CN104070428A - 一种适合于钻石切片刀机械刃磨的装置 - Google Patents

Abstract

一种适合于钻石切片刀机械刃磨的装置，它涉及一种超精密加工装置，以解决钻石切片刀刃磨过程不稳定以及钻石切片刀大范围角度调节不便的问题，它包括刃磨角度与进给机构、水平往复运动机构和机床基座，所述刃磨角度与进给机构包括钻石切片刀夹具、水平仪、第一丝杠副、连杆、连杆座、固定座、竖直平移台、固定块、锁紧螺钉和挡圈；所述水平往复运动机构包括水平平移台、机架、伺服电机、联轴器和第二丝杠；机架固装在机床基座的上端面上，连杆座固装在竖直平移台上，挡圈安装在锁紧螺钉上，连杆的一端通过锁紧螺钉和挡圈转动安装在连杆座上，连杆的另一端安装有竖向设置的钻石切片刀夹具。本发明用于钻石切片刀的机械刃磨加工。

Description

一种适合于钻石切片刀机械刃磨的装置

技术领域

本发明涉及一种超精密加工装置，属于超精密加工技术领域。

背景技术

21世纪以来，纳米技术革命已深入我国工业领域的细枝末节。加工工具的超精密制造技术作为整个产业链最底端、最基础的支撑技术，正面临着纳米技术革命的洗礼与挑战，如钻石切片刀的纳米刃口轮廓创成技术，包括纳米刃口锋利度、纳米刃口微缺陷，以及纳米刃口轮廓的精度保持技术等。

目前，在病理诊断、纳米材料研发、生物制药、农业新品种培育以及生命科学等科研部门和研究机构，都广泛采用超薄切片技术。在上述应用场合，被研究对象需被切成超薄切片，然后才能在透射电子显微镜、光学显微镜或原子力显微镜下获取人体病变组织结构、材料晶粒晶界、细胞内部变异、种子遗传与杂交等信息。受透射电子束或光束穿透能力的制约，研究对象须被切成30～70nm的切片。若为原子力显微镜提供观测样件，研究对象则需被切成10～100nm的切片。为了防止切片所载信息失真，切片不能有断痕、划痕、挤压和褶皱，这就要求切片刀具在整个直线刀刃上(刃长>1mm)必须满足：刃口锋利度≤10nm、刃口微缺陷≤10nm，亦即切片质量对切片刀具的刃口轮廓精度极其敏感。

过去，人们通常采用廉价但并不理想的玻璃刀进行切片。因为受玻璃的多晶特性限制，玻璃刀的刃口锋利度很难加工到100nm以内，使得切片很容易发生挤压、褶皱。在使用时，玻璃刀还极易磨损、破损，切片很快就会发生断痕、划痕，由此丧失切片意义。

近年来，随着高精度金刚石刀具制造技术的出现，钻石切片刀被引入了超薄切片技术领域，以弥补玻璃切片刀的不足。超精密切削加工技术是20世纪60年代专门针对现代化高技术需要而发展起来的先进制造技术，是一种向传统加工方法不易突破的高精度极限挑战的机械加工新工艺。

纵观国外钻石切片刀制造的成功案例，首选技术方案都是机械刃磨技术。但是目前钻石切片刀的刃磨主要由操作人员手动完成，无法保证刃磨过程的稳定性，导致钻石切片刀刃口始终存在微缺陷，无法满足技术指标，而且在进行大范围角度调节时需要将刀体脱焊后重新调整角度再焊上，十分不方便。综上所述，亟需研制一种新型装置来保证钻石切片刀的刃磨质量。

发明内容

本发明是为解决钻石切片刀刃磨过程不稳定以及钻石切片刀大范围角度调节不便的问题，进而提供一种适合于钻石切片刀机械刃磨的装置。

本发明为解决上述问题采取的技术方案是：本发明的一种适合于钻石切片刀机械刃磨的装置包括刃磨角度与进给机构、水平往复运动机构和机床基座；

所述刃磨角度与进给机构包括钻石切片刀夹具、水平仪、第一丝杠副、连杆、连杆座、固定座、竖直平移台、固定块、锁紧螺钉和挡圈；所述水平往复运动机构包括水平平移台、机架、伺服电机、联轴器和第二丝杠副，第二丝杠副水平布置；

