本發(fā)明涉及一種用于凹球面加工的金剛石刀具，涉及超精密銑削中微小凹球面的加工。

背景技術(shù)：

1、隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的日益發(fā)展，在國防、航空航天及電子行業(yè)、生物醫(yī)療等領(lǐng)域，各種高精度高表面質(zhì)量的小口徑異形零件得到廣泛應(yīng)用。這些零件其面型要求達(dá)到亞微米級的形狀精度、納米級的表面粗糙度和極小的亞表面損傷，零件中有一些關(guān)鍵微結(jié)構(gòu)需要經(jīng)過超精密銑削加工，才能滿足其精度和表面質(zhì)量的要求。

2、對于口徑極小的復(fù)雜零件的凹半球面的加工，需要采用小尺寸的特殊刀具，并結(jié)合相應(yīng)形式的加工方法才能滿足要求。在加工硬脆材料的過程中，刀具材料以金剛石為最佳，而凹半球面的成型輪廓精度和成型要求極高，對金剛石刀具的制造方法就提出了嚴(yán)格要求。在用于凹半球面金剛石刀具的制造方面，相關(guān)研究較少，相關(guān)刀具的高質(zhì)量成型工藝亟需完善。市面現(xiàn)存的加工凹半球面刀具存在多種限制：刀刃圓弧半徑都較大，且刀具圓弧刃的質(zhì)量難以保證；用于微結(jié)構(gòu)加工的刀頭結(jié)構(gòu)復(fù)雜且尺寸較小，在使用過程中易發(fā)生干涉影響加工質(zhì)量；刀具圓弧刃的圓心與刀桿的旋轉(zhuǎn)中心偏差(圓心偏)較大，影響加工精度；刀刃的輪廓精度不足，刀刃具有較大的波紋度。

3、只有嚴(yán)格控制金剛石刀具制造過程中形狀以及工藝，才能加工出滿足使用要求的刀具。金剛石刀具要保證良好的使用效果，對刀具各個結(jié)構(gòu)的要求都極高。在刀具研制階段，要完成極小尺寸刀具的加工，實(shí)現(xiàn)小尺寸高精度切割，保證切割效率和輪廓成型質(zhì)量。還要解決刀具結(jié)構(gòu)易發(fā)生干涉、刀刃質(zhì)量的問題、刀具圓心偏精度不足等問題。

4、文獻(xiàn)號為cn104526472b公開了一種金屬微小內(nèi)凹球面高頻振動拋光裝置及方法，其包括支架，所述支架的一側(cè)延伸有平行設(shè)置的第一支撐架和第二支撐架，所述第一支撐架上安裝有升程調(diào)整裝置，所述升程調(diào)整裝置的輸出端穿過第一支撐架并連接高頻振動發(fā)生器，所述高頻振動發(fā)生器的底部夾持仿形工具頭；所述第二支撐架下部固定有電機(jī)，所述電機(jī)的輸出軸穿過第二支撐架并連接夾具，所述夾具的回轉(zhuǎn)中心與仿形工具頭位于同一軸線位置，金屬微小內(nèi)凹球面零件裝夾在夾具上，所述金屬微小內(nèi)凹球面零件的內(nèi)凹球面涂覆拋光劑；上述升程調(diào)整裝置、高頻振動發(fā)生器和電機(jī)均通過線束與控制裝置相連。該現(xiàn)有技術(shù)針對于凹球面微結(jié)構(gòu)成型的金剛石刀具，如何其制造過程中形狀以及工藝，并沒有給解決方案。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了解決加工小尺寸球形結(jié)構(gòu)難以加工、加工質(zhì)量難以保證、球形曲面尺寸難控制、曲面表面輪廓質(zhì)量難以保證等銑削過程中的難題，進(jìn)而提出了一種用于凹球面微結(jié)構(gòu)成型的金剛石刀具及加工方法。

2、本發(fā)明專利，從制造流程各個階段入手，通過對刀具形狀尺寸、表面質(zhì)量以及刀刃微觀形貌等方面入手，設(shè)計一種能滿足球面高質(zhì)量加工，刀刃波紋度小的金剛石銑削刀具。

3、本發(fā)明解決問題所采用的技術(shù)方案是：一種用于加工凹球面的金剛石微刀具，包括硬質(zhì)合金刀柄和金剛石刀頭，兩者通過真空釬焊組合成一個刀具整體。

