的，端面切削夹具和机床的主轴100连接，由图2、图5可知，端面切削夹具包括有和主轴100固定连接的圆形转接板101，更进一步地，圆形转接板101和主轴100通过螺钉固定，在圆形转接板101的端面周向均布有主轴连接孔101-2，其中，主轴连接孔101-2的数量至少为6个，用于安装螺钉；圆形转接板101上设有圆形固定夹具102，圆形固定夹具102用于和机床真空系统连通用于吸附固定六面体棱镜的端面，由于六面体棱镜具有自重，同时加工时在主轴100的带动下同步转动，其具有一定的离心力，当离心力大于真空吸附的力时，工件容易飞出，具有一定的安全隐患，因此，为了提高加工时的安全性能，在圆形固定夹具102上还设有用于六面体棱镜加工限位的固定架103；
更进一步地，圆形转接板101的外壁周向均布有动平衡螺纹孔101-1，其中动平衡螺纹孔101-1是用于加工前调整圆形转接板101和主轴100之间的动平衡，为了方便圆形转接板101和圆形固定夹具102之间的连接，在圆形转接板101的端面上均布有固定螺纹孔101-3，在圆形固定夹具102上设有和固定螺纹孔101-3位置对应、数量相同的连接孔102-1；为了实现对六面体棱镜进行真空吸附固定，圆形转接板101轴向开设有用于和机床真空系统连通的通孔101-4，圆形固定夹具102上设有用于和通孔101-4连通的真空流道102-2，当需要固定六面体棱镜时，在真空系统的作用下，通孔101-4和真空流道102-2内形成真空负压，将六面体棱镜端面吸附在圆形固定夹具102表面；固定架103的中间开设有用于六面体棱镜限位的方孔，为了对方孔内的六面体棱镜位置进行调整，在固定架103外壁周向设有和方孔连通的调节螺纹孔103-1，在调节螺纹孔103-1内设置调节螺钉，通过转动调节螺钉，调节螺钉端面抵住六面体棱镜侧壁，调节六面体棱镜侧壁和方孔内壁之间的间隙；更进一步地，圆形固定夹具102和固定架103通过螺钉固定，在固定架103端面上开设由固定框连接孔103-2，圆形固定夹具102上设有和固定框连接孔103-2位置对应、数量相同的102-3转接螺纹孔。
进一步的，端面切削刀具和侧面飞切刀具均包括有金刚石刀具105，端面切削刀具和机床的B轴转动平台108连接，B轴转动平台108上可拆卸的连接有T形板107，端面切削刀具包括有用于和T形板107固定的刀架106，更进一步地，T形板107上均布有T形槽，刀架106通过T形螺母和T形板固定，刀架106上固定有金刚石刀具105，如图2所示，刀架106包括有刀架主体，刀架主体侧面固定有刀具连接块，金刚石刀具固定在刀具连接块上，为方便调节金刚石刀具的高度，刀架主体左端设有竖直方向上的L形限位凸台，刀具连接块上设有和L形限位凸台对应的限位滑槽，刀架主体右端开设有条形沉孔，螺钉穿过条形沉孔和刀具连接块固定，从而对金刚石刀具高度进行调整，为了对高度位置进行定位，L形限位凸台上设有竖直方向上的定位螺钉，用于确定刀具连接块的安装高度；在本实施例中，端面切削刀具不仅可加工六面体棱镜的两个端面，还可加工端面切削夹具，即圆形固定夹具102。侧面飞切夹具和B轴转动平台108连接，其包括有用于和机床真空系统连通的吸盘夹具110；
为了对六面体棱镜的侧面以及吸盘夹具进行加工，侧面飞切刀具包括有用于切削吸盘夹具110的第一刀具、用于切削六面体棱镜侧面的第二刀具，具体的，第一刀具包括有用于和主轴100连接的自制飞刀盘109，自制飞刀盘109的外壁周向设有金刚石刀具；第二刀具包括有用于和主轴100连接的标准飞刀盘111，标准飞刀盘111的外壁周向设有金刚石刀具105。
更进一步地，自制飞刀盘109包括有盘体，盘体端面上分布有至少6个用于和主轴100通过螺钉连接的沉孔109-2，盘体外壁周向均布有动平衡调节螺纹孔109-1，盘体沿轴向延伸形成刀具固定部，为了适用不同尺寸飞切夹具的加工，刀具固定部沿径向开设有刀具固定滑槽，刀具固定部端面均布有和刀具固定滑槽对应的刀具固定螺纹孔109-3，通过调节刀具在刀具固定滑槽内的深度，可调节金刚石刀具至夹具表面的加工深度。
