CN203636514U - 面向规则金刚石工具头超精密研磨/抛光加工平台 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种面向规则金刚石工具头超精密研磨/抛光加工平台，属于精密、超精密加工领域。包括由平台支撑装置、三自由度装置、力传感器与声发射传感器控制单元、工具头加持单元，三自由度装置提供Z轴移动、绕Z轴转动和绕Y轴转动的三个运动自由度，同时提供加工时所需要的载荷力；力传感器检测工件（金刚石工具头）在加工过程中所受到的作用力，声发射传感器检测加工过程中材料去除的动态过程。可用于规则金刚石工具头的修复和光整加工，加工平台具有结构紧凑，操作简单，效率高，适用性强等优点。还能够通过多自由度的调整对工件进行精密加工，通过传感器控制加工过程，从而保证工件加工表面的平面度、提高工件的加工效率和表面质量。
Description
技术领域
本实用新型涉及精密、超精密加工领域，面向规则金刚石工具头超精密研磨/抛光加工平台，针对金刚石多边且几何形状规则的特点，对规则金刚石工具头实现超精密研磨/抛光加工。
背景技术
加工金刚石（钻石）最普通的方法是传统的打圆、锯和抛光。金刚石由粘附在转盘片上的其它金刚石或金刚石粉末进行机械加工—部分金刚石在加工过程中变成了金刚石粉末。尽管金刚石的重量减轻了，但由于经过抛光之后形状有了改变，它的价值反而提高了。当然，金刚石的净度也有了提高。除了传统的机械加工方法，镭射在今天已经成为一种非常重要的分割方法。与传统的机械相比，镭射加工的初始投资大，而且材枓的损耗也比较多。但可切成许多新形状的金刚石。然而，镭射也有其很大的优越性，在劈开金刚石时无需考虑金刚石晶体的生长方向，金刚石的机械性能也无关重要。这就使得人们可以分割多晶金刚石，先前这几乎是不可能的。由于劈金刚石过程中存在风险，特别对于大金刚石而言，因此传统劈钻法已很少使用。
研磨和抛光几乎是同时应用和出现的加工技术。研磨能提高工件的形状和位置精度，而抛光能降低表面粗糙度等，但不能提高工件的形状和位置精度。抛光通常采用极细的微粒，使得磨料和工件间不至于达到破坏的作用力，不产生裂纹等。微细磨粒粒径一般在1μm以下，在更细的磨粒的作用下进行抛光加工，获得更高质量的表面。一般都能达到纳米级的表面粗糙度和表面损伤。
随着科学技术的发展，人们对产品性能的需求和要求更加苛刻，不但从质量方面，还要从效率等方面考虑，尤其在国防工业、微电子技术、航空航天、精密仪器仪表等领域，对器件的精度、质量方面要求越来越高。而金刚石工具头无论是在加工生产还是在科学研究领域都有着极其重要地位，例如紧密切削的道具、纳米压痕/划痕的工具头等都会利用金刚石。而以“世界最硬的材料”也使金刚石在人类的各个领域得以广泛应用，然而这也正是因为它的优点也带来了加工困难，尤其是对金刚石的超精密加工还是处于科学探索阶段。因此，针对几何形状规则的金刚石体来说，设计一种能够提高加工效率，改善加工精度的超精密研磨/抛光加工平台是十分必要的。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种面向规则金刚石工具头超精密研磨/抛光加工平台，解决了现有技术存在的上述问题，具有结构紧凑、操作简单、效率高、适用性强等优点；同时保证工件加工表面的平面度、提高工件的加工效率和表面质量。
本实用新型的上述目的通过以下技术方案实现：
面向规则金刚石工具头超精密研磨/抛光加工平台，包括平台支撑装置、三自由度装置、力传感器与声发射传感器控制单元、工具头加持单元，所述三自由度装置分别提供Z轴转动、Y轴转动、Z轴移动，三自由度装置提供工件所需要的加工位置和向下的载荷力；所述力传感器与声发射传感器控制单元包括力传感器13及声发射传感器25，由连接环12、法兰14和工具头加持单元11固定，力传感器13通过连接环12、法兰14测量工件在加工过程中所受到的作用力；声发射传感器25与金刚石工具头10接触，监控加工时材料去除动态过程；所述力传感器与声发射传感器控制单元连接三自由度传动装置与工具头加持单元。
