用于金刚石微细铣刀底刃成形制备的装置及其使用方法与流程

本发明涉及一种用于金刚石微细铣刀底刃成形制备的装置及其使用方法，属于机械加工领域。

技术背景

微细制造在工业上有着广泛的用途，随着微细制造的发展越来越多的微型产品被加工生产出来，与此同时微细刀具的重要性也与日俱增。使用锋利的金刚石微细刀具所加工出的工件表面光洁度高，质量可靠，且加工效率也较高。在金刚石类微细刀具中，聚晶金刚石刀具和金刚石涂层刀具已经得到广泛应用，然而由于纯金刚石材料难加工的特性，使得CVD金刚石微铣刀和单晶金刚石微铣刀的研究相比之下进展缓慢，研究较少。但是这两种纯金刚石刀具的切削性能要优于聚晶金刚石刀具，极具发展前景。微细铣刀的刀头尺寸比较小,刀头材料经加工成刀刃后直径约从几百微米至几毫米不等。由于金刚石的硬脆性使得刀头的成形加工格外困难，若使用常规的砂轮盘线磨削工艺来加工刀具，则砂轮的损耗极大，修整砂轮会耗费大量时间和精力，且加工质量难以保证，并有可能发生刀头断裂等破坏性损伤。所以传统的磨削方法需要改进以应对纯金刚石刀具硬度和脆性的增加。

技术实现要素：

本发明的目的是针对金刚石微细铣刀制备过程中金刚石材料去除难度大、加工效率低与刃磨质量较差等问题提出一种高效、便捷的研磨工艺方法与专用装置，以提高金刚石微细铣刀的制备效率与质量。

本发明是这样实现的：一种用于金刚石微细铣刀底刃成形制备的装置，包括研磨机床和刀具装夹系统，其特征在于，所述研磨机床包括L型床体1，依次安装在床体1短轴上的X向直线电机2、Y向直线电机3和机床主轴4，机床主轴4上设有磨盘装夹装置5及磨盘6； 可以根据不同的加工需要选择特定的磨盘6；

所述刀具装夹系统包括安装于床体1长轴上（即机床桁架上）的过渡筒件7；端盖8一端与过渡筒件7配合连接，一端与主转动滑台9连接，主转动滑台9上设有Z向滑台10；Z向滑台10上由上到下依次设有施压件11和螺纹配合件12，螺纹配合件12底部设有副转台13，副转台13上设有凸台状过渡件14，凸台过渡件14下端与夹头15连接，可以通过刀具16刀柄的不同尺寸选择不同的夹头15将其安装在凸台过渡件14上。

进一步，本发明所述用于金刚石微细铣刀底刃成形制备的装置中，所述主转动滑台9和副转台13上均标有刻度线，主转动滑台9和副转台13的可调旋转角度均为360°，且分辨率为0.1°。

进一步，本发明所述用于金刚石微细铣刀底刃成形制备的装置中，所述Z向滑台10为燕尾槽型进给丝杠滑台，上下滑动行程都是10mm。

进一步，本发明所述用于金刚石微细铣刀底刃成形制备的装置中，所述施压件11与螺纹配合件12之间还设有若干碟簧组件17，可自由选择碟簧对数，并使用螺母紧固，以起到减震吸震作用。

进一步，本发明所述用于金刚石微细铣刀底刃成形制备的装置中，所述夹头15是通过紧固螺钉或过盈配合与凸台状过渡件14连接。

进一步，本发明所述用于金刚石微细铣刀底刃成形制备的装置中，所述施压件11、螺纹配合件12及夹头15均为不锈钢材质，其余各件采用铝合金制作，以此减轻夹具系统重量，保证刀具安装时的位置精度。

一种本发明所述用于金刚石微细铣刀底刃成形制备的装置的使用方法，具体步骤如下：

1）将磨盘6安装与机床主轴4上，刀具毛坯件装夹于夹头15中，刀头露出1cm，使其位于夹具系统可拆卸部分末端；

2）将装夹好刀具毛坯件的夹头15与其他部分连接，并使用螺母旋紧固定；调节主转动滑台9使刀具在正向平面内转动角度α，接着通过显微镜在线观测并调节副转台13使刀具前刀面与机床正平面平行，再使副转台13转动角度β，刀具即获得加工所需角度；所述显微镜为CCD显微镜，放大倍数为40-100倍，并使用相应夹持机构保证显微镜可以正常对焦和显示加工画面；

3）启动机床，通过X向直线电机2和Y向直线电机3调整机床主轴4的位置，使得刀具的刀头位于加工所需位置的正上方；启动机床主轴4的电机使磨盘6转动；

4）调节Z向滑台10向下滑动，直至刀具的刀头与磨盘6接触后再压入1-10µm，持续加工直至刀头成形或底刃完成刃磨，最后抬刀并关闭主轴，拆卸刀具。

进一步，本发明所述用于金刚石微细铣刀底刃成形制备的装置的使用方法步骤3）中，机床主轴4的转速为500r/min-2000r/min。

实践中，上述步骤3）也可以通过调节主轴位置可以使得刀具底刃与研磨速度方向一致，以避免刃口受到过大的加工冲击伤害；步骤2）中主转台和副转台的调整角度由刀具底刃的刃倾角和后角设计值决定，比如若要制备出刃倾角15°、底刃后角10°的刀具，则首先将主转台转动18°，再调整副转台转动35°。

