42]飞秒激光直写部件包括飞秒激光7、物镜6 ;飞秒激光器7焦点为脉冲重复频率为100到10k赫兹、脉冲宽度为30到150飞秒、波长为325至Ij 1064纳米、功率为0.1到20毫瓦的超短脉冲激光；物镜将飞秒激光聚焦于圆柱形支撑棒上的环形金刚石刀具的刃口上；物镜的数值孔径值为0.3至0.9。
[0043]—种基于飞秒激光制备技术的金刚石刀具的加工方法，包括以下内容:
[0044]步骤一、选取作为飞秒激光作用靶材的环形金刚石刀具，依次放入丙酮、乙醇、去离子水三种溶液中彻底清洁。
[0045]步骤二、将清洁后环形金刚石刀具固定于圆柱形支撑棒上。且可以在该支撑棒上一次性固定多个的金刚石刀具样品。
[0046]步骤三、再将支撑棒的一端固定在具有旋转轴的三维平移台上。通过夹具固定好，且精细调节夹具，使支撑棒中心轴与水平面平行。
[0047]步骤四、选用脉冲重复频率为100到10k赫兹、脉冲宽度为20fs-100ps，或选择30到150飞秒、波长为325到1064纳米，功率为0.1到20毫瓦的超短脉冲激光，经数值孔径值为0.3至0.9的物镜垂直聚焦在环形金刚石刀具刃口顶端上；然后在平行于支撑棒的方向上调节三维平移台，使激光聚集位置离开第一个刀具刃口位置几个微米。
[0048]脉冲宽度20fs_100ps:激光的脉冲宽度越窄，其加工材料时产生的热效应越小，由于热效应导致的材料损伤如微应变、微裂纹和重铸层等也越小，加工精度越高，因此更短脉冲宽度的飞秒激光较皮秒激光在微加工时有更明显优势，虽然皮秒激光可用于本发明的加工，但飞秒激光更具优势。
[0049]步骤五、通过快门控制激光通断以及在平行于支撑棒中心轴的方向上移动三维平移台，使金刚石刀具刃口顶端依次通过激光焦点，然后控制旋转轴使金刚石刀具旋转一定角度，再与之前相反方向移动三维平移台，仍然使金刚石刀具刃口顶端依次通过激光焦点；如此反复，便可在环形的金刚石刀具刃口上得到周期性的微小凹槽结构。
[0050]本发明首先利用飞秒激光直写的方式在金刚石刀具刃口产生一个微米级的凹槽，并且通过精确控制三维平移台与旋转轴的移动，在圆形状的金刚石刀具上得到周期性的微小凹槽。此外，在加工过程中可以通过控制激光功率与激光聚集位置来精确控制凹槽的宽度与深度。
[0051]实施例:
[0052]1、将环形金刚石刀具依次放入丙酮、乙醇、去离子水三种溶液中彻底清洁。
[0053]2、将10个清洁后的金刚石刀具依次紧挨固定在直径为2毫米的圆柱形支撑棒上。
[0054]3、将支撑棒的一端固定在具有旋转轴的三维平移台上。通过夹具固定好。精细调节夹具，使支撑棒中心轴与水平面平行。
[0055]4、选用脉冲重复频率为IK赫兹、脉冲宽度为50fs、波长为800纳米，功率为2毫瓦的超短脉冲激光，经数值孔径值为0.5的物镜垂直聚焦在环形金刚石刀具刃口顶端上；然后在平行于支撑棒的方向上调节三维平移台，使激光聚集位置离开第一个刀具刃口位置10微米。
[0056]5、打开机械快门，在平行于支撑棒中心轴的方向上以100微米每秒的速度移动三维平移台，使金刚石刀具刃口顶端依次通过激光焦点，移动1100微米后停止移动；然后控制旋转轴使金刚石刀具转动3度，再与之前相反方向以相同速度移动三维平移台，待金刚石刀具刃口顶端依次通过激光焦点后停止移动，移动的距离为1100微米；如此反复120次后，便可在环形的金刚石刀具刃口上得到120个均匀分布的微小凹槽结构。
[0057]图3为深加工好的金刚石刀具，微小凹槽尺寸:宽度:4微米，深度3微米。
【主权项】
