切削机构及切削系统

本发明涉及光学零件制造设备领域，特别涉及一种一种切削机构及切削系统。

背景技术：

1、光学零件的制造主要分为两类，以零件最终的成型结构分为平面(回转对称零件)和自由曲面(非回转对称零件)。以零件的可加工性分为两类，塑性易加工材料和硬脆性难加工材料。对于塑性易加工的(平面和自由曲面)、以及脆性难加工平面零件。现在都有相关的加工方法能够实现。但对于脆性的自由曲面零件，目前还没有较好的加工方法在保证加工效率、形貌精度、表面质量和亚表面质量的情况下实施加工。简言之，现有的加工方法要不然做不出来，或做出来质量差无法使用。

2、平面零件结构简单，采用普通的加工方法即可得到满足要求的表面形貌和表面精度。非回转对称零件，主要指零件包含自由曲面。或零件包含微槽，微透镜、微棱镜、微反射镜阵列。由于自由曲面零件形状不规则，尺寸较小，无法通过普通的加工工艺制造，更遑论加工过程中保证其形貌精度和表面质量精度的问题了。

3、自由曲面和微阵列的传统加工方法主要有以下几种：磨削抛光工艺、增材成型工艺、铣削工艺、特种加工工艺(电子束、离子束)、光刻工艺以及快速、慢速刀具伺服工艺。以加工后的产品质量(形貌精度和表面质量精度)高低来排序，光刻工艺在微尺寸加工上精度最高，效果最好的。但是该加工工艺门槛高，装置设备复杂，成本高昂。磨削抛光工艺、增材成型工艺、铣削工艺、特种加工工艺(电子束、离子束)工艺门槛一般，装置设备一般，成本一般但是产品质量较低。而快速刀具伺服工艺能够在保证生产周期和生产成本较低的情况下，同时保证形貌精度、表面质量和亚表面质量。

4、对于传统的快速刀具伺服系统，如果被加工件材料特性好、成型性、切削性好，即传统意义上的材料较软适合切削。则该加工件加工完成后的自由曲面或是微阵列系统的产品质量会比较理想。但对于一些脆硬材料的加工件，例如硅片、融石英、碳化硅，则被加工件的成型性、切削性则不佳，在加工过程中，切削会不规则的崩碎，材料去除不连贯，导致产品质量难以控制。

5、而脆性难加工自由曲面零件，恰好就是应用在光学和国防设备中的关键光学零件。例如光刻机反射折射镜、芯片微电子透镜、导弹整流罩等。

技术实现思路

1、本发明的主要目的是提出一种切削机构及切削系统，旨在解决非平面光学零件的加工质量的技术问题。

2、为实现上述目的，本发明提出一种切削机构，其特征在于，包括：

3、刀具，包括刃口，所述刀具的材料为透光材料，所述刀具包括变焦曲面；

4、激光组件，配置成发射激光由所述变焦曲面透入所述刀具内；

5、其中，所述变焦曲面配置成能够对透过的所述激光进行分散，并使透过所述变焦曲面的所述激光的所形成的光斑覆盖所述刃口。

6、在一些实施例中，所述刃口具有相对布置的第一端以及第二端，由所述第一端指向所述第二端的方向为第一方向；

7、所述变焦曲面配置成使透过所述变焦曲面的所述激光的所形成的光斑呈预设形状，且所述光斑沿所述第一方向的尺寸大于沿与所述第一方向不平行的其他方向的尺寸。

8、在一些实施例中，所述变焦曲面位于所述刀具背离所述刃口的一侧。

9、在一些实施例中，所述激光组件包括激光发生装置，所述激光发生装置产生的激光直接射向所述变焦曲面。

10、在一些实施例中，所述激光组件包括激光发生装置以及激光调节装置，所述激光发生装置用于产生所述激光，所述激光调节装置用于改变所述激光的路径和/或对所述激光进行聚焦。

11、在一些实施例中，所述激光调节装置包括反射部，所述反射部通过反射所述激光从而改变所述激光的路径；和/或，所述激光调节装置包括折射部，所述激光穿过所述折射部后发生折射从而调整所述激光的路径。

