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基于杠桿模式施載的圓弧刃光柵刻畫刀具刃磨機(jī)床研制

2017-5-17 來源：中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所作者：吉日嘎蘭圖李曉天劉凱張善文巴音

摘要：采用圓弧刃光柵刻畫刀具，實(shí)現(xiàn)在線換刃技術(shù)是解決光柵刻畫刀具使用壽命問題的一種有效的途徑。在線換刃圓弧光柵刻畫刀具對刃口質(zhì)量及精度要求高，刃磨制作工藝難度大，且國內(nèi)外市場幾無此類刃磨設(shè)備，需要自行設(shè)計(jì)制作圓弧刃光柵刻畫刀具刃磨機(jī)床。在圓弧刃光柵刻畫刀具刃磨試驗(yàn)設(shè)備設(shè)計(jì)制作及圓弧刃光柵刻畫刀具刃磨制作工藝研究基礎(chǔ)上，針對圓弧刃光柵刻畫刀具的刃磨特點(diǎn)，設(shè)計(jì)新型的基于杠桿模式施載的圓弧刃光柵刻畫刀具刃磨機(jī)床；根據(jù)傳統(tǒng)機(jī)床的設(shè)計(jì)程序，對刃磨機(jī)床的功能、總體設(shè)計(jì)及詳細(xì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)展開研究，并對施載與微進(jìn)給機(jī)構(gòu)進(jìn)行了振動分析，排除了出現(xiàn)共振的可能性。最后完成了該機(jī)床的機(jī)械裝調(diào)，并刃磨制作一把圓弧刃光柵刻畫刀具，其定向角∠D=63 °，刀尖角∠J=90 °，刃圓半徑R=8.56mm，在460 倍體視顯微鏡下觀察無崩口等缺陷，刃口弧線清晰可見。刀具檢測及觀測結(jié)果表明，所設(shè)計(jì)的圓弧刃刀具刃磨機(jī)床適用于圓弧刃光柵刻畫刀具的刃磨制作，所采用的分析及設(shè)計(jì)方法對圓弧刃刀具刃磨機(jī)床及其他機(jī)床的設(shè)計(jì)和研制具有實(shí)際指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：杠桿模式；圓弧刃；光柵刻畫刀；刃磨機(jī)床

0.前言

傳統(tǒng)的機(jī)械刻畫光柵是劈型刀刃通過光學(xué)基底上的金屬鍍層擠壓、擦光過程，將鍍層表面加工成型為周期性V型刻槽的過程，且整個加工工藝過程中不產(chǎn)生切屑[1-2]。一直以來，在光柵刻畫過程中，刀具的壽命極為重要[3-5]，雖然刀具材料選用世界上最硬的天然金剛石，但是劈型刀具的單次刃的壽命也會具有很大的局限性。采用圓弧刃光柵刻畫刀具，實(shí)現(xiàn)在線換刃技術(shù)是解決光柵刻畫刀具使用壽命問題的一種有效的途徑?？稍诰€換刃圓弧光柵刻畫刀具對刃口質(zhì)量及精度要求高，刃磨制作工藝難度大，而且國內(nèi)外市場幾無此類刃磨設(shè)備，需要自行設(shè)計(jì)制作圓弧刃光柵刻畫刀具刃磨機(jī)床[6-7]。

近年來，中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所試制過圓弧刃光柵刻畫刀具刃磨試驗(yàn)設(shè)備，并對圓弧刃光柵刻畫刀具刃磨制備工藝進(jìn)行了一系列的研究，尤其是國家重大科研裝備研制項(xiàng)目(大型高精度衍射光柵刻畫系統(tǒng)研制)，其驗(yàn)收指標(biāo)為420mm×650 mm 的大尺寸、高精度衍射光柵的刻畫制作，因此，將圓弧刃光柵刻畫刀具的研制當(dāng)成必須突破的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。

鑒于此，本文在圓弧刃光柵刻畫刀具刃磨試驗(yàn)設(shè)備設(shè)計(jì)制作及圓弧刃光柵刻畫刀具刃磨制作工藝研究基礎(chǔ)上，針對圓弧刃光柵刻畫刀具的刃磨特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了新型的基于杠桿模式施載的圓弧刃光柵刻畫刀具刃磨機(jī)床；根據(jù)傳統(tǒng)機(jī)床的設(shè)計(jì)程序，對刃磨機(jī)床功能進(jìn)行分析，對總體及詳細(xì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，并對施載與微進(jìn)給機(jī)構(gòu)進(jìn)行了振動分析，排除了出現(xiàn)共振的可能性；最終設(shè)計(jì)制造了基于杠桿模式施載的圓弧刃光柵刻畫刀具刃磨機(jī)床，并刃磨出一把合格的圓弧刃光柵刻畫刀具。