更进一步地，吸盘夹具110包括有用于和B轴转动平台108固定的圆形底座，进一步地，圆形底座上均布有用于和B轴转动平台108螺钉连接的安装孔110-4，圆形底座沿轴向设有柱体，柱体内部设有气体流道，柱体侧壁设有和气体流道连通的真空转接头110-5，柱体上端设有方形座，方形座上设有吸盘凹槽110-1，吸盘凹槽110-1和气体流道连通形成真空腔体用于吸附固定六面体棱镜，方形座外壁还设有气孔110-3；方形座和柱体之间采用固定螺钉110-2固定。
本发明还提供一种六面体棱镜的高精度加工方法，如图1所示，其为六面体棱镜的加工流程，其包括有端面切削工序和侧面飞切工序，包括以下步骤：
在加工前需选择端面切削工序和侧面飞切工序的先后加工顺序，在本次加工中，确定端面切削工序优先，其具体包括有以下步骤：
S100、安装端面切削夹具：将圆形转接板101、圆形固定夹具102固定连接，圆形转接板101和主轴100固定，将机床的真空系统和圆形固定夹具102连通；
S101、安装端面切削刀具：先将T形板107安装在B轴转动平台108上，随后将刀架106和金刚石刀具固定后安装在T形板107上；
S102、切削端面切削夹具：通过端面切削刀具对圆形固定夹具102表面进行切削，检测圆形固定夹具102表面是否平整，若表面不平整，则对圆形固定夹具102表面再次切削；若表面平整，则进入下一步骤；
S103、安装六面体棱镜：利用真空系统将六面体棱镜吸附固定在圆形固定夹具102表面，并安装固定架103，对六面体棱镜104位置进行调整限位；
S104、进行端面切削加工：调整圆形转接板101动平衡，调整金刚石刀具的中心高度，设置加工参数，如设置切深、转速和进给速度等参数，完成六面体棱镜一个端面加工后，对六面体棱镜进行拆卸，重复步骤S5，完成六面体棱镜两个端面加工；
S105、端面面形精度检测：对六面体棱镜的端面面形精度进行检测，若不符合精度要求，重复步骤S5-S6；若符合精度要求，则进行侧面飞切工序；
S106、安装侧面飞切夹具：将端面切削夹具、端面切削刀具、T形板进行拆卸，并将吸盘夹具110通过螺栓和B轴转动平台108固定；
S107、飞切侧面飞切夹具：安装第一刀具，自制飞刀盘109通过螺栓与机床主轴100连接，金刚石刀具通过紧固螺钉与自制飞刀盘109固定，调整自制飞刀盘109动平衡，调整金刚石刀具安装位置与吸盘夹具110上表面相切，设置加工参数，对吸盘夹具110上表面飞切：检测吸盘夹具110上表面是否平整，若表面不平整，则再次进行飞切加工；若表面平整，则进入下一步骤；
S108、安装六面体棱镜：利用真空系统将六面体棱镜吸附固定在吸盘夹具110上表面；
S109、第二刀具安装：将第一刀具进行拆卸，标准飞刀盘111通过螺栓与机床主轴100连接，金刚石刀具通过紧固螺钉与标准飞刀盘111固定，调整标准飞刀盘111动平衡，调整金刚石刀具与六面体棱镜侧面相切，输入加工参数，如设置切深、转速和进给速度等参数，依次完成六面体棱镜四个侧面的加工；
S110、六面体棱镜侧面精度检测：检测六面体棱镜的四个侧面面形精度是否满足需求，若不满足则再次进行侧面飞切，若满足则完成端侧面飞切；
S111、六面体棱镜整体精度检测：六面体棱镜完成端面切削和侧面飞切后，检测整体的面形精度、平行度、垂直度是否满足，若满足则完成加工，若不满足则再进行端面切削或者侧面飞切加工。
由上述可知，在加工过程中，端面切削工序和侧面飞切工序的加工顺序可调换，整个加工过程所需时间相同，在本次加工中，确定侧面飞切工序优先，其包括以下步骤：
S200、安装侧面飞切夹具：将端面切削夹具和端面切削刀具进行拆，并将吸盘夹具110通过螺栓和B轴转动平台108固定；
S201、吸盘夹具110上表面飞切：安装第一刀具，自制飞刀盘109通过螺栓与机床主轴100连接，金刚石刀具通过紧固螺钉与自制飞刀盘109固定，调整自制飞刀盘109动平衡，调整金刚石刀具与吸盘夹具110上表面相切，设置加工参数，对吸盘夹具110上表面飞切：检测吸盘夹具110上表面是否平整，若表面不平整，则再次进行飞切加工；若表面平整，则进入下一步骤；