机架固装在机床基座的上端面上，水平平移台布置在机架的上端面，机架上安装有伺服电机、联轴器和第二丝杠副，伺服电机与联轴器连接，联轴器与第二丝杠副的丝杠连接，第二丝杠副的丝母与水平平移台的下端面连接，水平平移台的上端面上固装有固定块，固定块与机床基座的研磨盘相邻的侧面上固装有固定座，第一丝杠副的丝杠竖向安装在固定座上，第一丝杠副的丝母上安装有竖直平移台，竖直平移台能在固定座上上下移动；

连杆座固装在竖直平移台上，挡圈安装在锁紧螺钉上，连杆的一端通过锁紧螺钉和挡圈转动安装在连杆座上，连杆的另一端安装有竖向设置的钻石切片刀夹具，钻石切片刀夹具的上端面安装有水平仪，连杆与水平面之间的夹角为0-45°。

本发明的有益效果是：本发明通过刃磨角度与进给机构，实现了钻石切片刀前后刀面0～45°大范围角度调整，有效的避免了刃磨过程中反复刀体脱焊后重新调整角度再焊上的过程，并通过高精度的刀具进给，保证了钻石切片刀的刃磨效率与刃磨质量。本发明通过水平往复运动机构，避免了操作人员手动往复运动而引起的刃磨接触深度变化，保证了刃磨过程的稳定性，有助于提高刃磨质量，并且利用伺服电机实现刃磨轨迹复杂化，有效避免钻石切片刀表面的沟槽，改善表面粗糙度。本发明在于不进行刃磨时，将连接杆抬起至竖直方向，利用光学显微镜对钻石切片刀刃磨质量进行在位评价。本发明具有刚度高、刃磨过程稳定、可方便实现刃磨角度调整和高精度进给的特点。

附图说明

图1为本发明的立体结构示意图，图2为本发明的主视示意图，图3为本发明的俯视示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1-3说明，本实施方式的一种适合于钻石切片刀机械刃磨的装置包括刃磨角度与进给机构1、水平往复运动机构2和机床基座3；

所述刃磨角度与进给机构1包括钻石切片刀夹具1-1、水平仪1-3、第一丝杠副1-13、连杆1-4、连杆座1-5、固定座1-14、竖直平移台1-6、固定块1-9、锁紧螺钉1-11和挡圈1-12；所述水平往复运动机构2包括水平平移台2-1、机架2-3、伺服电机2-4、联轴器2-5和第二丝杠副2-6，第二丝杠副2-6水平布置；

机架2-3固装在机床基座3的上端面上，水平平移台2-1布置在机架2-3的上端面，机架2-3上安装有伺服电机2-4、联轴器2-5和第二丝杠副2-6，伺服电机2-4与联轴器2-5连接，联轴器2-5与第二丝杠副2-6的丝杠连接，第二丝杠副2-6的丝母与水平平移台2-1的下端面连接，水平平移台2-1的上端面上固装有固定块1-9，固定块1-9与机床基座3的研磨盘1-3-1相邻的侧面上固装有固定座1-14，第一丝杠副1-13的丝杠竖向安装在固定座1-14上，第一丝杠副1-13的丝母上安装有竖直平移台1-6，竖直平移台1-6能在固定座1-14上上下移动；

连杆座1-5固装在竖直平移台1-6上，挡圈1-12安装在锁紧螺钉1-11上，连杆1-4的一端通过锁紧螺钉1-11和挡圈1-12转动安装在连杆座1-5上，连杆1-4的另一端安装有竖向设置的钻石切片刀夹具1-1，钻石切片刀夹具1-1的上端面安装有水平仪1-3，连杆1-4与水平面之间的夹角β为0-45°。