1.刃磨機(jī)床總體設(shè)計(jì)

1.1 刃磨機(jī)床功能及性能參數(shù)

圓弧刃光柵刻畫刀具刃磨機(jī)床的設(shè)計(jì)目的是為了實(shí)現(xiàn)在線換刃光柵刻畫刀具的刃磨制作。圓弧刃光柵刻畫刀具的圓弧刃是由兩個相對的圓錐面同心相交而成的，其刃磨方式見圖1。從示意圖中可以看出，圓弧刃光柵刻畫刀具的定向角及非定向角是由圓錐半角決定的，圓錐面同心相交而構(gòu)成的圓弧半徑?jīng)Q定了圓弧刃光柵刻畫刀具刃圓半徑。圓錐面研磨過程中其圓錐半角始終不變，即定向角或非定向角固定不變。開始研磨圓錐面時，根據(jù)刀具結(jié)構(gòu)參數(shù)，確定所要研磨圓錐面的圓錐半角θ，并將往返擺動軸繞O'軸旋轉(zhuǎn)至與磨盤形成θ 角。

圖1 圓弧刃光柵刻畫刀的刃磨方式

圓弧刃光柵刻畫刀具刃磨過程是兩個圓錐面的高精度、自動刃磨過程。根據(jù)傳統(tǒng)機(jī)床設(shè)計(jì)方法，圓弧刃光柵刻畫刀具刃磨機(jī)床的設(shè)計(jì)也是由機(jī)械系統(tǒng)及控制系統(tǒng)組成[8-11]，本文設(shè)計(jì)的刃磨機(jī)床所需實(shí)現(xiàn)的功能見圖2，具體說明如下。

圖2 機(jī)床的主要功能框圖

(1) 金剛石晶體具有各向異性，圓錐面上各點(diǎn)的磨削率不盡相同，因此需要設(shè)計(jì)平穩(wěn)且可實(shí)現(xiàn)刃磨軌跡連續(xù)變化的磨盤運(yùn)動方案，保證金剛石圓錐面的均勻、高質(zhì)量的刃磨。

(2) 金剛石刀具的刃磨需要施加適當(dāng)?shù)妮d荷，設(shè)計(jì)合理的施載模式對金剛石刀具的高精度刃磨極其重要。載荷大小及施載模式是決定刀具刃磨效率及刃磨質(zhì)量的一個關(guān)鍵因素。施載與微進(jìn)給技術(shù)是刃磨機(jī)床設(shè)計(jì)的難點(diǎn)，也是本文主要研究的關(guān)鍵技術(shù)之一。

(3) 圓弧刃光柵刻畫刀具的刃磨需要設(shè)計(jì)一個平穩(wěn)的擺動運(yùn)動機(jī)構(gòu)，擺動中心為雙圓錐中心。刃磨機(jī)床通過往返擺動運(yùn)動來實(shí)現(xiàn)金剛石刀具圓錐面的研磨，擺動運(yùn)動機(jī)構(gòu)的精度及穩(wěn)定性直接影響圓弧刃的質(zhì)量及精度。

(4) 根據(jù)光柵刻畫刀具的定向角及刀尖角參數(shù)選取范圍，圓弧刃光柵刻畫刀具刃磨機(jī)床的往返擺動軸與磨盤的夾角設(shè)計(jì)為10°～80°范圍內(nèi)可調(diào)。圓弧刃光柵刻畫刀具刃磨對機(jī)床主要性能參數(shù)的要求如下。

(1) 磨盤運(yùn)動主軸系統(tǒng)：總端面跳動≤1 μm，采用氣浮軸承結(jié)構(gòu)，主軸轉(zhuǎn)速0～5 000 r/min，可正反轉(zhuǎn)。

(2) 施載模式及大小：施載范圍0～20 N，采用重錘模式。

(3) 擺動運(yùn)動機(jī)構(gòu)：徑向跳動≤2 μm，端面跳動≤2 μm，轉(zhuǎn)速0～6 r/min，可實(shí)現(xiàn)0～360°內(nèi)往返偏擺，采用機(jī)械主軸結(jié)構(gòu)。

