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　　申请号：201410697311.8

       申请人：哈尔滨工业大学

       发明人：陈冰 郭兵 赵清亮

       摘要： 磨削机床及在该机床上加工非球面单晶硅透镜的方法，它涉及一种磨削机床及单晶硅透镜精密磨削加工的方法。本发明为了解决现有的传统非球面透镜磨削加工面形精度低，表面损伤严重，后续抛光量较大，严重降低非球面透镜成形加工效率的问题。装置：真空吸盘安装在工作主轴上，单晶硅工件通过转接夹具安装在真空吸盘上，磨削主轴装在Z轴联动工作台上，圆弧形金刚石砂轮安装在磨削主轴的下端部，圆弧形金刚石砂轮的外圆弧与单晶硅工件表面相接触。方法：单晶硅工件和圆弧型金刚石砂轮的安装；单晶硅工件的外圆面磨削加工；单晶硅基准端面的磨削加工；单晶硅工件的非球凹面磨削加工；单晶硅工件的非球凸面磨削加工。本发明用于非球面单晶硅透镜的加工。

       主权利要求：1.一种磨削机床，它包括X轴联动工作台(1)、工作主轴(2)、Y轴联动工作台(3)和Z轴联动工作台(9)，Y轴联动工作台(3)安装在X轴联动工作台(1)上，工作主轴(2)穿设在Y轴联动工作台(3)上，Z轴联动工作台(9)设置在X轴联动工作台(1)的一侧，其特征在于：所述磨削机床还包括真空吸盘(4)、转接夹具(5)、磨削主轴(6)和圆弧形金刚石砂轮(7)，真空吸盘(4)安装在工作主轴(2)上，单晶硅工件(8)通过转接夹具(5)安装在真空吸盘(4)上，磨削主轴(6)竖直安装在Z轴联动工作台(9)上，圆弧形金刚石砂轮(7)安装在磨削主轴(6)的下端部，圆弧形金刚石砂轮(7)的外圆弧与单晶硅工件(8)表面相接触，所述转接夹具(5)包括圆柱连接端(5-1)和圆柱吸附端(5-2)，圆柱连接端(5-1)和圆柱吸附端(5-2)由左至右依次固定连接并制成一体，且圆柱连接端(5-1)的直径大于圆柱吸附端(5-2)的直径，圆柱连接端(5-1)和圆柱吸附端(5-2)内分别开设两组正反相对设置的阶梯孔(5-3)。

       2.根据权利要求1所述的磨削机床，其特征在于：所述转接夹具(5)的圆柱吸附端 (5-2)的外圆直径小于单晶硅工件(8)的外圆直径2-3mm。

       3.根据权利要求1或2所述的磨削机床，其特征在于：所述圆弧形金刚石砂轮(7) 为树脂基圆弧金刚石砂轮，树脂基圆弧金刚石砂轮的粒度为D3～D7，树脂基圆弧金刚石砂 轮的浓度为50％～100％。

       4.一种使用权利要求1中的磨削机床加工非球面单晶硅透镜的方法，其特征在于：所 述方法通过以下步骤实现的： 步骤一：单晶硅工件(8)和圆弧型金刚石砂轮(7)的安装； 将单晶硅工件(8)贴在真空吸盘转接夹具(5)上，并安装在机床工件主轴(2)的真 空吸盘(4)上，通过工件主轴(2)驱动单晶硅工件(8)旋转运动；将圆弧金刚石砂轮(7) 安装在垂直布置的磨削主轴(6)下端部，由磨削主轴(6)驱动砂轮(7)旋转运动； 步骤二：单晶硅工件(8)的外圆面(20)磨削加工； 采用千分表对工件的外圆面(20)进行圆度测量并调整圆度误差在20～40μm；通过X 轴联动工作台(1)、Y轴联动工作台(3)和Z轴联动工作台(9)的移动使圆弧形金刚石 砂轮(7)接触单晶硅工件(8)外圆面(20)，编制Z轴方向直线运动轨迹进行单晶硅工件 (8)外圆精密磨削加工至所要求尺寸，加工参数为：工作主轴(2)的转速为350～500rpm， 圆弧形金刚石砂轮(7)的转速为4000～8000rpm，磨削深度为2～20μm，磨削进给速度为 10～100mm/min，磨削液为水基乳化液； 步骤三：单晶硅基准端面(21)的磨削加工； 编制X轴方向直线运动轨迹进行单晶硅工件(8)的基准端面(21)精密磨削加工至 端面完全被加工，加工参数为工作主轴(2)的主轴转速为150-250rpm，圆弧形金刚石砂轮 (7)的转速为4000～8000rpm，圆弧形金刚石砂轮(7)的磨削深度为2～20μm，圆弧形金 刚石砂轮(7)的进给速度为1-10mm/min，磨削液为水基乳化液； 步骤四：单晶硅工件(8)的非球凹面(22)磨削加工； 依据圆弧形金刚石砂轮(7)的外径尺寸，编制X-Z平面内非球凹面(22)磨削加工轨 迹进行单晶硅工件(8)的非球凹面(22)精密磨削加工至所要求尺寸，加工参数为工作主 轴(2)的主轴转速为150-250rpm，圆弧形金刚石砂轮(7)的转速为4000～8000rpm，圆弧 形金刚石砂轮(7)的磨削深度为2～20μm，圆弧形金刚石砂轮(7)的进给速度为1-10mm/min， 磨削液为水基乳化液； 步骤五：单晶硅工件(8)的非球凸面(23)磨削加工； 取下非球凹面(22)加工成型的单晶硅工件(8)，以非球凸面(23)与转接夹具(5) 相接触，并安装在机床工件主轴(2)的真空吸盘(4)上；采用千分表对单晶硅工件(8) 的外圆进行圆度测量并调整圆度误差在1μm以内；依据圆弧形金刚石砂轮(7)的外径尺 寸，编制X-Z平面内非球凹面磨削加工轨迹进行单晶硅工件(8)凸面精密磨削加工至所要 求尺寸，加工参数为工作主轴(2)主轴转速为150-250rpm，圆弧形金刚石砂轮(7)的转 速为4000～8000rpm，圆弧形金刚石砂轮(7)的磨削深度为2～20μm，圆弧形金刚石砂轮(7) 的进给速度为1-10mm/min，磨削液为水基乳化液，至此完成了对单晶硅工件(8)的磨削。

       5.根据权利要求4所述的加工非球面单晶硅透镜的方法，其特征在于：所述圆弧形金 刚石砂轮(7)的外径尺寸小于单晶硅工件(8)的非球凹面的最小曲率半径。