12、在一些实施例中，所述激光调节装置包括反射部，所述反射部包括用于反射所述激光的反射镜，所述反射镜包括第一反射面，所述反射镜设于所述变焦曲面背离所述刃口的一侧，所述激光发生装置设于所述反射镜沿所述第一方向的一侧并朝所述第一反射面发射所述激光；

13、或者；

14、所述激光调节装置包括反射部，所述反射部包括用于反射所述激光的全反射棱镜，所述全反射棱镜包括第二反射面，所述全反射棱镜设于所述变焦曲面背离所述刃口的一侧，所述激光发生装置设于所述全反射棱镜沿所述第一方向的一侧并朝所述第二反射面发射所述激光；

15、或者；

16、所述激光调节装置包括折射部，所述折射部设于所述变焦曲面背离所述刃口的一侧，所述激光发生装置设于所述折射部背离所述变焦曲面的一侧，所述激光发生装置发射的所述激光穿过所述折射部至所述变焦曲面。

17、在一些实施例中，所述切削机构还包括驱动部，所述驱动部配置成驱动所述刀具进行进给运动。

18、在一些实施例中，所述变焦曲面位于所述刀具背离所述刃口的一侧，由所述变焦曲面至所述刃口的方向为第二方向；

19、所述切削机构还包括控制器，所述控制器与所述驱动部耦合，所述控制器配置成用于获取控制信号，并根据所述控制信号控制所述驱动部驱动所述刀具沿第二方向平移。

20、本发明的第二方面还提供了一种切削系统，其特征在于，包括上述实施例中任一项所述的切削机构。

21、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

22、在本发明的技术方案中，切削机构包括刀具以及激光组件。刀具包括用于切削加工件的刃口以及变焦曲面，且该刀具的材料为透光材料。激光组件配置为能够发射激光，该激光能够由变焦曲面投入至刀具内。变焦曲面配置成能够对透过的激光进行分散，并使透过变焦曲面的激光的所形成的光斑覆盖刃口。透出于刀具的激光辐照于加工件待加工处，从而改变加工件待加工处的材料性质，以便于降低切削力而提高材料去除率，减小加工损伤，提高加工质量。

23、相关技术中，虽然激光能够透过刀具对焦于加工件上，但刀具在对加工件切削加工过程中，由于加工件加工外形的变化，刃口的切削点会随工件的加工外形变化。相关技术中的激光只能始终透过刀具的某一个位置，即激光透过刀具的位置不随刃口的切削点的改变而改变，导致激光不能精准地对焦于刃口的切削点，进而使得激光无法有效辐照于工件待加工处。而本发明的切削机构中，通过变焦曲面能够使激光分散，并使透过变焦曲面的激光所形成的光斑覆盖于刃口，从而使得透出于刀具的激光能够辐照于加工件待切削处，以使工件待切削处的材料性质能够改变。于是具有该切削机构的切削系统能够有效提高脆硬材料的加工质量。

技术特征：

1.一种切削机构，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的切削机构，其特征在于，

3.如权利要求1所述的切削机构，其特征在于，

4.如权利要求1所述的切削机构，其特征在于，

5.如权利要求1所述的切削机构，其特征在于，

6.如权利要求5所述的切削机构，其特征在于，

7.如权利要求6所述的切削机构，其特征在于，

8.如权利要求1所述的切削机构，其特征在于，

9.如权利要求8所述的切削机构，其特征在于，

10.一种切削系统，其特征在于，包括权利要求1-9任一项所述的切削机构。

技术总结本发明公开了一种切削机构及切削系统，切削机构包括刀具以及激光组件。刀具包括用于切削加工件的刃口以及变焦曲面，且该刀具的材料为透光材料。激光组件配置为能够发射激光，该激光能够由变焦曲面投入至刀具内。变焦曲面配置成能够对透过的激光进行分散，并使透过变焦曲面的激光的所形成的光斑覆盖刃口。透出于刀具的激光辐照于加工件待加工处，从而改变加工件待加工处的材料性质，以便于降低工件待切削处的切削力而提高材料去除率，减小加工损伤，提高加工质量。于是具有该切削机构的切削系统能够有效提高脆硬材料的加工质量。技术研发人员：周晓勤,郭列维,刘柏志,裴嘉琳,王荣奇受保护的技术使用者：吉林大学技术研发日：技术公布日：2024/6/5