1.2 刃磨機(jī)床總體設(shè)計(jì)

在研究圓弧刃光柵刻畫刀具刃磨機(jī)床的功能及其刃磨工藝方式的基礎(chǔ)上，對圓弧刃光柵刻畫刀具刃磨機(jī)床進(jìn)行了總體設(shè)計(jì)，如圖3 所示。主要由磨盤系統(tǒng)、刀架系統(tǒng)、坐標(biāo)系統(tǒng)及施載與微進(jìn)給系統(tǒng)組成。

圖3 刃磨機(jī)床運(yùn)動方式

1.2.1 磨盤系統(tǒng)設(shè)計(jì)

金剛石在磨盤的固定位置研磨時，很容易出現(xiàn)同一個方向的較深研磨劃痕。因此，在傳統(tǒng)劈型刀具的刃磨過程中，通常采用刀具在磨盤上高速研磨的同時，另加一個與研磨方向成一定角度的手動拋光工序的方法，獲得無劃痕的金剛石研磨面。然而，可在線換刃圓弧刃光柵刻畫刀具的圓弧刃精度要求高，手動拋光工序已滿足不了要求。另外，金剛石晶體的各向異性使得圓錐面上各點(diǎn)的磨削率不盡相同，且刀具偏擺軸的幾度范圍內(nèi)的小轉(zhuǎn)動都能引起金剛石圓錐面上易磨損方向的較大角度的變化[12-14]。經(jīng)研究刀具在磨盤上的位置連續(xù)變動或磨盤的行星運(yùn)動均可滿足圓錐面上的研磨軌跡連續(xù)變化要求，但是考慮到刃磨機(jī)床三個坐標(biāo)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)精度較低，且所涉及機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，刀架系統(tǒng)、微進(jìn)給系統(tǒng)、施載系統(tǒng)等的質(zhì)量較大，增加慣性；轉(zhuǎn)換坐標(biāo)或電動機(jī)正反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換時容易引起刀具振動，影響刃磨質(zhì)量。

因此，圓弧刃光柵刻畫刀具刃磨機(jī)床采用了自轉(zhuǎn)與公轉(zhuǎn)相結(jié)合的行星運(yùn)動研磨方案，具體實(shí)現(xiàn)方法是在1 100 mm×1 100 mm×200 mm 花崗巖平臺上安裝固定行星氣浮軸系的外套，將磨盤氣浮主軸外套安裝于行星氣浮軸可調(diào)偏心位置上，整體結(jié)構(gòu)屬立式結(jié)構(gòu)，最終實(shí)現(xiàn)研磨主軸(A)通過公轉(zhuǎn)軸(B)實(shí)現(xiàn)行星運(yùn)動軌跡；磨盤主軸額定轉(zhuǎn)速3 000 r/min，公轉(zhuǎn)軸額定轉(zhuǎn)速100 r/min。

1.2.2 刀架系統(tǒng)設(shè)計(jì)

刀架系統(tǒng)是由低速偏擺的往返擺動軸(C)及刃磨角度調(diào)整機(jī)構(gòu)(D)組成的，偏擺速率范圍要求在1～6 次/min以內(nèi)。從低速功率及穩(wěn)定性考慮，采用了德國FAULHABER集團(tuán)無刷伺服電動機(jī)，內(nèi)置減速比為66:1 的微型減速機(jī)，最終扭矩2.6 N·m，通過柔性聯(lián)軸器連接到徑向跳動及軸向跳動都優(yōu)于2 μm的機(jī)械主軸，實(shí)現(xiàn)刀具刃磨時的往返擺動運(yùn)動[15]。刃磨角度調(diào)整機(jī)構(gòu)是由高精度編碼器、蝸輪蝸桿減速器、微型步進(jìn)電動機(jī)及鎖緊機(jī)構(gòu)組成的系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)刃磨角度高精度定位及調(diào)整。圓弧刃光柵刻畫刀具刃磨過程中所需的偏擺角度范圍主要由圓弧刃刀具設(shè)計(jì)參數(shù)，如刃圓半徑、刀具定向角及刀尖角所決定。

