申請號：201410697311.8

       申請人：哈爾濱工業大學

       發明人：陳冰 郭兵 趙清亮

       摘要： 磨削機床及在該機床上加工非球面單晶硅透鏡的方法，它涉及一種磨削機床及單晶硅透鏡精密磨削加工的方法。本發明為了解決現有的傳統非球面透鏡磨削加工面形精度低，表面損傷嚴重，后續拋光量較大，嚴重降低非球面透鏡成形加工效率的問題。裝置：真空吸盤安裝在工作主軸上，單晶硅工件通過轉接夾具安裝在真空吸盤上，磨削主軸裝在Z軸聯動工作臺上，圓弧形金剛石砂輪安裝在磨削主軸的下端部，圓弧形金剛石砂輪的外圓弧與單晶硅工件表面相接觸。方法：單晶硅工件和圓弧型金剛石砂輪的安裝；單晶硅工件的外圓面磨削加工；單晶硅基準端面的磨削加工；單晶硅工件的非球凹面磨削加工；單晶硅工件的非球凸面磨削加工。本發明用于非球面單晶硅透鏡的加工。

       主權利要求：1.一種磨削機床，它包括X軸聯動工作臺(1)、工作主軸(2)、Y軸聯動工作臺(3)和Z軸聯動工作臺(9)，Y軸聯動工作臺(3)安裝在X軸聯動工作臺(1)上，工作主軸(2)穿設在Y軸聯動工作臺(3)上，Z軸聯動工作臺(9)設置在X軸聯動工作臺(1)的一側，其特征在于：所述磨削機床還包括真空吸盤(4)、轉接夾具(5)、磨削主軸(6)和圓弧形金剛石砂輪(7)，真空吸盤(4)安裝在工作主軸(2)上，單晶硅工件(8)通過轉接夾具(5)安裝在真空吸盤(4)上，磨削主軸(6)豎直安裝在Z軸聯動工作臺(9)上，圓弧形金剛石砂輪(7)安裝在磨削主軸(6)的下端部，圓弧形金剛石砂輪(7)的外圓弧與單晶硅工件(8)表面相接觸，所述轉接夾具(5)包括圓柱連接端(5-1)和圓柱吸附端(5-2)，圓柱連接端(5-1)和圓柱吸附端(5-2)由左至右依次固定連接并制成一體，且圓柱連接端(5-1)的直徑大于圓柱吸附端(5-2)的直徑，圓柱連接端(5-1)和圓柱吸附端(5-2)內分別開設兩組正反相對設置的階梯孔(5-3)。

       2.根據權利要求1所述的磨削機床，其特征在于：所述轉接夾具(5)的圓柱吸附端 (5-2)的外圓直徑小于單晶硅工件(8)的外圓直徑2-3mm。

       3.根據權利要求1或2所述的磨削機床，其特征在于：所述圓弧形金剛石砂輪(7) 為樹脂基圓弧金剛石砂輪，樹脂基圓弧金剛石砂輪的粒度為D3～D7，樹脂基圓弧金剛石砂 輪的濃度為50％～100％。

       4.一種使用權利要求1中的磨削機床加工非球面單晶硅透鏡的方法，其特征在于：所 述方法通過以下步驟實現的： 步驟一：單晶硅工件(8)和圓弧型金剛石砂輪(7)的安裝； 將單晶硅工件(8)貼在真空吸盤轉接夾具(5)上，并安裝在機床工件主軸(2)的真 空吸盤(4)上，通過工件主軸(2)驅動單晶硅工件(8)旋轉運動；將圓弧金剛石砂輪(7) 安裝在垂直布置的磨削主軸(6)下端部，由磨削主軸(6)驅動砂輪(7)旋轉運動； 步驟二：單晶硅工件(8)的外圓面(20)磨削加工； 采用千分表對工件的外圓面(20)進行圓度測量并調整圓度誤差在20～40μm；通過X 軸聯動工作臺(1)、Y軸聯動工作臺(3)和Z軸聯動工作臺(9)的移動使圓弧形金剛石 砂輪(7)接觸單晶硅工件(8)外圓面(20)，編制Z軸方向直線運動軌跡進行單晶硅工件 (8)外圓精密磨削加工至所要求尺寸，加工參數為：工作主軸(2)的轉速為350～500rpm， 圓弧形金剛石砂輪(7)的轉速為4000～8000rpm，磨削深度為2～20μm，磨削進給速度為 10～100mm/min，磨削液為水基乳化液； 步驟三：單晶硅基準端面(21)的磨削加工； 編制X軸方向直線運動軌跡進行單晶硅工件(8)的基準端面(21)精密磨削加工至 端面完全被加工，加工參數為工作主軸(2)的主軸轉速為150-250rpm，圓弧形金剛石砂輪 (7)的轉速為4000～8000rpm，圓弧形金剛石砂輪(7)的磨削深度為2～20μm，圓弧形金 剛石砂輪(7)的進給速度為1-10mm/min，磨削液為水基乳化液； 步驟四：單晶硅工件(8)的非球凹面(22)磨削加工； 依據圓弧形金剛石砂輪(7)的外徑尺寸，編制X-Z平面內非球凹面(22)磨削加工軌 跡進行單晶硅工件(8)的非球凹面(22)精密磨削加工至所要求尺寸，加工參數為工作主 軸(2)的主軸轉速為150-250rpm，圓弧形金剛石砂輪(7)的轉速為4000～8000rpm，圓弧 形金剛石砂輪(7)的磨削深度為2～20μm，圓弧形金剛石砂輪(7)的進給速度為1-10mm/min， 磨削液為水基乳化液； 步驟五：單晶硅工件(8)的非球凸面(23)磨削加工； 取下非球凹面(22)加工成型的單晶硅工件(8)，以非球凸面(23)與轉接夾具(5) 相接觸，并安裝在機床工件主軸(2)的真空吸盤(4)上；采用千分表對單晶硅工件(8) 的外圓進行圓度測量并調整圓度誤差在1μm以內；依據圓弧形金剛石砂輪(7)的外徑尺 寸，編制X-Z平面內非球凹面磨削加工軌跡進行單晶硅工件(8)凸面精密磨削加工至所要 求尺寸，加工參數為工作主軸(2)主軸轉速為150-250rpm，圓弧形金剛石砂輪(7)的轉 速為4000～8000rpm，圓弧形金剛石砂輪(7)的磨削深度為2～20μm，圓弧形金剛石砂輪(7) 的進給速度為1-10mm/min，磨削液為水基乳化液，至此完成了對單晶硅工件(8)的磨削。

       5.根據權利要求4所述的加工非球面單晶硅透鏡的方法，其特征在于：所述圓弧形金 剛石砂輪(7)的外徑尺寸小于單晶硅工件(8)的非球凹面的最小曲率半徑。