CN115139115A - 一种纳米级加工装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及纳米级加工装置技术领域，尤其涉及一种纳米级加工装置，其包括底座，储刀机构、换刀机构和用刀机构，储刀机构用于存储刀具，换刀机构设置于储刀机构和用刀机构之间，换刀机构用于将储刀机构存储的刀具运输至用刀机构进行更换以及将更换下的刀具运输至储刀机构；用刀机构包括加工组件和用于驱动加工组件运动的第一驱动组件。本发明将储刀机构、换刀机构和用刀机构集成在一个底座上，具有较高的集成度，储刀机构可以用于存储不同型号的刀具，通过换刀机构，可以将储刀机构存储的刀具运输至用刀机构进行更换，然后将更换下的刀具运输至储刀机构进行存储，通过更换刀具，可以更换不同的加工方式，满足加工需求，提高加工效率。

Description

一种纳米级加工装置

技术领域

本发明涉及纳米级加工装置技术领域，尤其涉及一种纳米级加工装置。

背景技术

纳米级精度的加工和纳米级表层的加工，即原子和分子的去除、搬迁和重组是纳米技术主要内容之一。纳米加工技术担负着支持最新科学技术步的重要使命。

按加工方式，纳米级加工可分为切削加工、磨料加工(分固结磨料和游离磨料)、特种加工和复合加工四类。纳米级加工还可分为传统加工、非传统加工和复合加工。传统加工是指刀具切削加工、固有磨料和游离磨料加工；非传统加工是指利用各种能量对材料进行加工和处理；复合加工是采用多种加工方法的复合作用。纳米级加工技术也可以分为机械加工、化学腐蚀、能量束加工、复合加工、隧道扫描显微技术加工等多种方法。机械加工方法有单晶金刚石刀具的超精密切削，金刚石砂轮和CBN砂轮的超精密磨削和镜面磨削、磨、砂带抛光等固定磨料工具的加工，研磨、抛光等自由磨料的加工等，能束加工可以对被加工对象进行去除，添加和表面改性等工艺，例如，用激光进行切割、钻孔和表面硬化改性处理。用电子束进行光刻、焊接、微米级和纳米级钻孔、切削加工，离子和等离子体刻蚀等。属于能量束的加工方法还包括电火花加工、电化学加工、电解射流加工、分子束外延等。STM加工是最新技术，可以进行原子级操作和原子去除、增添和搬迁等。

目前，根据代加工工件的需求，需要采用不同的加工方式已经更换不同的刀具，因此，在加工过程中，需要采用多个加工设备，并根据加工需求更换不同的加工设备，加工过程非常繁琐，极大地影响了加工效率。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种纳米级加工装置，以解决现有纳米加工方式中，需要采用多个加工设备，并根据加工需求更换不同的加工设备，加工过程非常繁琐，极大地影响了加工效率。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种纳米级加工装置，其包括底座，以及设置于所述底座的储刀机构、换刀机构和用刀机构，所述储刀机构用于存储不同型号的刀具，所述换刀机构设置于所述储刀机构和用刀机构之间，所述换刀机构用于将储刀机构存储的刀具运输至用刀机构进行更换以及将更换下的刀具运输至储刀机构；所述用刀机构包括用于安装刀具的加工组件和用于驱动所述加工组件运动的第一驱动组件。

进一步地，所述用刀机构包括设置于所述底座的用刀架，所述第一驱动组件包括第一驱动件、第二驱动件和第三驱动件，所述第一驱动件设置于所述用刀架，所述第一驱动件用于驱动所述加工组件沿所述用刀架的长度方向来回移动；所述第二驱动件设置于所述第一驱动件，所述第二驱动件用于驱动所述加工组件沿竖直方向上下运动；所述第三驱动件设置于所述第二驱动件上，所述第三驱动件用于驱动所述加工组件绕竖直方向旋转，所述加工组件设置于所述第三驱动件。

