用于金剛石微細(xì)銑刀底刃成形制備的裝置及其使用方法與流程

本發(fā)明涉及一種用于金剛石微細(xì)銑刀底刃成形制備的裝置及其使用方法，屬于機(jī)械加工領(lǐng)域。

技術(shù)背景

微細(xì)制造在工業(yè)上有著廣泛的用途，隨著微細(xì)制造的發(fā)展越來(lái)越多的微型產(chǎn)品被加工生產(chǎn)出來(lái)，與此同時(shí)微細(xì)刀具的重要性也與日俱增。使用鋒利的金剛石微細(xì)刀具所加工出的工件表面光潔度高，質(zhì)量可靠，且加工效率也較高。在金剛石類(lèi)微細(xì)刀具中，聚晶金剛石刀具和金剛石涂層刀具已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，然而由于純金剛石材料難加工的特性，使得CVD金剛石微銑刀和單晶金剛石微銑刀的研究相比之下進(jìn)展緩慢，研究較少。但是這兩種純金剛石刀具的切削性能要優(yōu)于聚晶金剛石刀具，極具發(fā)展前景。微細(xì)銑刀的刀頭尺寸比較小,刀頭材料經(jīng)加工成刀刃后直徑約從幾百微米至幾毫米不等。由于金剛石的硬脆性使得刀頭的成形加工格外困難，若使用常規(guī)的砂輪盤(pán)線(xiàn)磨削工藝來(lái)加工刀具，則砂輪的損耗極大，修整砂輪會(huì)耗費(fèi)大量時(shí)間和精力，且加工質(zhì)量難以保證，并有可能發(fā)生刀頭斷裂等破壞性損傷。所以傳統(tǒng)的磨削方法需要改進(jìn)以應(yīng)對(duì)純金剛石刀具硬度和脆性的增加。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對(duì)金剛石微細(xì)銑刀制備過(guò)程中金剛石材料去除難度大、加工效率低與刃磨質(zhì)量較差等問(wèn)題提出一種高效、便捷的研磨工藝方法與專(zhuān)用裝置，以提高金剛石微細(xì)銑刀的制備效率與質(zhì)量。

本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的：一種用于金剛石微細(xì)銑刀底刃成形制備的裝置，包括研磨機(jī)床和刀具裝夾系統(tǒng)，其特征在于，所述研磨機(jī)床包括L型床體1，依次安裝在床體1短軸上的X向直線(xiàn)電機(jī)2、Y向直線(xiàn)電機(jī)3和機(jī)床主軸4，機(jī)床主軸4上設(shè)有磨盤(pán)裝夾裝置5及磨盤(pán)6； 可以根據(jù)不同的加工需要選擇特定的磨盤(pán)6；

所述刀具裝夾系統(tǒng)包括安裝于床體1長(zhǎng)軸上（即機(jī)床桁架上）的過(guò)渡筒件7；端蓋8一端與過(guò)渡筒件7配合連接，一端與主轉(zhuǎn)動(dòng)滑臺(tái)9連接，主轉(zhuǎn)動(dòng)滑臺(tái)9上設(shè)有Z向滑臺(tái)10；Z向滑臺(tái)10上由上到下依次設(shè)有施壓件11和螺紋配合件12，螺紋配合件12底部設(shè)有副轉(zhuǎn)臺(tái)13，副轉(zhuǎn)臺(tái)13上設(shè)有凸臺(tái)狀過(guò)渡件14，凸臺(tái)過(guò)渡件14下端與夾頭15連接，可以通過(guò)刀具16刀柄的不同尺寸選擇不同的夾頭15將其安裝在凸臺(tái)過(guò)渡件14上。

進(jìn)一步，本發(fā)明所述用于金剛石微細(xì)銑刀底刃成形制備的裝置中，所述主轉(zhuǎn)動(dòng)滑臺(tái)9和副轉(zhuǎn)臺(tái)13上均標(biāo)有刻度線(xiàn)，主轉(zhuǎn)動(dòng)滑臺(tái)9和副轉(zhuǎn)臺(tái)13的可調(diào)旋轉(zhuǎn)角度均為360°，且分辨率為0.1°。

