反倒角刀具及其制造方法、加工硅电极通透螺纹加工方法与流程

1.本发明涉及硅电极加工技术领域，尤其涉及一种反倒角刀具及其制造方法、加工硅电极通透螺纹加工方法。


背景技术：

2.随着半导体技术朝向高性能化、精密化的迅猛发展，对硅电极加工的尺寸性能及装配性能均提出了更高要求。也就是说，硅电极在加工制造过程中几何尺寸和形位公差的控制以及表面粗糙度都极为重要。
3.目前，硅电极呈圆环状，对硅电极的通透螺纹孔加工是其主要的加工工序。具体为：首先将硅电极呈水平状态通过夹具夹持，接下来通过打孔专用工具在硅电极的上端面打一个贯穿下端面的通孔，为了防止通孔在靠近上端面和下端面处出现崩边的现象，然后，在通孔的上下两端部进行倒角处理，最后再通过螺纹刀对通孔的内部进行螺纹孔的成型。
4.但是现有的对于通孔的上下两端倒角采用的方式是，先通过常规的锐角倒角刀从上端面对通孔的上端进行倒角。接下来，再将硅电极的上下端面互相翻转(即将下端面倒置于上方)，然后，继续通过常规的锐角倒角刀从未翻转之前的下端面对通孔的下端进行倒角，最后完成对硅电极通孔上下两端的倒角，因此，现有的通孔上下两端的倒角方式需要夹具的二次装夹，从而造成倒角的精度降低，尤其，对于直径较小的螺纹孔螺纹的倒角，倒角的精度显得格外重要。