所述的三自由度装置由安川交流伺服旋转电机15、脉冲控制数字舵机16、安川交流伺服直线电机19组成，Z轴移动由安川交流伺服直线电机19提供，通过紧固螺钉Ⅰ20固定在连接板1上，电机具有自锁并自带编码器，能够实现对转速的检测，形成半闭环控制，电机的输出轴、滚珠丝杠23与联轴器21通过紧固螺钉Ⅱ22相连，滚珠丝杠23与丝杠螺母18相连接，丝杠螺母18与滑块7通过内六角螺钉Ⅱ17相连，Z轴位移沿导轨6产生；Y轴旋转由脉冲控制数字舵机16提供，数字舵机通过紧固螺钉固定在滑块7上，舵机由数字脉冲控制，舵机以单脉冲1分度为单位绕Y轴旋转，舵机具有自锁功能，实现待加工面的角度调整；Z轴旋转由安川交流伺服旋转电机15提供，并通过紧固螺钉将其固定在舵机上，安川交流伺服旋转电机具有自锁并自带编码器，能够实现对转速的检测，形成半闭环控制，严格输出需要的角度。
所述的力传感器13与法兰14、连接环12相连，夹头11与连接环12螺纹连接，同时通过调整两者的位置使声发射传感器25与金刚石工具头10相接触。
所述的工具头加持单元的金刚石夹头11与连接环12螺纹连接，并通过紧固螺钉Ⅲ24将金刚石工具头10固定。
所述的平台支撑装置由抛光台8、立柱2、支撑块4组成，抛光盘9由闭环控制电路控制研磨/抛光转速并固定于抛光台8中心，支撑块4通过紧固螺栓5固定在立柱2上，连接板1通过内六角螺钉Ⅰ3固定于支撑块上。
本实用新型的有益效果在于：与现有的金刚石材料加工工艺相比，本实用新型具有结构紧凑、操作简单、效率高、适用性强等优点；同时保证工件加工表面的平面度、提高工件的加工效率和表面质量；同时检测工件加工结束的时间，能够及时停止研磨/抛光过程，以节省加工成本与加工时间，具有投资少、见效快、效益高等优点，有广阔的应用前景和较强的实用性。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，本实用新型的示意性实例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。
图1是本实用新型的装配体轴测示意图；
图2是本实用新型的三自由度装置示意图；
图3是本实用新型的检测控制剖视图。
图中：1. 连接板；2. 立柱；3. 内六角螺钉Ⅰ；4. 支撑块；5. 紧固螺栓；6. 导轨；7，滑块；8. 抛光台；9. 抛光盘；10. 金刚石工具头；11. 金刚石夹头；12. 连接环；13. 力传感器；14. 法兰；15. 安川交流伺服旋转电机；16. 脉冲控制数字舵机；17. 内六角螺钉Ⅱ；18. 丝杠螺母；19. 安川交流伺服直线电机；20. 紧固螺钉Ⅰ；21. 联轴器；22. 紧固螺钉Ⅱ；23. 滚珠丝杠；24. 紧固螺钉Ⅲ；25. 声发射传感器。
具体实施方式
下面结合附图进一步说明本实用新型的详细内容及其具体实施方式。
参见图1至图3所示，本实用新型的面向规则金刚石工具头超精密研磨/抛光加工平台，是根据现有的金刚石研磨/抛光技术基础之上设计的，由于该平台的主体部分即三自由度装置、力传感器与声发射传感器控制单元、工具头加持单元所占用空间较小，同时所述的抛光盘9加工时旋转对工件进行加工，因此根据加工需要可以将抛光台的其余各角分别安装此平台，以实现多工位加工，这样能够提高加工、生产效率；如果单工位加工也可以将抛光盘换成合适大小的尺寸，以便减少加工空间和降低加工成本。此外，本实用新型的设计方案对于需要加工的金刚石工具头的要求是：法向与待加工面的夹角不小于45°，如果小于45°时，夹头11将与抛光盘9发生干涉。
本实用新型的面向规则金刚石工具头超精密研磨/抛光加工平台，包括平台支撑装置、三自由度装置、力传感器与声发射传感器控制单元、工具头加持单元，所述三自由度装置分别提供Z轴转动、Y轴转动、Z轴移动，三自由度装置提供工件所需要的加工位置和向下的载荷力；所述力传感器与声发射传感器控制单元包括力传感器13及声发射传感器25，由连接环12、法兰14和工具头加持单元11固定，力传感器13通过连接环12、法兰14测量工件在加工过程中所受到的作用力；声发射传感器25与金刚石工具头10接触，监控加工时材料去除动态过程；所述力传感器与声发射传感器控制单元连接三自由度传动装置与工具头加持单元。