進(jìn)一步，本發(fā)明所述用于金剛石微細(xì)銑刀底刃成形制備的裝置中，所述Z向滑臺(tái)10為燕尾槽型進(jìn)給絲杠滑臺(tái)，上下滑動(dòng)行程都是10mm。

進(jìn)一步，本發(fā)明所述用于金剛石微細(xì)銑刀底刃成形制備的裝置中，所述施壓件11與螺紋配合件12之間還設(shè)有若干碟簧組件17，可自由選擇碟簧對(duì)數(shù)，并使用螺母緊固，以起到減震吸震作用。

進(jìn)一步，本發(fā)明所述用于金剛石微細(xì)銑刀底刃成形制備的裝置中，所述夾頭15是通過(guò)緊固螺釘或過(guò)盈配合與凸臺(tái)狀過(guò)渡件14連接。

進(jìn)一步，本發(fā)明所述用于金剛石微細(xì)銑刀底刃成形制備的裝置中，所述施壓件11、螺紋配合件12及夾頭15均為不銹鋼材質(zhì)，其余各件采用鋁合金制作，以此減輕夾具系統(tǒng)重量，保證刀具安裝時(shí)的位置精度。

一種本發(fā)明所述用于金剛石微細(xì)銑刀底刃成形制備的裝置的使用方法，具體步驟如下：

1）將磨盤(pán)6安裝與機(jī)床主軸4上，刀具毛坯件裝夾于夾頭15中，刀頭露出1cm，使其位于夾具系統(tǒng)可拆卸部分末端；

2）將裝夾好刀具毛坯件的夾頭15與其他部分連接，并使用螺母旋緊固定；調(diào)節(jié)主轉(zhuǎn)動(dòng)滑臺(tái)9使刀具在正向平面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)角度α，接著通過(guò)顯微鏡在線(xiàn)觀測(cè)并調(diào)節(jié)副轉(zhuǎn)臺(tái)13使刀具前刀面與機(jī)床正平面平行，再使副轉(zhuǎn)臺(tái)13轉(zhuǎn)動(dòng)角度β，刀具即獲得加工所需角度；所述顯微鏡為CCD顯微鏡，放大倍數(shù)為40-100倍，并使用相應(yīng)夾持機(jī)構(gòu)保證顯微鏡可以正常對(duì)焦和顯示加工畫(huà)面；

3）啟動(dòng)機(jī)床，通過(guò)X向直線(xiàn)電機(jī)2和Y向直線(xiàn)電機(jī)3調(diào)整機(jī)床主軸4的位置，使得刀具的刀頭位于加工所需位置的正上方；啟動(dòng)機(jī)床主軸4的電機(jī)使磨盤(pán)6轉(zhuǎn)動(dòng)；

4）調(diào)節(jié)Z向滑臺(tái)10向下滑動(dòng)，直至刀具的刀頭與磨盤(pán)6接觸后再壓入1-10μm，持續(xù)加工直至刀頭成形或底刃完成刃磨，最后抬刀并關(guān)閉主軸，拆卸刀具。

進(jìn)一步，本發(fā)明所述用于金剛石微細(xì)銑刀底刃成形制備的裝置的使用方法步驟3）中，機(jī)床主軸4的轉(zhuǎn)速為500r/min-2000r/min。

實(shí)踐中，上述步驟3）也可以通過(guò)調(diào)節(jié)主軸位置可以使得刀具底刃與研磨速度方向一致，以避免刃口受到過(guò)大的加工沖擊傷害；步驟2）中主轉(zhuǎn)臺(tái)和副轉(zhuǎn)臺(tái)的調(diào)整角度由刀具底刃的刃傾角和后角設(shè)計(jì)值決定，比如若要制備出刃傾角15°、底刃后角10°的刀具，則首先將主轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)18°，再調(diào)整副轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)35°。