技术实现要素：

5.(一)要解决的技术问题
6.鉴于现有技术的上述缺点、不足，本发明提供一种反倒角刀具及其制造方法、加工硅电极通透螺纹加工方法，其解决了现有的通孔上下两端的倒角方式需要夹具的二次装夹，从而造成倒角的精度降低的技术问题。
7.(二)技术方案
8.为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：
9.一种反倒角刀具制造方法，所述制造方法包括以下步骤：
10.s1、结合待加工零部件所要求的加工尺寸以及加工精度得出刀具的外形参数；
11.s2、根据所述s1中的刀具的外形参数在二维空间下绘制出刀具图样，并在二维空间下同时绘制出待加工零部件图样；
12.s3、将刀具图样移到待加工零部件图样的加工位置，并记录下此时刀具相对于待加工零部件的切削参数；
13.s4、将所述s3中的切削参数记录下，并根据所述s1的外形参数制造刀具，得到实物刀具。
14.可选地，所述外形参数包括刀具的刀杆长度、刀杆直径和刀头形状。
15.可选地，所述切削参数包括轴向距离的切削深度以及径向距离的切削总壁厚，且
根据反倒角加工单侧背吃刀量计算出刀具加工总周数。
16.可选地，所述反倒角加工单侧背吃刀量为0.01mm-0.03mm。
17.可选地，在所述s4之后还包括如下s5：
18.s5、对所述s4的实物刀具进行测量，并与所述s1的刀具设计图样进行比对，若有异常进行反馈说明，若无异常则得到合格的刀具。
19.一种反倒角刀具，所述反倒角刀具基于所述的刀具制造方法制造而成，且所述反倒角刀具用于硅电极通透螺纹下端面倒角的加工，所述反倒角刀具包括刀杆和刀头；
20.所述刀杆具有与机床加工头相连的连接端以及与所述刀头相连的固定端；
21.所述刀头呈圆台状结构件，所述刀头具有相互平行设置的顶部圆形面、底部圆形面和设置于所述顶部圆形面和所述底部圆形面之间的锥形侧面，且所述顶部圆形面与所述刀杆的固定端一体成型，所述顶部圆形面的直径小于所述底部圆形面。
22.可选地，所述刀头为金刚石磨头。
23.一种加工硅电极通透螺纹的加工方法，所述加工方法采用所述的反倒角刀具，所述加工方法包括以下步骤：
24.(a)使用三维数控加工仿真软件，构建仿真机床；
25.(b)根据切削参数对硅电极加工极性模拟验证，得到验证结果；
26.(d)对比仿真验证结果与理想尺寸的倒角，对倒角偏差评估；
27.(e)根据评估结果确定刀具参数以及切削参数；
28.(f)通过夹具将硅电极夹持；
29.(g)在硅电极的上端面开设有贯穿下端面的通孔；
30.(h)采用具有所述步骤(e)内确定的刀具参数和切削参数的所述反倒角刀具对所述步骤(g)的通孔进行下端面倒角的加工；
31.(i)采用常规倒角刀具对所述步骤(g)的通孔进行上端面倒角的加工
32.(j)通过螺纹刀对所述步骤(g)的通孔内侧壁进行螺纹孔的加工。
33.可选地，所述步骤(b)包括以下步骤：
34.将所述s1得到的切削参数的刀具和硅电极的参数分别导入三维数控加工仿真软件内，以构建仿真刀具和仿真硅电极，将仿真刀具安装至仿真机床上，仿真刀具在仿真机床的带动下对仿真硅电极进行仿真加工，得到仿真加工结果作为验证结果。
35.可选地，在所述步骤(b)中还能够得到起刀点的参数和逼近点的参数。
36.(三)有益效果
37.本发明的有益效果是：本发明的一种反倒角刀具及其制造方法、加工硅电极通透螺纹加工方法，采用专用的反倒角刀具，该反倒角刀具在制造时能够根据待加工硅电极的要求在二维空间内预先设定好切削的参数制得刀具。接下来，再对硅电极加工之前，通过三维仿真模拟确定好切削参数的刀具对待加工硅电极的加工过程，并观察模拟的结果，最后保证刀具的足够的刃长及角度，同时仿真的模拟能够排除不过切不撞机且同时保证刀具刚性，满足切削强度，避免在加工中出现刀具折断的现象，从而提高了倒角的加工精度，而且适用于直径较小的螺纹孔螺纹的倒角。
附图说明
38.图1为本发明反倒角刀具在s1中刀具的设计图纸；
39.图2为本发明反倒角刀具与硅电极在s2中的切削参数(未示出刀柄)。
40.【附图标记说明】
41.1：刀柄；2：刀杆；3：刀头。
具体实施方式
42.为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。
43.需要说明的是，在硅电极的螺纹孔加工中，对于硅电极的螺纹孔加工，采用常规的锐角刀具对通孔的上下端面分别进行倒角，且不同大小规格的硅电极所需要加工的倒角尺寸规格也不完全相同。例如，现有的对m4螺纹孔所对应的通孔进行倒角加工，仅采用最小规格的常规锐角刀具通过两次装夹分别对上端面和下端面进行加工。但是为了提高倒角加工的精度，在上下端面形成倒角分别采用两种不同形式的刀具分别对其上端面倒角进行加工和下端面倒角进行加工。
44.在这里，本发明主要针对的是对于下端面倒角加工的所制造出专门的刀具。且该刀具与现有的刀具的选择方式上截然不同。具体地，现有的倒角刀具选择是，倒角刀具本身具有多种规格，且每种规格均能够加工特定规格的倒角。相对于现有技术而言，本技术采用了与背景技术完全不同的倒角方法，但是，该倒角方法需要一种特殊的反倒角刀具，反倒角，顾明思义，就是与常规锐角倒角刀完全相反的倒角方法，即让反倒角刀具沿着通孔的中心轴线从通孔上方(上端面以上)的起刀点缓慢朝下深入到下端面以下的地方作为逼近点(当反倒角刀具运动到逼近点后停下)，接着，再让反倒角刀具沿其中心轴线以一定的半径摆动，在摆动过程中会逼近通孔的内侧壁，以达到合适的倒角。因为刀杆2也随着刀头3深入通孔内，所以说，为了避免刀杆2部分与通孔的碰撞，以及对后续螺纹孔精度的影响，所以，本发明需要对刀具的制造方面设计出与现有的直接选择刀具完全不同的刀具制造方法。
45.一种反倒角刀具制造方法，制造方法包括以下步骤：
46.参见图1所示，s1、结合待加工零部件所要求的加工尺寸以及加工精度得出刀具的外形参数。具体为：待加工的零部件为硅电极，且需要在硅电极上加工一个尺寸较小的m4螺纹孔，根据m4螺纹孔的规格，需要在一个直径为3.2mm的通孔内完成加工，因此，为了将反倒角刀能够顺利地进入通孔且不影响通孔，那么要求通孔的直径一定是大于反倒角到的最大宽度的。
47.进一步地，外形参数包括刀具的刀杆长度、刀杆直径和刀头形状。根据s1能够在此得出反倒角刀的外形参数分别为：反倒角刀具包括刀杆2和刀头3。刀头3呈截头圆锥形，且与刀杆2相连的端面(上端面)直径小于远离刀杆2的端面(下端面)直径。由此可知，刀头3的下端面直径为2.98mm，刀头3的上端面直径为2mm，刀头3的上端面至下端面的垂直距离为0.58mm，刀头3锥形侧壁的倾斜角度为45