1.2.3 坐標(biāo)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

圓弧刃光柵刻畫刀具刃磨機(jī)床的坐標(biāo)系統(tǒng)主要由X、Y、Z軸組成，其中Z軸分解為Z1和Z2軸；X、Y、Z1軸的運(yùn)動精度要求不高，主要是用于刀具刃磨位置調(diào)整及刃磨質(zhì)量觀測，而Z2軸的精度要求高，用于刀具刃磨時的微進(jìn)給。圓弧刃光柵刻畫刀具刃磨機(jī)床的Z軸是由Z1軸向位置調(diào)整機(jī)構(gòu)和Z2軸向微進(jìn)給系統(tǒng)組成。Z1軸向位置調(diào)整機(jī)構(gòu)采用了精密滾珠直線導(dǎo)軌及小導(dǎo)程(3 mm)精密滾珠絲杠結(jié)構(gòu)，驅(qū)動方案選用了德國FAULHABER集團(tuán)無刷伺服電動機(jī)，內(nèi)置減速比為156:1 的微型減速機(jī)，最終扭矩達(dá)5.3 N·m。Z1軸向位置調(diào)整機(jī)構(gòu)主要是用于圓錐面研磨時較大幅度的調(diào)整圓錐半角，從而使磨盤與刀具間距處于微進(jìn)給范圍內(nèi)，并可實(shí)現(xiàn)定位可鎖緊。

1.2.4 施載與微進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)

光柵刻畫刀具是一個非常精密的刀具類型，傳統(tǒng)的光柵刻畫刀具是手工刃磨制作的劈型刀，主刃線是由兩個平面研磨相交而成，手工刃磨金剛石劈型光柵刻畫刀具時可人工施加一定的研磨載荷，同時人手能滿足刀具刃磨時的刀具隨磨盤轉(zhuǎn)動時的Z向的隨動性，但是手工刃磨刀具很大程度上依賴于手工刃磨經(jīng)驗(yàn)，且手工刃磨方法無法實(shí)現(xiàn)高精度圓弧刃光柵刻畫刀具刃磨。因此，設(shè)計(jì)圓弧刃光柵刻畫刀具刃磨機(jī)床時需要設(shè)計(jì)與其刃磨工藝相應(yīng)的施載與進(jìn)給方案，第2節(jié)將詳細(xì)設(shè)計(jì)分析此關(guān)鍵技術(shù)。

2.施載與微進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 施載與微進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)及分析

本文擬采用基于杠桿原理的重錘模式施載方案(圖4)。

圖4 杠桿模式施載方案

施載方案數(shù)學(xué)表達(dá)式見式(1)，其中FA和FP為磨盤對刀具研磨處A 點(diǎn)的支撐力(即刀具研磨施載)和單向限位處P 點(diǎn)的支撐力，其他參數(shù)為各個支撐點(diǎn)或自重及配重相應(yīng)的力臂長度

文1

圓弧刃光柵刻畫刀具刃磨時基于杠桿原理的重錘模式施載方案具體實(shí)現(xiàn)方式是根據(jù)杠桿原理，杠桿一端設(shè)為固定載荷端，由刀架系統(tǒng)、微進(jìn)給機(jī)構(gòu)及部分杠桿重量之和，杠桿中心軸通過軸承安裝于床身，杠桿另一端設(shè)為可調(diào)載荷端，是由配重塊、配重塊位置調(diào)整機(jī)構(gòu)組成的[16-19]。杠桿固定載荷端的力臂的長度是固定的，刀具刃磨時的研磨壓力的大小是通過配重塊位置調(diào)整來實(shí)現(xiàn)的。杠桿中心軸到配重塊的距離為可調(diào)載荷端的力臂長度，調(diào)載荷端的力臂長度大，則刃磨壓力??；調(diào)載荷端的力臂長度小，則刃磨壓力大。實(shí)現(xiàn)光柵刻畫刀具刃磨時的施載，是通過杠桿一端力矩的改變而實(shí)現(xiàn)刀具刃磨壓力的調(diào)節(jié)。圓弧刃光柵刻畫刀具刃磨施載機(jī)構(gòu)見圖5。

微進(jìn)給方案采用通過杠桿原理實(shí)現(xiàn)的重力載荷下的.Z 單向微米級的“放”給模式，且+Z 方向刀具可實(shí)現(xiàn)與磨盤隨動。隨動機(jī)構(gòu)擬采用氣浮矩形導(dǎo)軌，實(shí)現(xiàn)Z 向?qū)蚣暗毒唠S動，且在X、Y 水平方向上實(shí)現(xiàn)約束。圓弧刃光柵刻畫刀具刃磨微進(jìn)給機(jī)構(gòu)見圖6。