本發(fā)明的有益效果是，該方法區(qū)別于傳統(tǒng)的金剛石微細(xì)銑刀制備工藝，在研磨加工前刀具只需一次裝夾，之后僅需調(diào)整加工參數(shù)，便可實(shí)現(xiàn)刀具底部刃口結(jié)構(gòu)的成形；且可以充分使用磨盤(pán)盤(pán)面，避免了磨盤(pán)的過(guò)度損耗，節(jié)約了其修整時(shí)間。所涉及的裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用便捷，只需簡(jiǎn)單調(diào)整即可加工不同設(shè)計(jì)角度的刀具，能實(shí)現(xiàn)直徑0.5mm至1mm的各類(lèi)金剛石微細(xì)銑刀的高效、高精度和高質(zhì)量制備。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明所涉及的一種用于金剛石微細(xì)銑刀底刃成形制備的裝置示意圖。

圖2為圖1中A處刀具夾具系統(tǒng)局部放大示意圖。

圖3為本發(fā)明所涉及的刀具加工角度定位方法過(guò)程示意圖，其中圖3（a）為刀具初始裝夾位置；圖3（b）刀柄沿徑向轉(zhuǎn)動(dòng)α角度；圖3（c）刀柄沿軸向轉(zhuǎn)動(dòng)β角度。

其中各標(biāo)號(hào)名稱(chēng)：1-床體，2-X向直線(xiàn)電機(jī)，3- Y向直線(xiàn)電機(jī)，4-機(jī)床主軸，5-磨盤(pán)裝夾裝置，6-磨盤(pán)，7-過(guò)渡筒件，8-端蓋，9-主轉(zhuǎn)動(dòng)滑臺(tái)，10- Z向滑臺(tái)，11-施壓件，12-螺紋配合件，13-副轉(zhuǎn)臺(tái)，14-凸臺(tái)狀過(guò)渡件，15-夾頭，16-刀具，17-碟簧；18-CCD顯微鏡實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明涉及一種用于金剛石微細(xì)銑刀底刃成形制備的方法與裝置，適用于PCD（聚晶金剛石）、單晶金剛石和CVD金剛石微細(xì)銑刀的高效、高精度的制備成形和刃磨。

如圖1、2所示，實(shí)施例中使用的用于金剛石微細(xì)銑刀底刃成形制備的裝置結(jié)構(gòu)如下：

該裝置包括研磨機(jī)床和刀具裝夾系統(tǒng)，其特征在于，所述研磨機(jī)床包括L型床體1，依次安裝在床體1短軸上的X向直線(xiàn)電機(jī)2、Y向直線(xiàn)電機(jī)3和機(jī)床主軸4，機(jī)床主軸4上設(shè)有磨盤(pán)裝夾裝置5及磨盤(pán)6； 可以根據(jù)不同的加工需要選擇特定的磨盤(pán)6；

所述刀具裝夾系統(tǒng)包括安裝于床體1長(zhǎng)軸上（即機(jī)床桁架上）的過(guò)渡筒件7；端蓋8一端與過(guò)渡筒件7配合連接，一端與主轉(zhuǎn)動(dòng)滑臺(tái)9連接，主轉(zhuǎn)動(dòng)滑臺(tái)9上設(shè)有Z向滑臺(tái)10；Z向滑臺(tái)10上由上到下依次設(shè)有施壓件11和螺紋配合件12，螺紋配合件12底部設(shè)有副轉(zhuǎn)臺(tái)13，副轉(zhuǎn)臺(tái)13上設(shè)有凸臺(tái)狀過(guò)渡件14，凸臺(tái)過(guò)渡件14下端與夾頭15連接，夾頭15連接有待處理的刀具16，可以通過(guò)刀具16刀柄的不同尺寸選擇不同的夾頭15將其安裝在凸臺(tái)過(guò)渡件14上，

本實(shí)施例中，主轉(zhuǎn)動(dòng)滑臺(tái)9和副轉(zhuǎn)臺(tái)13上均標(biāo)有刻度線(xiàn)，主轉(zhuǎn)動(dòng)滑臺(tái)9和副轉(zhuǎn)臺(tái)13的可調(diào)旋轉(zhuǎn)角度均為360°，且分辨率為0.1°。

本實(shí)施例中，Z向滑臺(tái)10為燕尾槽型進(jìn)給絲杠滑臺(tái)，上下滑動(dòng)行程都是10mm。

本實(shí)施例中，施壓件11與螺紋配合件12之間還設(shè)有若干碟簧組件17，可根據(jù)需要自由選擇碟簧對(duì)數(shù)，并使用螺母緊固，以起到減震吸震作用。