本实施方式在调整角度时需要借助竖直平移台调整钻石切片刀夹具1-1的高度位置。调整连杆与水平面之间的角度时松开锁紧螺钉1-11，连杆可水平面下方旋转，刃磨角度调整范围0～45°，调整连杆角度至设定值后，拧紧锁紧螺钉，保证高刚度的刃磨过程。当连杆与水平面面夹角为0°时，可通过观察水平仪中水平珠的位置，保证连杆的水平。当连杆向上旋转至竖向时，此时连杆与水平面的夹角为90°，此时不进行刃磨，但可利用光学显微镜对钻石切片刀刃磨质量进行在位评价。

本实施方式为了减少钻石切片刀夹具1-1的磨损，可增加衬套1-2，钻石切片刀夹具1-1通过衬套安装在连杆上。

本实施方式的第二丝杠副2-6的丝杠能在机架2-3上转动；水平平移台2-1能在机架2-1上往复移动；第一丝杠副1-13的丝杠能在固定座1-14上转动。

具体实施方式二：结合图1说明，本实施方式的第二丝杠副2-6的丝母为圆柱滚子丝母。如此设置，水平平移台移动稳定可靠，满足设计要求和实际需要。其它与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：结合图1和图2说明，本实施方式的固定块1-9为L形固定块，固定块1-9的立臂上固装有固定座1-14。如此设置，固定块结构稳定可靠，强度大，满足竖直平移台和水平平移台的连接需要。其它与具体实施方式一或二相同。

具体实施方式四：结合图1说明，本实施方式的固定座1-14的侧面上加工有燕尾槽，竖直平移台1-6为与燕尾槽相互配合的梯形竖直平移台。如此设置，竖直平移台运动稳定可靠，精度高，燕尾槽能起到很好的导向和支撑作用。其它与具体实施方式三相同。

具体实施方式五：结合图1-图3说明，本实施方式的第一丝杠副1-13的丝杠的螺距为1mm，竖直平移台1-6的行程为100mm。如此设置，可实现刃磨过程中高精度的进给，更加保证了钻石切片刀的刃磨质量与刃磨效率。其它与具体实施方式一、二或四相同。

具体实施方式六：结合图1-图3说明，本实施方式的第二丝杠副2-6的丝杠的螺距为1mm，水平平移台2-1的行程为100mm。如此设置，更加保证了刃磨过程的稳定性，提高了钻石切片刀的刃磨质量与刃磨效率。其它与具体实施方式五相同。

具体实施方式七：结合图2说明，本实施方式所述装置还包括多个第一螺栓1-7和与第一螺栓1-7数量相一致的第一螺母1-8，固定块1-9通过多个第一螺栓1-7和多个第一螺母1-8与固定座1-14连接。如此设置，固定座1-14和固定块1-9连接简便高效，便于拆装。其它与具体实施方式一、二、四或六相同。

具体实施方式八：结合图2说明，本实施方式所述装置还包括多个第一螺钉1-10，水平平移台2-1通过多个第一螺钉1-10与固定块1-9连接。如此设置，固定块1-9与水平平移台2-1连接简便高效，便于拆装。其它与具体实施方式七相同。

具体实施方式九：结合图2说明，本实施方式所述装置还包括多个第二螺钉2-2，伺服电机2-4通过多个第二螺钉2-2与机架2-3连接。如此设置，伺服电机2-4与机架2-3连接方便高效，便于拆装。其它与具体实施方式一、二、四、六或八相同。

工作原理

本发明的连杆1-4向水平面下方能旋转0-45°，连杆1-4和机床基座3的研磨盘1-3-1成0°时，刃磨的行程为37mm；研磨盘可刃磨钻石切片刀夹具1-1上的钻石切片刀的范围为直径150mm～224mm环带；连杆1-4和机床基座3的研磨盘1-3-1成30°时，研磨盘1-3-1可刃磨钻石切片刀夹具1-1上的钻石切片刀的范围直径为150mm～260mm的环带；连杆1-4和机床基座3的研磨盘1-3-1成45°时，刃磨的行程为35mm，研磨盘1-3-1可刃磨钻石切片刀夹具1-1上的钻石切片刀的范围为直径224mm～300mm环带。

本发明在于不进行刃磨时，连杆1-4可抬起至竖直方向，利用光学显微镜对钻石切片刀刃磨质量进行在位评价。

Claims (9)