所述的三自由度装置由安川交流伺服旋转电机15、脉冲控制数字舵机16、安川交流伺服直线电机19组成，Z轴移动由安川交流伺服直线电机19提供，通过紧固螺钉Ⅰ20固定在连接板1上，电机具有自锁并自带编码器，能够实现对转速的检测，形成半闭环控制，电机的输出轴、滚珠丝杠23与联轴器21通过紧固螺钉Ⅱ22相连，滚珠丝杠23与丝杠螺母18相连接，丝杠螺母18与滑块7通过内六角螺钉Ⅱ17相连，Z轴位移沿导轨6产生；Y轴旋转由脉冲控制数字舵机16提供，数字舵机通过紧固螺钉固定在滑块7上，舵机由数字脉冲控制，舵机以单脉冲1分度为单位绕Y轴旋转，舵机具有自锁功能，实现待加工面的角度调整；Z轴旋转由安川交流伺服旋转电机15提供，并通过紧固螺钉将其固定在舵机上，安川交流伺服旋转电机具有自锁并自带编码器，能够实现对转速的检测，形成半闭环控制，严格输出需要的角度。
所述的力传感器13与法兰14、连接环12相连，夹头11与连接环12螺纹连接，同时通过调整两者的位置使声发射传感器25与金刚石工具头10相接触。
所述的工具头加持单元的金刚石夹头11与连接环12螺纹连接，并通过紧固螺钉Ⅲ24将金刚石工具头10固定。
所述的平台支撑装置由抛光台8、立柱2、支撑块4组成，抛光盘9由闭环控制电路控制研磨/抛光转速并固定于抛光台8中心，支撑块4通过紧固螺栓5固定在立柱2上，连接板1通过内六角螺钉Ⅰ3固定于支撑块上。
以上所述仅为本实用新型的优选实例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡对本实用新型所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种面向规则金刚石工具头超精密研磨/抛光加工平台，包括平台支撑装置、三自由度装置、力传感器与声发射传感器控制单元、工具头加持单元，其特征在于：所述三自由度装置分别提供Z轴转动、Y轴转动、Z轴移动，三自由度装置提供工件所需要的加工位置和向下的载荷力；所述力传感器与声发射传感器控制单元包括力传感器（13）及声发射传感器（25），由连接环（12）、法兰（14）和工具头加持单元（11）固定，力传感器（13）通过连接环（12）、法兰（14）测量工件在加工过程中所受到的作用力；声发射传感器（25）与金刚石工具头（10）接触，监控加工时材料去除动态过程；所述力传感器与声发射传感器控制单元连接三自由度传动装置与工具头加持单元。
2.根据权利要求1所述的面向规则金刚石工具头超精密研磨/抛光加工平台，其特征在于：所述的三自由度装置由安川交流伺服旋转电机（15）、脉冲控制数字舵机（16）、安川交流伺服直线电机（19）组成，Z轴移动由安川交流伺服直线电机（19）提供，通过紧固螺钉Ⅰ（20）固定在连接板（1）上，电机具有自锁并自带编码器，能够实现对转速的检测，形成半闭环控制，电机的输出轴、滚珠丝杠（23）与联轴器（21）通过紧固螺钉Ⅱ（22）相连，滚珠丝杠（23）与丝杠螺母（18）相连接，丝杠螺母（18）与滑块（7）通过内六角螺钉Ⅱ（17）相连，Z轴位移沿导轨（6）产生；Y轴旋转由脉冲控制数字舵机（16）提供，数字舵机通过紧固螺钉固定在滑块（7）上，舵机由数字脉冲控制，舵机以单脉冲1分度为单位绕Y轴旋转，舵机具有自锁功能，实现待加工面的角度调整；Z轴旋转由安川交流伺服旋转电机（15）提供，并通过紧固螺钉将其固定在舵机上，安川交流伺服旋转电机具有自锁并自带编码器，能够实现对转速的检测，形成半闭环控制，严格输出需要的角度。
3.根据权利要求1所述的面向规则金刚石工具头超精密研磨/抛光加工平台，其特征在于：所述的力传感器（13）与法兰（14）、连接环（12）相连，夹头（11）与连接环（12）螺纹连接，同时通过调整两者的位置使声发射传感器（25）与金刚石工具头（10）相接触。
4.根据权利要求1所述的面向规则金刚石工具头超精密研磨/抛光加工平台，其特征在于：所述的工具头加持单元的金刚石夹头（11）与连接环（12）螺纹连接，并通过紧固螺钉Ⅲ（24）将金刚石工具头（10）固定。
5.根据权利要求1所述的面向规则金刚石工具头超精密研磨/抛光加工平台，其特征在于：所述的平台支撑装置由抛光台（8）、立柱（2）、支撑块（4）组成，抛光盘（9）由闭环控制电路控制研磨/抛光转速并固定于抛光台（8）中心，支撑块（4）通过紧固螺栓（5）固定在立柱（2）上，连接板（1）通过内六角螺钉Ⅰ（3）固定于支撑块上。
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