[實用新型]面向規則金剛石工具頭超精密研磨/拋光加工平臺

有效

• 申請號: 201320695779.4
• 申請日: 2013-11-07
• 公開（公告）號: CN203636514U
• 公開（公告）日: 2014-06-11
• 發明（設計）人: 趙宏偉;韓磊;高景;張鵬;閆紀旺;佟達;魯帥;劉宏達;程虹丙;董曉龍
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: B24B3/00
• 分類號: B24B3/00
• 代理公司: 吉林長春新紀元專利代理有限責任公司 22100
• 代理人: 王怡敏

技術領域

本實用新型涉及精密、超精密加工領域，面向規則金剛石工具頭超精密研磨/拋光加工平臺，針對金剛石多邊且幾何形狀規則的特點，對規則金剛石工具頭實現超精密研磨/拋光加工。

背景技術

加工金剛石（鉆石）最普通的方法是傳統的打圓、鋸和拋光。金剛石由粘附在轉盤片上的其它金剛石或金剛石粉末進行機械加工—部分金剛石在加工過程中變成了金剛石粉末。盡管金剛石的重量減輕了，但由于經過拋光之后形狀有了改變，它的價值反而提高了。當然，金剛石的凈度也有了提高。除了傳統的機械加工方法，鐳射在今天已經成為一種非常重要的分割方法。與傳統的機械相比，鐳射加工的初始投資大，而且材枓的損耗也比較多。但可切成許多新形狀的金剛石。然而，鐳射也有其很大的優越性，在劈開金剛石時無需考慮金剛石晶體的生長方向，金剛石的機械性能也無關重要。這就使得人們可以分割多晶金剛石，先前這幾乎是不可能的。由于劈金剛石過程中存在風險，特別對于大金剛石而言，因此傳統劈鉆法已很少使用。

研磨和拋光幾乎是同時應用和出現的加工技術。研磨能提高工件的形狀和位置精度，而拋光能降低表面粗糙度等，但不能提高工件的形狀和位置精度。拋光通常采用極細的微粒，使得磨料和工件間不至于達到破壞的作用力，不產生裂紋等。微細磨粒粒徑一般在1μm以下，在更細的磨粒的作用下進行拋光加工，獲得更高質量的表面。一般都能達到納米級的表面粗糙度和表面損傷。

隨著科學技術的發展，人們對產品性能的需求和要求更加苛刻，不但從質量方面，還要從效率等方面考慮，尤其在國防工業、微電子技術、航空航天、精密儀器儀表等領域，對器件的精度、質量方面要求越來越高。而金剛石工具頭無論是在加工生產還是在科學研究領域都有著極其重要地位，例如緊密切削的道具、納米壓痕/劃痕的工具頭等都會利用金剛石。而以“世界最硬的材料”也使金剛石在人類的各個領域得以廣泛應用，然而這也正是因為它的優點也帶來了加工困難，尤其是對金剛石的超精密加工還是處于科學探索階段。因此，針對幾何形狀規則的金剛石體來說，設計一種能夠提高加工效率，改善加工精度的超精密研磨/拋光加工平臺是十分必要的。

發明內容

本實用新型的目的在于提供一種面向規則金剛石工具頭超精密研磨/拋光加工平臺，解決了現有技術存在的上述問題，具有結構緊湊、操作簡單、效率高、適用性強等優點；同時保證工件加工表面的平面度、提高工件的加工效率和表面質量。

本實用新型的上述目的通過以下技術方案實現：

面向規則金剛石工具頭超精密研磨/拋光加工平臺，包括平臺支撐裝置、三自由度裝置、力傳感器與聲發射傳感器控制單元、工具頭加持單元，所述三自由度裝置分別提供Z軸轉動、Y軸轉動、Z軸移動，三自由度裝置提供工件所需要的加工位置和向下的載荷力；所述力傳感器與聲發射傳感器控制單元包括力傳感器13及聲發射傳感器25，由連接環12、法蘭14和工具頭加持單元11固定，力傳感器13通過連接環12、法蘭14測量工件在加工過程中所受到的作用力；聲發射傳感器25與金剛石工具頭10接觸，監控加工時材料去除動態過程；所述力傳感器與聲發射傳感器控制單元連接三自由度傳動裝置與工具頭加持單元。

所述的三自由度裝置由安川交流伺服旋轉電機15、脈沖控制數字舵機16、安川交流伺服直線電機19組成，Z軸移動由安川交流伺服直線電機19提供，通過緊固螺釘Ⅰ20固定在連接板1上，電機具有自鎖并自帶編碼器，能夠實現對轉速的檢測，形成半閉環控制，電機的輸出軸、滾珠絲杠23與聯軸器21通過緊固螺釘Ⅱ22相連，滾珠絲杠23與絲杠螺母18相連接，絲杠螺母18與滑塊7通過內六角螺釘Ⅱ17相連，Z軸位移沿導軌6產生；Y軸旋轉由脈沖控制數字舵機16提供，數字舵機通過緊固螺釘固定在滑塊7上，舵機由數字脈沖控制，舵機以單脈沖1分度為單位繞Y軸旋轉，舵機具有自鎖功能，實現待加工面的角度調整；Z軸旋轉由安川交流伺服旋轉電機15提供，并通過緊固螺釘將其固定在舵機上，安川交流伺服旋轉電機具有自鎖并自帶編碼器，能夠實現對轉速的檢測，形成半閉環控制，嚴格輸出需要的角度。

所述的力傳感器13與法蘭14、連接環12相連，夾頭11與連接環12螺紋連接，同時通過調整兩者的位置使聲發射傳感器25與金剛石工具頭10相接觸。

所述的工具頭加持單元的金剛石夾頭11與連接環12螺紋連接，并通過緊固螺釘Ⅲ24將金剛石工具頭10固定。