°
。刀杆2的直径为2mm高度大于待加工硅电极的厚度即可，以得到反倒角刀具的外形参数。
48.s2、根据s1中的刀具的外形参数在二维空间下绘制出刀具图样，并在二维空间下同时绘制出待加工零部件图样。需要将硅电极的各项参数与反倒角刀的各项参数均与设计
的完全相同。
49.需要说明的是，二维空间可以为cad、caxa、solidwok或者pro.e等其中的一种或多种均可以。
50.s3、将刀具图样移到待加工零部件图样的加工位置(参见图2所示)，需要说明的是图2中，反倒角刀具是在向下延伸一定范围内，再朝向通孔内侧壁进行逼近的，向下延伸一段距离的目的是为了，确保通孔下端面倒角的状态，避免出现倒角不完全的现象发生，本实施例中，反倒角刀具朝下延伸的轴向参数为0.07-0.09mm。并记录下此时刀具相对于待加工零部件的切削参数。
51.进一步地，切削参数包括轴向距离的切削深度以及径向距离的切削总壁厚，且根据反倒角加工单侧背吃刀量计算出刀具加工总周数。
52.进一步地，反倒角加工单侧背吃刀量为0.01mm-0.03mm。
53.具体地，还能够得出刀杆2的外侧壁距离刀柄1最外部的宽度范围在，且径向距离上的切削总臂后在0.47-0.51mm，刀头偏移的半径范围为2.12-2.16mm，在轴向距离上的切削深度在0.56-0.60mm。
54.在本实施例中，机床的主轴转速为6000r/min，加工进给速度为40mm/min，在轴向上的切削深度为0.58mm，通过机床主轴直接控制，反倒角刀的单侧背吃刀量为0.02mm，那么就是说径向上切削总臂厚在0.48mm，那么就需要刀头3加工的总周数为0.48mm/0.02mm＝24圈，即得出刀头3需要加工的总周数，以供后续模拟加工使用参数。
55.s4、将s3中的切削参数记录下，并根据s1的外形参数制造刀具，得到实物刀具。
56.进一步地，在s4之后还包括如下s5：
57.s5、对s4的实物刀具进行测量，并与s1的刀具设计图样进行比对，若与实物刀具的尺寸先比有不同的地方即有异常，则对加工刀具的工厂进行反馈说明，若无异常则得到合格的刀具。
58.一种反倒角刀具，反倒角刀具基于刀具制造方法制造而成，且反倒角刀具用于硅电极通透螺纹下端面倒角的加工，反倒角刀具包括刀杆2和刀头3。
59.刀杆2具有与机床加工头相连的连接端以及与刀头3相连的固定端。
60.刀头3呈圆台状结构件，刀头3具有相互平行设置的顶部圆形面、底部圆形面和设置于顶部圆形面和底部圆形面之间的锥形侧面，且顶部圆形面与刀杆2的固定端一体成型，顶部圆形面的直径小于底部圆形面。
61.还包括刀柄1，刀柄1与刀杆2相连，并将刀柄1与机床相连。且刀柄1的直径：刀杆2的直径：刀头3的上直径：刀头3的下直径＝3:1:1:1.5。
62.进一步地，刀头3为金刚石磨头。烧结金刚石磨头耐用性极强，确保刀头3的刚度。
63.进一步地，一种加工硅电极通透螺纹的加工方法，加工方法采用反倒角刀具，加工方法包括以下步骤：
64.(a)使用三维数控加工仿真软件，构建仿真机床。
65.(b)根据切削参数对硅电极加工极性模拟验证，得到验证结果。
66.进一步地，步骤(b)包括以下步骤：
67.将s1得到的切削参数的刀具和硅电极的参数分别导入三维数控加工仿真软件内，以构建仿真刀具和仿真硅电极，将仿真刀具安装至仿真机床上，仿真刀具在仿真机床的带
动下对仿真硅电极进行仿真加工，得到仿真加工结果作为验证结果。
68.进一步地，在步骤(b)中还能够得到起刀点的参数和逼近点的参数。
69.(d)对比仿真验证结果与理想尺寸的倒角，对倒角偏差评估。若仿真的加工硅电极的结果是不过切不撞机，而且保证刀具刚性,满足切削强度,避免在加工中出现刀具折断现象，那么通过上述制造方法制得的刀具便可应用于螺纹孔的加工。
70.(e)根据评估结果确定刀具参数以及切削参数。
71.(f)通过夹具将硅电极夹持。
72.(g)在硅电极的上端面开设有贯穿下端面的通孔。
73.(h)采用具有步骤(e)内确定的刀具参数和切削参数的反倒角刀具对步骤(g)的通孔进行下端面倒角的加工。
74.(i)采用常规倒角刀具对步骤(g)的通孔进行上端面倒角的加工。
75.(j)通过螺纹刀对步骤(g)的通孔内侧壁进行螺纹孔的加工。
76.本发明的一种反倒角刀具及其制造方法、加工硅电极通透螺纹加工方法，采用专用的反倒角刀具，该反倒角刀具在制造时能够根据待加工硅电极的要求在二维空间内预先设定好切削的参数制得刀具。接下来，再对硅电极加工之前，通过三维仿真模拟确定好切削参数的刀具对待加工硅电极的加工过程，并观察模拟的结果，最后保证刀具的足够的刃长及角度，同时仿真的模拟能够排除不过切不撞机且同时保证刀具刚性，满足切削强度，避免在加工中出现刀具折断的现象，从而提高了倒角的加工精度，而且适用于直径较小的螺纹孔螺纹的倒角。
77.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
78.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连；可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
79.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”，可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”，可以是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”，可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度低于第二特征。
80.在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“实施例”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述，是指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进
行结合和组合。
81.尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行改动、修改、替换和变型。