进一步地，所述用刀组件包括刀头和设置于所述刀头的定位件，所述定位件用于对刀具的加工位置进行定位。

进一步地，所述用刀组件包括刀头和设置于所述刀头的定位件，所述定位件用于对刀具的加工位置进行定位。

进一步地，所述用刀架设置有至少两个所述用刀组件，每组所述用刀组件均设置有一组第一驱动组件进行驱动。

进一步地，所述换刀机构包括换刀架、活动设置于所述换刀架的多位星型换刀盘和用于驱动所述多位星型换刀盘进行换刀的换刀驱动组件，所述多位星型换刀盘用于固定刀具。

进一步地，所述换刀驱动组件包括X轴驱动件、Z轴驱动件和转动驱动件，所述X轴驱动件用于驱动所述多位星型换刀盘沿所述换刀架的长度方向来回移动，所述Z轴驱动件用于驱动所述多位星型换刀盘沿所述换刀架的高度方向来回移动所述转动驱动件用于驱动所述多位星型换刀盘绕其中心旋转。

进一步地，所述储刀机构包括刀库和刀模，所述刀库设置于底座，所述刀库设置有用于打开或者封闭刀库的库门；所述刀模滑动设置于所述刀库内，所述刀模设置有用于容纳刀具的导槽，所述刀库内设置有用于驱动所述刀模靠近或者远离所述换刀机构的储刀驱动件。

进一步地，所述库门包括活动设置于所述刀库的门板和用于驱动所述门板打开或者封闭所述刀库的开门驱动组件。

进一步地，所述门板竖直滑动设置于刀库，所述开门驱动组件包括主动轮、被动轮、套设在主动轮和被动轮之间的皮带、以及用于驱动所述主动轮转动的开门驱动件，所述主动轮和所述被动轮分别转动承载在所述刀库上，所述门板与所述皮带固定连接。

本发明的有益效果：本发明将储刀机构、换刀机构和用刀机构集成在一个底座上，具有较高的集成度，储刀机构可以用于存储不同型号的刀具，通过换刀机构，可以将储刀机构存储的刀具运输至用刀机构进行更换，然后将更换下的刀具运输至储刀机构进行存储，通过更换刀具，可以更换不同的加工方式，满足加工需求，极大地提高了加工效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本纳米级加工装置实施例的整体立体结构示意图；

图2为本纳米级加工装置实施例的换刀机构和用刀机构的侧视图；

图3为本纳米级加工装置实施例的用刀机构的正视图；

图4为本纳米级加工装置实施例的换刀机构的正视图；

图5为本纳米级加工装置实施例的储刀机构的分解图；

图6为图5中库门的放大示意图。

图中标识说明：100、底座；200、储刀机构；210、刀库；220、刀模；230、库门；231、门板；232、开门驱动组件；2321、主动轮；2322、被动轮；2323、皮带；2324、开门驱动件；2325、同步轴；240、储刀驱动件；300、换刀机构；310、换刀架；320、多位星型换刀盘；321、取刀器；322、中转器；330、换刀驱动组件；331、X轴驱动件；332、Z轴驱动件；333、转动驱动件；400、用刀机构；410、加工组件；411、刀头；412、定位件；420、第一驱动组件；421、第一驱动件；422、第二驱动件；423、第三驱动件；430、用刀架。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

还应当理解，在此本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。

还应当进一步理解，在本发明说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

实施例一

请参阅图1和图2所示，一种纳米级加工装置，包括底座100，以及设置于所述底座100的储刀机构200、换刀机构300和用刀机构400，所述储刀机构200用于存储不同型号的刀具，所述换刀机构300设置于所述储刀机构200和用刀机构400之间，所述换刀机构300用于将储刀机构200存储的刀具运输至用刀机构400进行更换以及将更换下的刀具运输至储刀机构200；所述用刀机构400包括用于安装刀具的加工组件410和用于驱动所述加工组件410运动的第一驱动组件420。本发明将储刀机构200、换刀机构300和用刀机构400集成在一个底座100上，具有较高的集成度，储刀机构200可以用于存储不同型号的刀具，通过换刀机构300，可以将储刀机构200存储的刀具运输至用刀机构400进行更换，然后将更换下的刀具运输至储刀机构200进行存储，通过更换刀具，可以更换不同的加工方式，满足加工需求，极大地提高了加工效率，满足现有3C行业复杂的加工工艺要求。