1.一种适合于钻石切片刀机械刃磨的装置，其特征在于：它包括刃磨角度与进给机构(1)、水平往复运动机构(2)和机床基座(3)；

所述刃磨角度与进给机构(1)包括钻石切片刀夹具(1-1)、水平仪(1-3)、第一丝杠副(1-13)、连杆(1-4)、连杆座(1-5)、固定座(1-14)、竖直平移台(1-6)、固定块(1-9)、锁紧螺钉(1-11)和挡圈(1-12)；所述水平往复运动机构(2)包括水平平移台(2-1)、机架(2-3)、伺服电机(2-4)、联轴器(2-5)和第二丝杠副(2-6)，第二丝杠副(2-6)水平布置；

机架(2-3)固装在机床基座(3)的上端面上，水平平移台(2-1)布置在机架(2-3)的上端面，机架(2-3)上安装有伺服电机(2-4)、联轴器(2-5)和第二丝杠副(2-6)，伺服电机(2-4)与联轴器(2-5)连接，联轴器(2-5)与第二丝杠副(2-6)的丝杠连接，第二丝杠副(2-6)的丝母与水平平移台(2-1)的下端面连接，水平平移台(2-1)的上端面上固装有固定块(1-9)，固定块(1-9)与机床基座(3)的研磨盘(1-3-1)相邻的侧面上固装有固定座(1-14)，第一丝杠副(1-13)的丝杠竖向安装在固定座(1-14)上，第一丝杠副(1-13)的丝母上安装有竖直平移台(1-6)，竖直平移台(1-6)能在固定座(1-14)上上下移动；

连杆座(1-5)固装在竖直平移台(1-6)上，挡圈(1-12)安装在锁紧螺钉(1-11)上，连杆(1-4)的一端通过锁紧螺钉(1-11)和挡圈(1-12)转动安装在连杆座(1-5)上，连杆(1-4)的另一端安装有竖向设置的钻石切片刀夹具(1-1)，钻石切片刀夹具(1-1)的上端面安装有水平仪(1-3)，连杆(1-4)与水平面之间的夹角(β)为0-45°。

2.根据权利要求2所述的一种适合于钻石切片刀机械刃磨的装置，其特征在于：第二丝杠副(2-6)的丝母为圆柱滚子丝母。

3.根据权利要求1或2所述的一种适合于钻石切片刀机械刃磨的装置，其特征在于：固定块(1-9)为L形固定块，固定块(1-9)的立臂上固装有固定座(1-14)。

4.根据权利要求3所述的一种适合于钻石切片刀机械刃磨的装置，其特征在于：固定座(1-14)的侧面上加工有燕尾槽，竖直平移台(1-6)为与燕尾槽相互配合的梯形竖直平移台。

5.根据权利要求1、2或4所述的一种适合于钻石切片刀机械刃磨的装置，其特征在于：第一丝杠副(1-13)的丝杠的螺距为1mm，竖直平移台(1-6)的行程为100mm。

6.根据权利要求5所述的一种适合于钻石切片刀机械刃磨的装置，其特征在于：第二丝杠副(2-6)的丝杠的螺距为1mm，水平平移台(2-1)的行程为100mm。

7.根据权利要求1、2、4或6所述的一种适合于钻石切片刀机械刃磨的装置，其特征在于：所述装置还包括多个第一螺栓(1-7)和与第一螺栓(1-7)数量相一致的第一螺母(1-8)，固定块(1-9)通过多个第一螺栓(1-7)和多个第一螺母(1-8)与固定座(1-14)连接。

8.根据权利要求7所述的一种适合于钻石切片刀机械刃磨的装置，其特征在于：所述装置还包括多个第一螺钉(1-10)，水平平移台(2-1)通过多个第一螺钉(1-10)与固定块(1-9)连接。

9.根据权利要求1、2、4、6或8所述的一种适合于钻石切片刀机械刃磨的装置，其特征在于：所述装置还包括多个第二螺钉(2-2)，伺服电机(2-4)通过多个第二螺钉(2-2)与机架(2-3)连接。