4、第一步，使用激光切割機(jī)切割金剛石，將整體金剛石初步切割成刀具的形狀，這個步驟中需要保證留夠各個面的足夠余量，以滿足各個刀面的二次加工的需求。

5、第二步，拋光切割面，使刀具表面光滑程度提高。使用金剛石研拋液拋光切割面，使得金剛石刀切割表面的粗糙度達(dá)到5nm以下。在拋光表面的時候，要嚴(yán)格控制刀具放在拋光盤上的角度，多次調(diào)整刀具的角度并觀察金剛石的表面情況。

6、第三步：將經(jīng)過初步加工的金剛石刀頭與刀體連接。在真空焊機(jī)中通過釬焊的方式將金剛石刀頭與刀體完成焊接，實(shí)現(xiàn)金剛石刀具整體的初步成型。

7、第四步：利用砂輪粗磨金剛石后角，使刀具的后角接近10°，粗磨階段留夠余量，在粗磨的基礎(chǔ)上繼續(xù)進(jìn)行精研磨，使金剛石刀頭圓弧刃部分的后角達(dá)到10°。

8、第五步：使用鑄鐵盤對金剛石刀具的后角進(jìn)行精研磨，這一過程中需要嚴(yán)格控制磨削液的粒度和磨削速度，保證刀具的后角為10°，并且要保證刀具刃口的高質(zhì)量，要求刀具的刃口在500x放大倍率下無可視豁口。在刀具圓弧刃與直線相切的部位，需要延長刀刃使刃長超過切點(diǎn)，防止使用過程中發(fā)生干涉影響加工質(zhì)量。

9、第六步：使用金剛石砂輪對刀具的激光切割面進(jìn)行精研磨，使切割面的后角達(dá)到10°，如圖3所示，防止加工過程中發(fā)生干涉。

10、第七步：清洗金剛石刀具，檢測相關(guān)尺寸參數(shù)，確保刀具滿足使用要求。

11、本發(fā)明具有以下有益技述效果：

12、本申請嚴(yán)格控制金剛石刀具制造過程中形狀以獲得滿足使用要求的刀具。本申請的金剛石刀具能保證良好的使用效果。在刀具研制階段，為了完成極小尺寸刀具的加工，本發(fā)明使用激光切割機(jī)進(jìn)行刀具輪廓的初步加工，激光切割可實(shí)現(xiàn)小尺寸高精度切割，切割效率高，輪廓成型質(zhì)量較好。為了提高切割的表面質(zhì)量，使用金剛石研拋液對切割表面進(jìn)行拋光，降低切割表面粗糙度。為了解決刀具結(jié)構(gòu)易發(fā)生干涉的問題，本發(fā)明對金剛石后角進(jìn)行精細(xì)研磨，使得刀具在使用過程中不發(fā)生干涉影響。為了解決刀刃質(zhì)量的問題，在刀刃的加工過程中分為粗磨和精磨，粗磨快速成型，留足余量進(jìn)行刀刃精磨，精磨使刀刃的輪廓精度和刀刃形貌質(zhì)量極高。為解決刀具圓心偏精度不足的問題，改良工序，對金剛石刀頭進(jìn)行初步加工之后就在真空焊機(jī)中將金剛石刀頭與硬質(zhì)合金刀柄通過釬焊焊接在一起，然后對刀刃進(jìn)行加工，保證刀刃的回轉(zhuǎn)中心與刀桿軸線高度同軸。

13、另外，根據(jù)本申請所涉及到的工序，可以加工出極高質(zhì)量的金剛石刀具，刀具刃口質(zhì)量好，表面粗糙度低，形狀精度高，輪廓精度良好。具體參數(shù)包括：本刀具刀刃的圓弧半徑能達(dá)到40±1μm；刀具刃口在500x放大倍率下無可視豁口；表面粗糙度高達(dá)5nm；刀具圓心偏控制在±0.002mm；刀具刃口的波紋度達(dá)到50nm以下。

14、本發(fā)明的創(chuàng)新點(diǎn)在于，能夠制造尺寸極小的金剛石刀具，完成凹半球面的微結(jié)構(gòu)的高精度加工；刀具的制造精度極高，保證刀具有良好的使用效果；刀具表面質(zhì)量高，加工成型效果好；刀具結(jié)構(gòu)科學(xué)簡單，避免了加工過程中出現(xiàn)的干涉。