如图2和图3所示，所述用刀机构400包括设置于所述底座100的用刀架430，所述第一驱动组件420包括第一驱动件421、第二驱动件422和第三驱动件423，所述第一驱动件421设置于所述用刀架430，所述第一驱动件421用于驱动所述加工组件410沿所述用刀架430的长度方向来回移动；所述第二驱动件422设置于所述第一驱动件421，所述第二驱动件422用于驱动所述加工组件410沿竖直方向上下运动；所述第三驱动件423设置于所述第二驱动件422上，所述第三驱动件423用于驱动所述加工组件410绕竖直方向旋转，所述加工组件410设置于所述第三驱动件423。在本实施例中，所述用刀架430为龙门架，所述第一驱动件421、第二驱动件422可以为丝杆模组，所述第一驱动件421驱动用刀组件沿X轴来回移动，所述第二驱动件422用刀组件沿Z轴上下移动，所述第三驱动件423可以是电机，通过第一驱动件421、第二驱动件422和第三驱动件423控制加工组件410进行加工。

在本实施例中，所述用刀组件包括刀头411和设置于所述刀头411的定位件412，所述定位件412用于对刀具的加工位置进行定位。具体地，所述刀头411可以采用电磁铁的方式磁吸固定刀具，在其他的实施例中，所述刀头411可以为一个机械夹具。所述定位件412可以是激光定位仪，激光定位仪与第一驱动组件420电连接，加工时，首先根据激光定位仪确定工件上的待加工的位置坐标，然后将该位置坐标信息传输至第一驱动组件420，第一驱动组件420再控制刀头411将刀具移动至坐标位置进行加工。在其他的实施例中，定位件412可以是视觉相机。在本实施例中，刀头411可以通过多种技术的手段以实现纳米级加工精度要求。如纳米直线光栅尺与直线电机组合，配备可对刀长、刀径在线检测的激光对刀仪，在线检测探头等。

如图3所示，所述用刀架430设置有至少两个所述用刀组件，每组所述用刀组件均设置有一组第一驱动组件420进行驱动。在本实施例中，所述用刀架430上设置有四组用刀组件，每组用刀组件可以独立运转或者同步运转，可以同时加工四个工件，实现4倍加工效率，极大地提高了工件的加工速率。

如图2和图4所示，所述换刀机构300包括换刀架310、活动设置于所述换刀架310的多位星型换刀盘320和用于驱动所述多位星型换刀盘320进行换刀的换刀驱动组件330；所述多位星型换刀盘320设置有取刀器321和中转器322，所述换刀驱动组件330用于驱动所述取刀器321将所述储刀机构200存储的刀具移动至所述用刀机构400，并驱动所述中转器322将用刀机构400上的刀具取下，并将所述取刀器321上的刀具安装至所述用刀机构400上。换刀机构300通过在多位星型换刀盘320上设置取刀器321和中转器322，取刀器321用于提取待更换的刀具，中转器322用于转移从用刀机构400上更换下来的刀具。相比于一般的人工采用特定的工具将工作刀取下，再换上备用刀具，本换刀机构300的换刀效率更高，且自动化程度更高。

如图4所示，所述换刀驱动组件330包括X轴驱动件331、Z轴驱动件332和转动驱动件333，所述X轴驱动件331用于驱动所述多位星型换刀盘320沿所述换刀架310的长度方向来回移动，所述Z轴驱动件332用于驱动所述多位星型换刀盘320沿所述换刀架310的高度方向来回移动，所述转动驱动件333用于驱动所述多位星型换刀盘320绕其中心旋转。具体地，所述换刀架310可以为龙门架，所述换刀架310设置于所述底座100且平行于所述用刀架430。所述X轴驱动件331可以为丝杆模组，所述Z轴驱动件332可以为丝杆模组所述旋转驱动件可以是电机。通过换刀驱动组件330，可以控制取刀器321和中转器322靠近刀头411，先控制中转器322取下到头上的刀具，再控制取刀器321安装新刀具。

如图4所示，所述取刀器321和中转器322周向分布于所述多位星型换刀盘320，所述取刀器321和中转器322以多位星型换刀盘320的中心对称设置。具体地，该设置可以为刀具留出充足的空间，同时，多位星型换刀盘320的重心与中心重合，稳定性更高。

具体地，所述多位星型换刀盘320设置有至少两个所述取刀器321和至少两个所述中转器322，所述取刀器321和中转器322一一对应设置。在本实施例中，分别设置有四个取刀器321和四个中转器322，一次取刀可以为四个刀头411进行换刀，减小取刀的次数，提高了换刀的效率。