本发明的有益效果是，该方法区别于传统的金刚石微细铣刀制备工艺，在研磨加工前刀具只需一次装夹，之后仅需调整加工参数，便可实现刀具底部刃口结构的成形；且可以充分使用磨盘盘面，避免了磨盘的过度损耗，节约了其修整时间。所涉及的装置结构简单、使用便捷，只需简单调整即可加工不同设计角度的刀具，能实现直径0.5mm至1mm的各类金刚石微细铣刀的高效、高精度和高质量制备。

附图说明

图1为本发明所涉及的一种用于金刚石微细铣刀底刃成形制备的装置示意图。

图2为图1中A处刀具夹具系统局部放大示意图。

图3为本发明所涉及的刀具加工角度定位方法过程示意图，其中图3（a）为刀具初始装夹位置；图3（b）刀柄沿径向转动α角度；图3（c）刀柄沿轴向转动β角度。

其中各标号名称：1-床体，2-X向直线电机，3- Y向直线电机，4-机床主轴，5-磨盘装夹装置，6-磨盘，7-过渡筒件，8-端盖，9-主转动滑台，10- Z向滑台，11-施压件，12-螺纹配合件，13-副转台，14-凸台状过渡件，15-夹头，16-刀具，17-碟簧；18-CCD显微镜实时监测系统。

具体实施方式

本发明涉及一种用于金刚石微细铣刀底刃成形制备的方法与装置，适用于PCD（聚晶金刚石）、单晶金刚石和CVD金刚石微细铣刀的高效、高精度的制备成形和刃磨。

如图1、2所示，实施例中使用的用于金刚石微细铣刀底刃成形制备的装置结构如下：

该装置包括研磨机床和刀具装夹系统，其特征在于，所述研磨机床包括L型床体1，依次安装在床体1短轴上的X向直线电机2、Y向直线电机3和机床主轴4，机床主轴4上设有磨盘装夹装置5及磨盘6； 可以根据不同的加工需要选择特定的磨盘6；

所述刀具装夹系统包括安装于床体1长轴上（即机床桁架上）的过渡筒件7；端盖8一端与过渡筒件7配合连接，一端与主转动滑台9连接，主转动滑台9上设有Z向滑台10；Z向滑台10上由上到下依次设有施压件11和螺纹配合件12，螺纹配合件12底部设有副转台13，副转台13上设有凸台状过渡件14，凸台过渡件14下端与夹头15连接，夹头15连接有待处理的刀具16，可以通过刀具16刀柄的不同尺寸选择不同的夹头15将其安装在凸台过渡件14上，

本实施例中，主转动滑台9和副转台13上均标有刻度线，主转动滑台9和副转台13的可调旋转角度均为360°，且分辨率为0.1°。

本实施例中，Z向滑台10为燕尾槽型进给丝杠滑台，上下滑动行程都是10mm。

本实施例中，施压件11与螺纹配合件12之间还设有若干碟簧组件17，可根据需要自由选择碟簧对数，并使用螺母紧固，以起到减震吸震作用。

本实施例中，夹头15是通过紧固螺钉与凸台状过渡件14连接，在具体实施过程中，夹头15也可以通过过盈配合的方式与凸台状过渡件14连接。

本实施例中，施压件11、螺纹配合件12及夹头15均为不锈钢材质，其余各件采用铝合金制作，以此减轻夹具系统重量，保证刀具安装时的位置精度。

本实施例中，该用于金刚石微细铣刀底刃成形制备的装置的使用方法，具体步骤如下：

1）将特定的磨盘6安装与机床主轴4上，再讲刀具16（待处理的毛坯件）装夹于夹头15中，刀头露出1cm，使其位于夹具系统可拆卸部分末端；

2）将装夹好刀具16的夹头15与其他部分连接，螺纹配合件12与施压件11通过碟簧组件17过渡衔接并使用螺母旋紧固定；此时刀具16处于竖直位置，如附图3（a）所示；

如附图3（b）所示，调节主转动滑台9使刀具在正向平面内转动角度α，接着通过显微镜在线观测并调节副转台13使刀具前刀面与机床正平面平行，再使副转台13转动角度β，刀具即获得加工所需角度，如附图3（c）所示；

本实施例中所使用的显微镜为CCD显微镜实时监测系统18，放大倍数为40-100倍，并使用相应夹持机构保证显微镜可以正常对焦和显示加工画面；

3）启动机床，通过X向直线电机2和Y向直线电机3调整机床主轴4的位置，使得刀具的刀头位于加工所需位置的正上方；启动机床主轴4的电机带动磨盘6转动，机床主轴4的转速为500r/min-2000r/min；

4）调节Z向滑台10向下滑动，直至刀具的刀头与磨盘6接触后再压入1-10µm，持续加工直至刀头成形或底刃完成刃磨，最后抬刀并关闭机床主轴4，拆卸刀具16。

具体实施过程中，磨盘6可以根据不同的加工需求进行更换，一般在金刚石微细铣刀的成形制备过程中采用大颗粒度的金刚石砂轮，以提高加工效率和减少砂轮损耗：而在后续刀具刃磨过程中采用铸铁盘或复合磨盘（铜基碳化钨盘），可以研磨出完整锋利的刀具底刃，同时得到光洁平整的刀具底面。

上述步骤3）中机床主轴4转速需要配合加工中使用的磨盘特性而调整，在使用铁盘时转速要大于10000r/min，以促使金刚石更加剧烈的反应，从而提高研磨效率。

上述步骤2）中主转台9和副转台13的调整角度由刀具底刃的刃倾角和后角设计值决定，比如若要制备出刃倾角15°、底刃后角10°的刀具，则首先将主转台转动18°，再调整副转台转动35°。

本发明具体应用途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。