[發(fā)明專利]一種KDP晶體材料單點金剛石飛刀切削裝置

有效

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• 申請日: 2016-01-27
• 公開（公告）號: CN105666711B
• 公開（公告）日: 2017-08-25
• 發(fā)明（設計）人: 關佳亮;趙顯輝;任勇;孫曉楠;戚澤海;路文文
• 申請（專利權）人: 北京工業(yè)大學
• 主分類號: B28D5/00
• 分類號: B28D5/00;B28D5/02
• 代理公司: 北京思海天達知識產(chǎn)權代理有限公司11203
• 代理人: 沈波

技術領域

本發(fā)明涉及一種針對KDP晶體材料單點金剛石飛刀切削的裝置，可以高精度、高效率、低成本地實現(xiàn)對KDP晶體材料的超精密加工。

背景技術

KDP晶體是一種性能非常優(yōu)良的無機電光非線性光學晶體，它是目前唯一能夠可大尺寸生長的晶體材料，并具有非線性光學系數(shù)大、激光損傷閾值高、透過波長領域寬、光學均勻性好和易于實現(xiàn)相位匹配等優(yōu)點。因此，KDP晶體被廣泛應用于激光倍頻轉換、光電調(diào)制、快速光電開關等激光和非線性光學高技術領域，并在慣性約束核聚變系統(tǒng)中具有其他晶體材料所無法替代的重要地位。但KDP晶體本身具有質軟、吸濕性強、脆性高、對溫度變化敏感、受熱易破裂等一系列不利于機械加工的特性，使得KDP晶體的超精密加工成為世界級難題，特別是大尺寸、低表面粗糙度、低波紋度、低應力、無損傷光學表面的獲得尤為艱難。

目前，國內(nèi)外KDP晶體主要采用單點金剛石切削方式經(jīng)行精密加工，現(xiàn)有的加工裝置也多為立式機床機構。這種立式機床由于主軸傳動裝置存在不可避免的誤差，從而會導致加工的KDP晶體材料表面產(chǎn)生小尺度波紋，嚴重降低加工質量。另外，現(xiàn)有的KDP晶體材料加工裝置中，金剛石刀具多采用直接焊接或者螺栓固定，無法實現(xiàn)金剛石刀具齒數(shù)增減，刀具工作半徑以及角度調(diào)整，從而無法達到高效高精度的加工。由于KDP晶體具有易破裂的特性，現(xiàn)有的加工裝置中采用的裝夾方式無法實現(xiàn)對其精準、牢靠的安裝，最終無法對其實現(xiàn)精密高效加工。同時，現(xiàn)有加工裝置極易導致KDP晶體材料在加工過程中產(chǎn)生微裂紋進而破碎，從而大大提高了加工成本。

發(fā)明內(nèi)容

為了改善現(xiàn)有的KDP晶體材料金剛石單點飛刀切削加工過程中低精度、低效率、高成本的加工現(xiàn)狀，本發(fā)明提供了一種KDP晶體材料單點金剛石飛刀切削的裝置。該裝置采用獨特的臥式機床結構，電機主軸連接刀盤，直接參與KDP晶體材料切削，不存在傳動誤差，解決KDP晶體材料加工時小尺度波紋產(chǎn)生問題。另外，本裝置配套了專用單點金剛石飛刀刀盤以及刀具角度調(diào)整裝置，能夠根據(jù)實際加工需要，實現(xiàn)金剛石刀具齒數(shù)增減、刀具工作半徑和刀具切削角度的調(diào)整，并且本裝置配備了專用的夾具，真正實現(xiàn)對KDP晶體材料高精度、高效率、低成本精密加工。

本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是：整個裝置采用臥式結構，結合刀具工作面和工件雙向進給的加工方式，實現(xiàn)對KDP晶體材料的精密加工。其加工原理圖如圖1所示，可以分為刀具轉動、主軸電機工作臺徑向進給和零件裝卡工作臺橫向進給三個過程。首先，電控系統(tǒng)啟動，真空發(fā)生器和氣泵工作，KDP晶體零件通過真空吸盤和支架固定在零件裝卡工作臺上，圓弧刃金剛石刀具通過角度調(diào)整裝置和專用刀盤安裝在電機主軸上。調(diào)節(jié)好刀具角度和與KDP晶體零件初始加工距離后，主軸電機開始轉動，帶動圓弧刃金剛石刀具以設定好的工作半徑隨著主軸高速旋轉，同時，主軸電機工作臺帶動主軸電機從設定的初始位置沿徑向進給，開始切削KDP晶體零件；當主軸電機工作臺到達設定徑向移動終點位置時，圓弧刃金剛石刀具徑向移出KDP晶體零件切削表面，隨后主軸電機工作臺開始沿原路同速返回，圓弧刃金剛石刀具再次切削KDP晶體零件；當主軸電機工作臺開到達最初啟動位置時，主軸電機工作臺停止運動，完成一次KDP晶體零件切削過程；與此同時，零件裝卡工作臺帶動KDP晶體零件開始沿橫向移動設定距離，隨后停止，此時，主軸電機工作臺再次沿徑向進給，開始下一次KDP晶體的切削。整個切削過程周期性循環(huán)進行，直至切削完成。加工時刀具每旋轉一周與工件接觸一次，接觸的長度和時間由刀尖的工作半徑、主軸的旋轉速度和工件的大小決定。其中，整個加工過程均有裝置配備的計算機控制，設定參數(shù)后，可實現(xiàn)無人化加工。

本發(fā)明所涉及的一種KDP晶體材料單點金剛石飛刀切削裝置共分為八個部分：支撐機構、主軸電機固定機構、主軸電機工作臺部分、圓弧刃金剛石刀具裝夾機構、KDP晶體零件固定機構、KDP晶體零件裝夾工作臺部分、動力部分、控制部分。

支撐機構包括高平整度底座31、減震墊和底座平衡調(diào)節(jié)器及其裝夾孔14、輔助機構電磁鐵固定栓21；

主軸電機固定機構包括高強度主軸電機固定架2、主軸電機固定架固定螺母螺栓組件1；

主軸電機工作臺部分包括第一高平整度工作臺和第一液體靜壓導軌支撐板組件24、第一液體靜壓導軌導向桿支撐腔固定螺母螺栓組件25、第一液體靜壓導向桿支撐腔和靜壓軸承組件26、液體靜壓導軌動力桿支撐腔固定螺母螺栓組件27、第一液體靜壓導軌動力桿支撐腔和靜壓軸承組件28、第一液體靜壓導軌動力桿29、第一液體靜壓導軌直線驅動電機30、第一液體靜壓導軌導向桿32；