更加具体地，多个所述取刀器321和中转器322围绕多位星型换刀盘320周向均匀设置，可以为刀具留出充足的空间，避免相邻的取刀器321或中转器322上的刀具磕碰。

在本实施例中，所述多位星型换刀盘320被分割为取刀区和中转区(图中没有标记)，所述取刀区设置有至少两个所述取刀器321，所述中转区设置有至少两个中转器322，所述取刀器321和中转器322一一对应设置。具体地，分别设置有四个取刀器321和四个中转器322，当多位星型换刀盘320从储刀机构200取多把刀时，每次只需要将多位星型换刀盘320转动较小的角度，就可以进行取刀，一次取刀可以为四个刀头411进行换刀，减小取刀的次数，提高了换刀的效率。

如图4所示，所述取刀器321和中转器322包括真空吸盘、气缸、电磁吸附件或机械夹具。在本实施例中，取刀器321和中转器322可以是电磁吸附件，电磁吸附件利用电磁铁的原理，吸取刀具非常方便。

如图5和图6所示，所述储刀机构200包括刀库210和刀模220，所述刀库210设置于底座100且位于所述换刀架310远离所述用刀架430的一侧，所述刀库210靠近所述换刀架310的一侧设置有用于打开或者封闭刀库210的库门230；所述刀模220滑动设置于所述刀库210内，所述刀模220设置有用于容纳刀具的刀槽，所述刀库210内设置有用于驱动所述刀模220靠近或者远离所述换刀架310的储刀驱动件240。在本实施例中，刀模220用于放置各种型号的刀具，刀模220放置在刀库210内，刀具不易受污染和损坏，使用时通过储刀驱动件240将刀模220移到换刀架310的下方，以方便换刀机构300进行换刀。

在本实施例中，所述储刀驱动件240可以为丝杆模组，所述丝杆模组沿Y轴移动。具体的，一共设置有四组刀模220，每组刀模220均连接有一个储刀驱动件240，四组储刀驱动件240彼此平行设置，且储刀驱动件240与用刀组件一一对应设置。

如图5和图6所示，所述库门230包括活动设置于所述刀库210的门板231和用于驱动所述门板231打开或者封闭所述刀库210的开门驱动组件232。具体地，所述门板231竖直滑动设置于刀库210，所述开门驱动组件232包括主动轮2321、被动轮2322、套设在主动轮2321和被动轮2322之间的皮带2323、以及用于驱动所述主动轮2321转动的开门驱动件2324，所述主动轮2321和所述被动轮2322分别转动承载在所述刀库210上，所述门板231与所述皮带2323固定连接。所述开门驱动件2324可以是电机。

在本实施例，门板231的两侧分别设置有两组主动轮2321、被动轮2322和皮带2323，两个所述主动轮2321之间连接有一个同步轴2325。门板231通过两组皮带2323进行驱动，门板231的打开和关闭更加稳定，同时，两个主动轮2321之间通过一个同步轴2325连接，这样只需要一个开门驱动件2324就可以同时驱动两个皮带2323转动。

在本实施例，可以根据需求调整刀模220的大小和数量，通过加大刀库210的容积，增加刀模的数量，以提高容纳刀具的数量，放置不同型号的刀具，满足现有3C行业复杂的加工工艺要求。

进一步地，为了提高加工效率，刀库210可以根据***加工程序的需求，提前准备好所需的刀具，依据预先设定的程序将专有待使用刀具的刀模220提前移出门板231，从而减少准备刀具的时间，提高换刀的效率，进而提高加工效率。

综上所述，本发明将储刀机构200、换刀机构300和用刀机构400集成在一个底座100上，具有较高的集成度，储刀机构200可以用于存储不同型号的刀具，通过换刀机构300，可以将储刀机构200存储的刀具运输至用刀机构400进行更换，然后将更换下的刀具运输至储刀机构200进行存储，通过更换刀具，可以更换不同的加工方式，满足加工需求，极大地提高了加工效率。