S202、安装六面体棱镜：利用真空系统将六面体棱镜吸附固定在吸盘夹具110上表面；
S203、第二刀具安装：将第一刀具进行拆卸，标准飞刀盘111通过螺栓与机床主轴100连接，金刚石刀具通过紧固螺钉与标准飞刀盘111固定，调整标准飞刀盘111动平衡，调整金刚石刀具与六面体棱镜侧面相切，输入加工参数，如设置切深、转速和进给速度等参数，依次完成六面体棱镜四个侧面的加工；
S204、六面体棱镜侧面精度检测：检测六面体棱镜的四个侧面面形精度是否满足需求，若不满足则再次进行侧面飞切，若满足则完成端侧面飞切，并进行端面切削工序；
S205、安装端面切削夹具：将吸盘夹具110、第二刀具进行拆卸，将圆形转接板101、圆形固定夹具102固定连接，圆形转接板101和主轴100固定，将机床的真空系统和圆形固定夹具102连通；
S206、安装端面切削刀具：先将T形板107安装在B轴转动平台108上，随后将刀架106和金刚石刀具固定后安装在T形板107上；
S207、切削端面切削夹具：通过端面切削刀具对圆形固定夹具102表面进行切削，检测圆形固定夹具102表面是否平整，若表面不平整，则对圆形固定夹具102表面再次切削；若表面平整，则进入下一步骤；
S208、安装六面体棱镜：利用真空系统将六面体棱镜吸附固定在圆形固定夹具102表面，并安装固定架103，对六面体棱镜104位置进行调整限位；
S209、进行端面切削加工：调整圆形转接板101动平衡，调整金刚石刀具的中心高度，设置加工参数，如设置切深、转速和进给速度等参数，完成六面体棱镜一个端面加工后，对六面体棱镜进行拆卸，重复步骤S5，完成六面体棱镜两个端面加工；
S210、端面面形精度检测：对六面体棱镜的端面面形精度进行检测，若不符合精度要求，重复步骤S5-S6；若符合精度要求，则进行侧面飞切工序；
S211、六面体棱镜整体精度检测：六面体棱镜完成端面切削和侧面飞切后，检测整体的面形精度、平行度、垂直度是否满足，若满足则完成加工，若不满足则再进行端面切削或者侧面飞切加工。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种六面体棱镜的高精度加工装置，其特征在于：包括有端面切削夹具、端面切削刀具、侧面飞切夹具、侧面飞切刀具，所述端面切削夹具将六面体棱镜固定后，通过所述端面切削刀具进行端面加工，所述侧面飞切夹具将六面体棱镜固定后，通过所述侧面飞切刀具进行侧面加工，其中：
所述端面切削夹具和机床的主轴(100)连接，所述端面切削夹具包括有和所述主轴(100)固定连接的圆形转接板(101)，所述圆形转接板(101)上设有圆形固定夹具(102)，所述圆形固定夹具(102)和机床真空系统连通用于固定六面体棱镜，所述圆形固定夹具(102)上还设有用于六面体棱镜加工限位的固定架(103)；
所述端面切削刀具和机床的B轴转动平台(108)连接，所述B轴转动平台(108)上可拆卸的连接有T形板(107)，所述端面切削刀具包括有用于和所述T形板(107)固定的刀架(106)，所述刀架(106)上固定有金刚石刀具；
所述侧面飞切夹具和所述B轴转动平台(108)连接，其包括有用于和机床真空系统连通的吸盘夹具(110)；
所述侧面飞切刀具包括有用于切削所述吸盘夹具(110)的第一刀具、用于切削六面体棱镜侧面的第二刀具，所述第一刀具包括有用于和所述主轴(100)连接的自制飞刀盘(109)，所述自制飞刀盘(109)的外壁周向设有金刚石刀具；所述第二刀具包括有用于和所述主轴(100)连接的标准飞刀盘(111)，所述标准飞刀盘(111)的外壁周向设有金刚石刀具。
2.如权利要求1所述的六面体棱镜的高精度加工装置，其特征在于：所述圆形转接板(101)的外壁周向均布有动平衡螺纹孔(101-1)，所述圆形转接板(101)轴向开设有用于和机床真空系统连通的通孔(101-4)，所述圆形固定夹具(102)上设有用于和所述通孔(101-4)连通的真空流道(102-2)，所述固定架(103)的中间开设有用于六面体棱镜限位的方孔，所述固定架(103)外壁周向设有和所述方孔连通的调节螺纹孔(103-1)。