技術(shù)特征：

1.一種用于凹球面微結(jié)構(gòu)成型的金剛石刀具，其特征在于，所述金剛石刀具包括硬質(zhì)合金刀柄1、金剛石刀頭2、釬焊連接部位3，金剛石刀頭2通過釬焊連接部位3固定在硬質(zhì)合金刀柄1上，即硬質(zhì)合金刀柄1、金剛石刀頭2通過真空釬焊組合成一個刀具整體。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于凹球面微結(jié)構(gòu)成型的金剛石刀具，其特征在于，所述的金剛石刀頭2的后角經(jīng)過粗磨鉆石后角、精磨鉆石后角、金剛石砂輪精研激光切割處理。

3.一種用于凹球面微結(jié)構(gòu)成型的金剛石刀具的加工方法，其特征在于，所述方法用于實(shí)現(xiàn)能滿足球面高質(zhì)量加工、刀刃波紋度小的金剛石銑削刀具，其過程為：

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種用于凹球面微結(jié)構(gòu)成型的金剛石刀具的加工方法，其特征在于，在第三步中，保證刀刃的回轉(zhuǎn)中心與刀桿軸線高度同軸。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種用于凹球面微結(jié)構(gòu)成型的金剛石刀具的加工方法，其特征在于，刀頭使用天然金剛石或根據(jù)需要采用人造金剛石。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種用于凹球面微結(jié)構(gòu)成型的金剛石刀具的加工方法，其特征在于，金剛石刀頭2可替換為硬質(zhì)合金刀頭，可選擇刀頭與刀柄一體鑄造成型，但刀刃的加工方式以及刀具成型的其他工序不變。

7.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種用于凹球面微結(jié)構(gòu)成型的金剛石刀具的加工方法，其特征在于，金剛石刀頭2的圓弧刃半徑為40±1μm或根據(jù)需要實(shí)現(xiàn)最小半徑達(dá)到30-40μm，實(shí)現(xiàn)200μm以內(nèi)圓弧刃的高精度加工。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種用于凹球面微結(jié)構(gòu)成型的金剛石刀具的加工方法，其特征在于，先粗磨后精磨，精磨前清洗刀具表面較粗磨粒，保證精磨質(zhì)量。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種用于凹球面微結(jié)構(gòu)成型的金剛石刀具的加工方法，其特征在于成型刀面在500倍放大倍率下無裂紋、劃痕等缺陷，刃口鋒利、表面高度光潔。

技術(shù)總結(jié)
一種用于凹球面微結(jié)構(gòu)成型的金剛石刀，涉及超精密銑削中微小凹球面的加工技術(shù)領(lǐng)域。本申請是為了解決加工小尺寸球形結(jié)構(gòu)難以加工、加工質(zhì)量難以保證、球形曲面尺寸難控制、曲面表面輪廓質(zhì)量難以保證等銑削過程中的難題而進(jìn)而的。技術(shù)要點(diǎn)：本申請嚴(yán)格控制金剛石刀具制造過程中形狀以獲得滿足使用要求的刀具。使用激光切割機(jī)進(jìn)行刀具輪廓的初步加工，激光切割可實(shí)現(xiàn)小尺寸高精度切割，切割效率高，輪廓成型質(zhì)量較好。使用金剛石研拋液對切割表面進(jìn)行拋光，降低切割表面粗糙度。對金剛石后角進(jìn)行精細(xì)研磨，使得刀具在使用過程中不發(fā)生干涉影響。在刀刃的加工過程中分為粗磨和精磨，粗磨快速成型，留足余量進(jìn)行刀刃精磨，精磨使刀刃的輪廓精度和刀刃形貌質(zhì)量極高。對金剛石刀頭進(jìn)行初步加工之后就在真空焊機(jī)中將金剛石刀頭與硬質(zhì)合金刀柄通過釬焊焊接在一起，然后對刀刃進(jìn)行加工，保證刀刃的回轉(zhuǎn)中心與刀桿軸線高度同軸。

技術(shù)研發(fā)人員：徐宗偉,姚承岐,段一飛,田東禹,王澗石,花如帥
受保護(hù)的技術(shù)使用者：天津大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/15