施載機(jī)構(gòu)與微進(jìn)給機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)制作后，在A 和P處安裝了重力傳感器，在靜態(tài)測試了進(jìn)給量與各點(diǎn)受力分布情況，見表1。進(jìn)給執(zhí)行機(jī)構(gòu)為由德國PI精密直線電動機(jī)與高精度矩形氣浮導(dǎo)軌構(gòu)成的精密機(jī)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)優(yōu)于2 μm 的進(jìn)給精度。采用精密直線電動機(jī)直聯(lián)高精度矩形氣浮導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)，提高了進(jìn)給剛度，減少了精度傳遞環(huán)節(jié)，保證了刀具向磨盤的微米級的進(jìn)給精度。另外，采用小摩擦因數(shù)的矩形氣浮導(dǎo)軌導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，提高了進(jìn)給靈敏度及效率。

表 1 靜態(tài)測量進(jìn)給量與支撐點(diǎn)受力情況

從表 1 能看出，靜止(即磨盤不轉(zhuǎn)動)狀態(tài)下進(jìn)給量超過2 μm 時，P 點(diǎn)的載荷直接轉(zhuǎn)移到A 點(diǎn)，顯然此時P 點(diǎn)的載荷變?yōu)榱?。但是由于?shí)際磨盤面具有一定的平面度誤差范圍，刀具刃磨過程中磨盤高速旋轉(zhuǎn)使刀具刃磨表面與磨盤間產(chǎn)生微米級的“動態(tài)接觸區(qū)域”。正因?yàn)檫@個“動態(tài)接觸區(qū)域”的存在，使得在刀具刃磨過程中重力載荷下的Z 單向微米級的“放”給模式成為可能。從表2 能看出，運(yùn)動(即磨盤轉(zhuǎn)動)狀態(tài)下進(jìn)給量超過8 μm 時，P 點(diǎn)的載荷完全轉(zhuǎn)移到A 點(diǎn)。由于在磨盤轉(zhuǎn)動情況下無法測量A 點(diǎn)的壓力，因此A 點(diǎn)的數(shù)據(jù)是通過式(2)計(jì)算出來的。因此完全可以通過P 點(diǎn)的重力傳感器測FP，間接的求FA，并與微進(jìn)給系統(tǒng)相結(jié)合實(shí)現(xiàn)智能控制模式?；诟軛U原理的施載及重力載荷下的Z 單向微米級的“放”給模式微進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案是本文的一項(xiàng)技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)。

表 2 動態(tài)測量進(jìn)給量與支撐點(diǎn)受力情況對比表

2.2 機(jī)床的動態(tài)特性分析

機(jī)床的主要振源是磨盤系統(tǒng)高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的振動，磨盤系統(tǒng)額定轉(zhuǎn)速為3 000 r/min，與其相應(yīng)的頻率值為50 Hz，根據(jù)測試刀具刃磨時與較大振幅相對應(yīng)的振動頻率值分別為48 Hz、96 Hz。由于刀具刃磨時金剛石、磨粒及高磷鑄鐵磨盤間的高速、激烈的摩擦運(yùn)動，不可避免地引起刀具振動，但磨盤系統(tǒng)振源能否引起施載與微進(jìn)給機(jī)構(gòu)的共振，是圓弧刃光柵刻畫刀具刃磨機(jī)床設(shè)計(jì)的重點(diǎn)考慮的問[20-24]。本文設(shè)計(jì)的刃磨機(jī)床是由磨盤系統(tǒng)、刀架系統(tǒng)、坐標(biāo)系統(tǒng)、施載與微進(jìn)給系統(tǒng)四部分組成。由于磨盤系統(tǒng)采用現(xiàn)有的磨盤系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法并且磨盤系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)較為簡單，已經(jīng)實(shí)測得到了該系統(tǒng)的動態(tài)性能參數(shù)(固有頻率等)，并在上文中給出。因此，在對機(jī)床的整機(jī)動態(tài)特性分析過程中，沒有將磨盤系統(tǒng)包含在內(nèi)，主要對除磨盤以外的刃磨機(jī)床主要結(jié)構(gòu)，即刀架系統(tǒng)、坐標(biāo)系統(tǒng)及施載與微進(jìn)給系統(tǒng)進(jìn)行了動態(tài)性能分析。