3.如权利要求1所述的六面体棱镜的高精度加工装置，其特征在于：所述吸盘夹具(110)包括有用于和所述B轴转动平台(108)固定的圆形底座，所述圆形底座沿轴向设有柱体，所述柱体内部设有气体流道，所述柱体侧壁设有和所述气体流道连通的真空转接头(110-5)，所述柱体上端设有方形座，所述方形座上设有吸盘凹槽(110-1)，所述吸盘凹槽(110-1)和所述气体流道连通形成真空腔体用于吸附固定六面体棱镜，所述方形座外壁还设有气孔(110-3)。
4.如权利要求1所述的六面体棱镜的高精度加工装置，其特征在于：所述自制飞刀盘(109)包括有盘体，所述盘体端面上分布有至少6个用于和所述主轴(100)通过螺钉连接的沉孔(109-2)，所述盘体外壁周向均布有动平衡调节螺纹孔(109-1)，所述盘体沿轴向延伸形成刀具固定部，所述刀具固定部沿径向开设有刀具固定滑槽，所述刀具固定部端面均布有刀具固定螺纹孔(109-3)。
5.如权利要求1所述的六面体棱镜的高精度加工装置，其特征在于：所述刀架(106)包括有刀架主体，所述刀架主体侧面固定有刀具连接块，金刚石刀具固定在刀具连接块上，所述刀架主体左端设有竖直方向上的L形限位凸台，所述刀具连接块上设有和L形限位凸台对应的限位滑槽，所述刀架主体右端开设有条形沉孔，所述L形限位凸台上设有竖直方向上的定位螺钉。
6.一种六面体棱镜的高精度加工方法，包括有端面切削工序和侧面飞切工序，包括以下步骤：
选择端面切削工序和侧面飞切工序的先后加工顺序，确定端面切削工序优先，其包括有以下步骤：
S100、安装端面切削夹具：将圆形转接板(101)、圆形固定夹具(102)固定连接，圆形转接板(101)和主轴(100)固定，将机床的真空系统和圆形固定夹具(102)连通；
S101、安装端面切削刀具：先将T形板(107)安装在B轴转动平台(108)上，随后将刀架(106)和金刚石刀具固定后安装在T形板(107)上；
S102、切削端面切削夹具：通过端面切削刀具对圆形固定夹具(102)表面进行切削，检测圆形固定夹具(102)表面是否平整，若表面不平整，则对圆形固定夹具(102)表面再次切削；若表面平整，则进入下一步骤；
S103、安装六面体棱镜：利用真空系统将六面体棱镜吸附固定在圆形固定夹具(102)表面，并安装固定架(103)，对六面体棱镜(104)位置进行调整限位；
S104、进行端面切削加工：调整圆形转接板(101)动平衡，调整金刚石刀具的中心高度，设置加工参数，完成六面体棱镜一个端面加工后，对六面体棱镜进行拆卸，重复步骤S5，完成六面体棱镜两个端面加工；
S105、端面面形精度检测：对六面体棱镜的端面面形精度进行检测，若不符合精度要求，重复步骤S5-S6；若符合精度要求，则进行侧面飞切工序；
S106、安装侧面飞切夹具：将端面切削夹具、端面切削刀具、T形板进行拆卸，并将吸盘夹具(110)通过螺栓和B轴转动平台(108)固定；
S107、飞切侧面飞切夹具：安装第一刀具，自制飞刀盘(109)通过螺栓与机床主轴(100)连接，金刚石刀具通过紧固螺钉与自制飞刀盘(109)固定，调整自制飞刀盘(109)动平衡，调整金刚石刀具安装位置与吸盘夹具(110)上表面相切，设置加工参数，对吸盘夹具(110)上表面飞切：检测吸盘夹具(110)上表面是否平整，若表面不平整，则再次进行飞切加工；若表面平整，则进入下一步骤；
S108、安装六面体棱镜：利用真空系统将六面体棱镜吸附固定在吸盘夹具(110)上表面；
S109、第二刀具安装：将第一刀具进行拆卸，标准飞刀盘(111)通过螺栓与机床主轴(100)连接，金刚石刀具通过紧固螺钉与标准飞刀盘(111)固定，调整标准飞刀盘(111)动平衡，调整金刚石刀具与六面体棱镜侧面相切，设置加工参数，依次完成六面体棱镜四个侧面的加工；