1.一种毫米以及亚毫米量级环形金刚石刀具的深加工方法，其特征在于:包括以下步骤: 1)选取未加工刃口的毫米以及亚毫米量级环形金刚石刀具，彻底清洁； 2)将清洁后环形金刚石刀具固定于圆柱形支撑棒上； 3)将圆柱形支撑棒的一端通过夹具固定在具有旋转轴的三维平移台上； 4)通过快门控制激光通断以及在平行于圆柱形支撑棒中心轴的方向上移动三维平移台，使环形金刚石刀具刃口顶端通过飞秒激光焦点，然后控制旋转轴使环形金刚石刀具旋转2-5度，再反方向移动三维平移台，仍然使环形金刚石刀具刃口顶端通过飞秒激光焦点； 所述飞秒激光焦点采用脉冲重复频率为100到10k赫兹、脉冲宽度为20fs-100ps、波长为325到1064纳米、功率为0.1到20毫瓦的超短脉冲激光，经数值孔径值为0.3至0.9的物镜聚焦； 5)重复步骤4，直至在环形金刚石刀具的刃口上得到周期性的微小凹槽结构。2.根据权利要求1所述的毫米以及亚毫米量级环形金刚石刀具的深加工方法，其特征在于: 所述飞秒激光焦点选用脉冲重复频率为IK赫兹、脉冲宽度为50fs、波长为800纳米、功率为2毫瓦的超短脉冲激光，经数值孔径值为0.5的物镜聚焦。3.根据权利要求1或2所述的毫米以及亚毫米量级环形金刚石刀具的深加工方法，其特征在于: 金刚石刀具每次旋转的角度为3度。4.一种毫米以及亚毫米量级环形金刚石刀具的深加工方法，其特征在于: 1)选取多个未加工刃口的毫米以及亚毫米量级环形金刚石刀具，彻底清洁； 2)将清洁后环形金刚石刀具并排固定于圆柱形支撑棒上； 3)将圆柱形支撑棒的一端通过夹具固定在具有旋转轴的三维平移台上； 4)通过快门控制激光通断以及在平行于圆柱形支撑棒中心轴的方向上移动三维平移台，使多个环形金刚石刀具刃口顶端依次通过飞秒激光焦点，然后控制旋转轴使环形金刚石刀具旋转2-5°，再反方向移动三维平移台，仍然使多个环形金刚石刀具刃口顶端依次通过飞秒激光焦点； 所述飞秒激光焦点选用脉冲重复频率为100到10k赫兹、脉冲宽度为20fS-100pS、波长为325到1064纳米、功率为0.1到20毫瓦的超短脉冲激光，经数值孔径值为0.3至0.9的物镜聚焦； 5)重复步骤4，直至在多个环形金刚石刀具的刃口上均得到周期性的微小凹槽结构。5.根据权利要求4所述的毫米以及亚毫米量级环形金刚石刀具的深加工方法，其特征在于: 所述飞秒激光焦点选用脉冲重复频率为IK赫兹、脉冲宽度为50fs、波长为800纳米，功率为2毫瓦的超短脉冲激光，经数值孔径值为0.5的物镜聚焦。6.根据权利要求4或5所述的毫米以及亚毫米量级环形金刚石刀具的深加工方法，其特征在于: 金刚石刀具每次旋转的角度为3度。7.一种毫米以及亚毫米量级环形金刚石刀具的深加工系统，其特征在于:包括驱动部件和飞秒激光直写部件； 所述驱动部件包括具有旋转轴的三维平移台、固定在三维平移台旋转轴上的夹具、一端固定在夹具上的圆柱形支撑棒；所述圆柱形支撑棒用于固定毫米以及亚毫米量级环形金刚石刀具；所述三维平移台可带动支撑棒沿自身中心轴方向移动及绕自身中心轴回转； 所述飞秒激光直写部件包括飞秒激光、物镜；所述飞秒激光为脉冲重复频率为100到10k赫兹、脉冲宽度为30到150飞秒、波长为325到1064纳米、功率为0.1到20毫瓦的超短脉冲激光；所述物镜将飞秒激光聚焦于支撑棒上的环形金刚石刀具的刃口上；所述物镜的数值孔径值为0.3至0.9。8.根据权利要求7所述毫米以及亚毫米量级环形金刚石刀具的深加工系统，其特征在于: 所述飞秒激光为脉冲重复频率为IK赫兹、脉冲宽度为50fs、波长为800纳米、功率为2毫瓦的超短脉冲激光；所述物镜的数值孔径值为0.5。9.根据权利要求7或8所述毫米以及亚毫米量级环形金刚石刀具的深加工系统，其特征在于:所述圆柱形支撑棒能够固定多个环形金刚石刀具。10.根据权利要求9所述毫米以及亚毫米量级环形金刚石刀具的深加工系统，其特征在于:所述圆柱形支撑棒水平设置。
【专利摘要】本发明涉及毫米以及亚毫米量级环形金刚石刀具的深加工方法及系统，首先利用飞秒激光直写的方式在金刚石刀具刃口产生一个微米级的凹槽，并且通过精确控制三维平移台与旋转轴的移动，在圆形状的环形金刚石刀具上得到周期性的微小凹槽。本方法不论在效率、成本及尺寸控制等方面皆表现出明显的优势，为金刚石刀具深加工能够进行大规模实用化生产提供了一条可能的途径。
【IPC分类】B23K26/36, B23K26/402
【公开号】CN105149790
【申请号】CN201510404025
【发明人】陈烽, 杨青, 邓泽方
【申请人】西安交通大学
【公开日】2015年12月16日
【申请日】2015年7月10日