經(jīng)過對刃磨機(jī)床主要結(jié)構(gòu)的具體結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，最終得出了能夠避開上述固有振動頻率的機(jī)床主要結(jié)構(gòu)，其模態(tài)分析結(jié)果列于表3，其中頻率為107.69 Hz、259.57 Hz 的模態(tài)分析結(jié)果見圖7 和圖8。從上述模態(tài)分析結(jié)果可看，在磨盤50 Hz頻率振源的激勵下，刃磨機(jī)床主要結(jié)構(gòu)(包括刀架系統(tǒng)、坐標(biāo)系統(tǒng)及施載與微進(jìn)給系統(tǒng))中出現(xiàn)的振動頻率最小值為107.69 Hz，這個值與振源激勵頻率50Hz 相差甚遠(yuǎn)，所以排除刃磨機(jī)床產(chǎn)生共振的可能性，說明此結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理。

本文提出基于杠桿模式施載的圓弧刃光柵刻畫刀具刃磨機(jī)床是為圓弧刃光柵刻畫刀具刃磨工藝特性而量身設(shè)計(jì)的刀具刃磨機(jī)床。此設(shè)計(jì)方案是否能夠滿足圓弧刃光柵刻畫刀具的刃磨制作，只能通過相應(yīng)的實(shí)際刀具刃磨試驗(yàn)來加以說明。鑒于此，本文選用了純度及透明度較高的八面體金剛石作為刀頭材料，制作了圓弧刃光柵刻畫刀具特殊的刀體，將天然金剛石按焊接面與刀體焊合，并安裝于刀架機(jī)構(gòu)上，進(jìn)行研磨?？紤]到圓錐面研磨工藝特殊性，將金剛石八面體的兩個110 脊線分別置于兩個圓錐面上，且與刀刃中間點(diǎn)處切線垂直。圓錐面研磨初期，將圓錐面分成若干個平面分別研磨，采用10 N研磨壓力及5 μm 的金剛石研磨膏；刃磨階段采用5N 研磨壓力及0.5 μm 的金剛石研磨膏，使用往返運(yùn)動擺軸，偏擺研磨，將若干個平面研磨成圓錐面。最終采用基于杠桿模式施載的圓弧刃光柵刻畫刀具刃磨機(jī)床，刃磨制作了一把圓弧刃光柵刻畫刀具，在460 倍體視顯微鏡下觀察無崩口等缺陷，刃口弧線清晰可見。圖9a 為正在刃磨過程中的刃磨機(jī)床，圖9b 為刃磨制作的圓弧刃光柵刻畫刀具，其具體參數(shù)見表4。

表 3 刃磨機(jī)床主要結(jié)構(gòu)振動分析結(jié)果

表 4 圓弧刃光柵刻畫刀具參數(shù)

3.試驗(yàn)結(jié)果

圓弧刃半徑是采用體視顯微鏡測得，定向角及刀尖角是通過光柵刻畫刀具測角儀測得，刃口鋒利度及粗糙度均采用原子力顯微鏡測得。

4.結(jié)論

本文針對圓弧刃光柵刻畫刀具的刃磨，研制了一臺圓弧刃光柵刻畫刀具刃磨機(jī)床，采用了基于杠桿模式的施載與微進(jìn)給技術(shù)，刃磨出定向角∠D=63°、刀尖角∠J=90°和刃圓半徑R=8.56 mm 的圓弧刃光柵刻畫刀具，測試結(jié)果表明：刃口鋒利度為150 nm、刃口表面粗糙度為5 nm、刀刃在460 倍體視顯微鏡下觀察無崩口等缺陷、弧線清晰可見，刀刃質(zhì)量能夠滿足光柵刻畫要求?；诟軛U模式施載與微進(jìn)給技術(shù)不僅適用于圓弧刃光柵刻畫刀具的刃磨制作，而且對其他金剛石刀具刃磨機(jī)床的設(shè)計(jì)具有指導(dǎo)意義。此外，由于圓弧刃光柵刻畫刀具刃磨過程較為復(fù)雜，且刃磨運(yùn)動由多軸聯(lián)動運(yùn)動組成，其耦合軌跡對刀具刃磨精度的影響規(guī)律有待深入研究。

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