本實(shí)施例中，夾頭15是通過(guò)緊固螺釘與凸臺(tái)狀過(guò)渡件14連接，在具體實(shí)施過(guò)程中，夾頭15也可以通過(guò)過(guò)盈配合的方式與凸臺(tái)狀過(guò)渡件14連接。

本實(shí)施例中，施壓件11、螺紋配合件12及夾頭15均為不銹鋼材質(zhì)，其余各件采用鋁合金制作，以此減輕夾具系統(tǒng)重量，保證刀具安裝時(shí)的位置精度。

本實(shí)施例中，該用于金剛石微細(xì)銑刀底刃成形制備的裝置的使用方法，具體步驟如下：

1）將特定的磨盤(pán)6安裝與機(jī)床主軸4上，再講刀具16（待處理的毛坯件）裝夾于夾頭15中，刀頭露出1cm，使其位于夾具系統(tǒng)可拆卸部分末端；

2）將裝夾好刀具16的夾頭15與其他部分連接，螺紋配合件12與施壓件11通過(guò)碟簧組件17過(guò)渡銜接并使用螺母旋緊固定；此時(shí)刀具16處于豎直位置，如附圖3（a）所示；

如附圖3（b）所示，調(diào)節(jié)主轉(zhuǎn)動(dòng)滑臺(tái)9使刀具在正向平面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)角度α，接著通過(guò)顯微鏡在線(xiàn)觀測(cè)并調(diào)節(jié)副轉(zhuǎn)臺(tái)13使刀具前刀面與機(jī)床正平面平行，再使副轉(zhuǎn)臺(tái)13轉(zhuǎn)動(dòng)角度β，刀具即獲得加工所需角度，如附圖3（c）所示；

本實(shí)施例中所使用的顯微鏡為CCD顯微鏡實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)18，放大倍數(shù)為40-100倍，并使用相應(yīng)夾持機(jī)構(gòu)保證顯微鏡可以正常對(duì)焦和顯示加工畫(huà)面；

3）啟動(dòng)機(jī)床，通過(guò)X向直線(xiàn)電機(jī)2和Y向直線(xiàn)電機(jī)3調(diào)整機(jī)床主軸4的位置，使得刀具的刀頭位于加工所需位置的正上方；啟動(dòng)機(jī)床主軸4的電機(jī)帶動(dòng)磨盤(pán)6轉(zhuǎn)動(dòng)，機(jī)床主軸4的轉(zhuǎn)速為500r/min-2000r/min；

4）調(diào)節(jié)Z向滑臺(tái)10向下滑動(dòng)，直至刀具的刀頭與磨盤(pán)6接觸后再壓入1-10μm，持續(xù)加工直至刀頭成形或底刃完成刃磨，最后抬刀并關(guān)閉機(jī)床主軸4，拆卸刀具16。

具體實(shí)施過(guò)程中，磨盤(pán)6可以根據(jù)不同的加工需求進(jìn)行更換，一般在金剛石微細(xì)銑刀的成形制備過(guò)程中采用大顆粒度的金剛石砂輪，以提高加工效率和減少砂輪損耗：而在后續(xù)刀具刃磨過(guò)程中采用鑄鐵盤(pán)或復(fù)合磨盤(pán)（銅基碳化鎢盤(pán)），可以研磨出完整鋒利的刀具底刃，同時(shí)得到光潔平整的刀具底面。

上述步驟3）中機(jī)床主軸4轉(zhuǎn)速需要配合加工中使用的磨盤(pán)特性而調(diào)整，在使用鐵盤(pán)時(shí)轉(zhuǎn)速要大于10000r/min，以促使金剛石更加劇烈的反應(yīng)，從而提高研磨效率。

上述步驟2）中主轉(zhuǎn)臺(tái)9和副轉(zhuǎn)臺(tái)13的調(diào)整角度由刀具底刃的刃傾角和后角設(shè)計(jì)值決定，比如若要制備出刃傾角15°、底刃后角10°的刀具，則首先將主轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)18°，再調(diào)整副轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)35°。

本發(fā)明具體應(yīng)用途徑很多，以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)，這些改進(jìn)也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。