S110、六面体棱镜侧面精度检测：检测六面体棱镜的四个侧面面形精度是否满足需求，若不满足则再次进行侧面飞切，若满足则完成端侧面飞切；
S111、六面体棱镜整体精度检测：六面体棱镜完成端面切削和侧面飞切后，检测整体的面形精度、平行度、垂直度是否满足，若满足则完成加工，若不满足则再进行端面切削或者侧面飞切加工。
7.如权利要求6所述的六面体棱镜的高精度加工方法，其特征在于：选择端面切削工序和侧面飞切工序的先后加工顺序，确定侧面飞切工序优先，其包括以下步骤：
S200、安装侧面飞切夹具：将端面切削夹具和端面切削刀具进行拆，并将吸盘夹具(110)通过螺栓和B轴转动平台(108)固定；
S201、飞切侧面飞切夹具：安装第一刀具，自制飞刀盘(109)通过螺栓与机床主轴(100)连接，金刚石刀具通过紧固螺钉与自制飞刀盘(109)固定，调整自制飞刀盘(109)动平衡，调整金刚石刀具安装位置与吸盘夹具(110)上表面相切，设置加工参数，对吸盘夹具(110)上表面飞切：检测吸盘夹具(110)上表面是否平整，若表面不平整，则再次进行飞切加工；若表面平整，则进入下一步骤；
S202、安装六面体棱镜：利用真空系统将六面体棱镜吸附固定在吸盘夹具(110)上表面；
S203、第二刀具安装：将第一刀具进行拆卸，标准飞刀盘(111)通过螺栓与机床主轴(100)连接，金刚石刀具通过紧固螺钉与标准飞刀盘(111)固定，调整标准飞刀盘(111)动平衡，调整金刚石刀具与六面体棱镜侧面相切，设置加工参数，依次完成六面体棱镜四个侧面的加工；
S204、六面体棱镜侧面精度检测：检测六面体棱镜的四个侧面面形精度是否满足需求，若不满足则再次进行侧面飞切，若满足则完成端侧面飞切，并进行端面切削工序；
S205、安装端面切削夹具：将吸盘夹具(110)、第二刀具进行拆卸，将圆形转接板(101)、圆形固定夹具(102)固定连接，圆形转接板(101)和主轴(100)固定，将机床的真空系统和圆形固定夹具(102)连通；
S206、安装端面切削刀具：先将T形板(107)安装在B轴转动平台(108)上，随后将刀架(106)和金刚石刀具固定后安装在T形板(107)上；
S207、切削端面切削夹具：通过端面切削刀具对圆形固定夹具(102)表面进行切削，检测圆形固定夹具(102)表面是否平整，若表面不平整，则对圆形固定夹具(102)表面再次切削；若表面平整，则进入下一步骤；
S208、安装六面体棱镜：利用真空系统将六面体棱镜吸附固定在圆形固定夹具(102)表面，并安装固定架(103)，对六面体棱镜(104)位置进行调整限位；
S209、进行端面切削加工：调整圆形转接板(101)动平衡，调整金刚石刀具的中心高度，设置加工参数，完成六面体棱镜一个端面加工后，对六面体棱镜进行拆卸，重复步骤S5，完成六面体棱镜两个端面加工；
S210、端面面形精度检测：对六面体棱镜的端面面形精度进行检测，若不符合精度要求，重复步骤S5-S6；若符合精度要求，则进行侧面飞切工序；
S211、六面体棱镜整体精度检测：六面体棱镜完成端面切削和侧面飞切后，检测整体的面形精度、平行度、垂直度是否满足，若满足则完成加工，若不满足则再进行端面切削或者侧面飞切加工。
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| CN202211479636.XA CN116060716B (zh) | 2022-11-24 | 2022-11-24 | 一种六面体棱镜的高精度加工装置与方法 |
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| 谢晋, 耿安兵, 熊长新, 吴新建: "红外线聚光非球面透镜的单点金刚石镜面切削方法", 光学精密工程, no. 06, 25 December 2004 (2004-12-25) * |
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