实施例二

本实施例涉及一种纳米级加工装置，该装置主要运用于芯片加工。纳米级加工装置包括底座100，以及设置于所述底座100的储刀机构200、换刀机构300和用刀机构400，所述储刀机构200用于存储不同型号的刀具，所述换刀机构300设置于所述储刀机构200和用刀机构400之间，所述换刀机构300用于将储刀机构200存储的刀具运输至用刀机构400进行更换以及将更换下的刀具运输至储刀机构200；所述用刀机构400包括用于安装刀具的加工组件410和用于驱动所述加工组件410运动的第一驱动组件420。本发明将储刀机构200、换刀机构300和用刀机构400集成在一个底座100上，具有较高的集成度，储刀机构200可以用于存储不同型号的刀具，通过换刀机构300，可以将储刀机构200存储的刀具运输至用刀机构400进行更换，然后将更换下的刀具运输至储刀机构200进行存储，通过更换刀具，可以更换不同的加工方式，满足加工需求，极大地提高了加工效率。

本实施例与实施例一的不同之处在于，多个所述取刀器321和中转器322围绕多位星型换刀盘320周向间隔设置，所述取刀器321和中转器322一一对应设置，通过该设置，在对刀头411换刀时，每次只需要转动多位星型换刀盘320较小的角度。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种纳米级加工装置，其特征在于，包括底座，以及设置于所述底座的储刀机构、换刀机构和用刀机构，所述储刀机构用于存储不同型号的刀具，所述换刀机构设置于所述储刀机构和用刀机构之间，所述换刀机构用于将储刀机构存储的刀具运输至用刀机构进行更换以及将更换下的刀具运输至储刀机构；所述用刀机构包括用于安装刀具的加工组件和用于驱动所述加工组件运动的第一驱动组件。

2.根据权利要求1所述的一种纳米级加工装置，其特征在于，所述用刀机构包括设置于所述底座的用刀架，所述第一驱动组件包括第一驱动件、第二驱动件和第三驱动件，所述第一驱动件设置于所述用刀架，所述第一驱动件用于驱动所述加工组件沿所述用刀架的长度方向来回移动；所述第二驱动件设置于所述第一驱动件，所述第二驱动件用于驱动所述加工组件沿竖直方向上下运动；所述第三驱动件设置于所述第二驱动件上，所述第三驱动件用于驱动所述加工组件绕竖直方向旋转，所述加工组件设置于所述第三驱动件。

3.根据权利要求2所述的一种纳米级加工装置，其特征在于，所述用刀组件包括刀头和设置于所述刀头的定位件，所述定位件用于对刀具的加工位置进行定位。

4.根据权利要求3所述的一种纳米级加工装置，其特征在于，所述用刀组件包括刀头和设置于所述刀头的定位件，所述定位件用于对刀具的加工位置进行定位。

5.根据权利要求4所述的一种纳米级加工装置，其特征在于，所述用刀架设置有至少两个所述用刀组件，每组所述用刀组件均设置有一组第一驱动组件进行驱动。

6.根据权利要求1所述的一种纳米级加工装置，其特征在于，所述换刀机构包括换刀架、活动设置于所述换刀架的多位星型换刀盘和用于驱动所述多位星型换刀盘进行换刀的换刀驱动组件，所述多位星型换刀盘用于固定刀具。

7.根据权利要求6所述的一种纳米级加工装置，其特征在于，所述换刀驱动组件包括X轴驱动件、Z轴驱动件和转动驱动件，所述X轴驱动件用于驱动所述多位星型换刀盘沿所述换刀架的长度方向来回移动，所述Z轴驱动件用于驱动所述多位星型换刀盘沿所述换刀架的高度方向来回移动所述转动驱动件用于驱动所述多位星型换刀盘绕其中心旋转。

8.根据权利要求1所述的一种纳米级加工装置，其特征在于，所述储刀机构包括刀库和刀模，所述刀库设置于底座，所述刀库设置有用于打开或者封闭刀库的库门；所述刀模滑动设置于所述刀库内，所述刀模设置有用于容纳刀具的导槽，所述刀库内设置有用于驱动所述刀模靠近或者远离所述换刀机构的储刀驱动件。

9.根据权利要求8所述的一种纳米级加工装置，其特征在于，所述库门包括活动设置于所述刀库的门板和用于驱动所述门板打开或者封闭所述刀库的开门驱动组件。

10.根据权利要求9所述的一种纳米级加工装置，其特征在于，所述门板竖直滑动设置于刀库，所述开门驱动组件包括主动轮、被动轮、套设在主动轮和被动轮之间的皮带、以及用于驱动所述主动轮转动的开门驱动件，所述主动轮和所述被动轮分别转动承载在所述刀库上，所述门板与所述皮带固定连接。

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