CN111390832B - 装夹式金刚石微铣刀的光学对准调试工艺、光学对刀装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于刀具制造技术领域，具体涉及一种装夹式金刚石微铣刀的光学对准调试工艺、光学对刀装置。其中本装夹式金刚石微铣刀的光学对准调试工艺包括：步骤S1，调试CCD数字相机组；步骤S2，将刀柄、铣刀片分别放置在两个精密调平台上；步骤S3，在CCD数字相机组的成像视野内，调整相应的精密调平台，使刀柄位于铣刀片的正下方；以及步骤S4，采用夹固方式将铣刀片夹紧固定在刀柄上。实现了铣刀片的刀头回转轴心线与刀柄回转轴心线的精准重合，用于完成铣刀片与刀柄的高精度装配。

Description

装夹式金刚石微铣刀的光学对准调试工艺、光学对刀装置

技术领域

本发明属于刀具制造技术领域，具体涉及一种装夹式金刚石微铣刀的光学对准调试工艺、光学对刀装置。

背景技术

圆弧刃金刚石微铣刀的刀头回转半径很小，一般在500μm以内，最小的甚至达到20-30μm。传统金属铣刀的齿数一般都大于两个，铣刀的齿数越多，铣削过程越平稳，效率越高，加工质量也能得到保证。但由于金刚石晶体材料硬度高、脆性大，难以用传统的机械刃磨技术进行多齿复杂刀头的刃磨，故很难做成多刃型的金刚石铣刀头。即便采用超短脉冲激光、聚焦离子束等特种加工技术制备出多刃型金刚石微铣刀，但由于微铣削的切削厚度极薄，很小的刀刃制造误差往往导致部分切削刃不能参与实际的铣削加工，所以在设计金刚石微铣刀的刀头结构时一般都选择单刃型。

为了实现与普通铣削加工一样的切削速度，金刚石微铣刀在超精密铣削加工过程中采用极高的主轴转速，这就对金刚石微铣刀的回转稳定性提出了严格的要求。铣刀片回转轴心线与刀柄回转轴心线的装配精度成为制约金刚石微铣刀加工质量的瓶颈难题。目前，市面上可以购买到的装夹式金刚石微铣刀的装配精度误差在几十微米以上，这对于回转半径只有几百微米的金刚石微铣刀的影响是很严重的，进一步制约了超精密微铣削技术的发展。为了获得高精度装配的金刚石微铣刀，需要建立合理、便捷的对刀方法，实现已刃磨好的铣刀片和刀柄的高精度装配。

发明内容

本发明提供了一种装夹式金刚石微铣刀的光学对准调试工艺、光学对刀装置。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种装夹式金刚石微铣刀的光学对准调试工艺，包括以下步骤：步骤S1，调试CCD数字相机组；步骤S2，将刀柄、铣刀片分别放置在两个精密调平台上；步骤S3，在CCD数字相机组的成像视野内，调整相应的精密调平台，使刀柄位于铣刀片的正下方；以及步骤S4，采用夹固方式将铣刀片夹紧固定在刀柄上。

第二方面，本发明还提供了一种装夹式金刚石微铣刀光学对刀装置，包括：CCD数字相机组、刀柄调试组件、铣刀片调试组件；在CCD数字相机组的成像视野内，分别调整刀柄调试组件、铣刀片调试组件，使刀柄位于铣刀片的正下方，以通过夹固方式将铣刀片夹紧固定在刀柄上。

本发明的有益效果是，本发明的装夹式金刚石微铣刀的光学对准调试工艺、光学对刀装置，利用高精度运动台的微调运动和高分辨率CCD数字相机的光学成像，实现金刚石微铣刀刀片和刀柄的精准装配，实现了铣刀片的刀头回转轴心线与刀柄回转轴心线的精准重合，用于完成铣刀片与刀柄的高精度装配，提高了金刚石微铣刀的铣削加工性能，可以有效减少微铣削过程中因金刚石微铣刀装配精度不够而产生的过切、振动等异常现象，从而改善超精密铣削的加工表面质量。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术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方式，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是本发明的光学对准调试工艺的流程图；

图2是本发明的光学对刀装置的结构示意图；

图3a是步骤S31中铣刀片的刀刃干涉部位的减磨面与十字光圈垂直方向线对准重合；

图3b是步骤S32中铣刀片回转轴心线与十字光圈垂直方向线完全重合；

图2中：刀柄调试组件 1，刀柄三维运动台 11，刀柄精密转动平台 12，刀柄精密调平台 13，刀柄载物台 14，夹具 15，铣刀片调试组件 2，铣刀片三维运动台 21，铣刀片精密转动平台 22，铣刀片精密调平台 23，铣刀片载物台 24，压板 25，刀柄 3，铣刀片 4。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明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。

实施例1

为了获得高精度装配的金刚石微铣刀，见图1，本实施例1提供了一种装夹式金刚石微铣刀的光学对准调试工艺，包括以下步骤：步骤S1，调试CCD数字相机组；步骤S2，将刀柄、铣刀片分别放置在两个精密调平台上；步骤S3，在CCD数字相机组的成像视野内，调整相应的精密调平台，使刀柄位于铣刀片的正下方；以及步骤S4，采用夹固方式将铣刀片夹紧固定在刀柄上。

可选的，所述刀柄为硬质合金刀柄，所述铣刀片为金刚石铣刀片。

可选的，所述夹固方式例如但不限于压板和螺钉组合。

可选的，所述调试CCD数字相机组包括：步骤S11，分别在水平方向和垂直方向上设置相应的CCD数字相机，即水平CCD数字相机、垂直CCD数字相机；步骤S12，打开两个CCD数字相机自带的同轴光源；步骤S13，以方形块作标定物，微调各CCD数字相机的安装支架，使两个CCD数字相机处于正交状态。若两个CCD数字相机未处于正交状态，则微调水平方向和垂直方向的CCD数字相机安装支架，确保水平方向和垂直方向的CCD数字相机处于正交状态。

可选的，见图2，所述将刀柄、铣刀片分别放置在两个精密调平台上包括：步骤S21，分别调整刀柄精密调平台13、铣刀片精密调平台23处于水平状态；步骤S22，通过夹具15将刀柄3安装在刀柄精密调平台13的刀柄载物台14上；步骤S23，将铣刀片放置在铣刀片精密调平台23的铣刀片载物台24上，并保持铣刀片4的前刀面向下，然后用压板25固定铣刀片4。

可选的，见图2，所述调整刀柄精密调平台13处于水平状态包括：步骤S211，将方形块标定物放置于刀柄载物台14上；步骤S212，将监控显示器的输入信号切换到垂直CCD数字相机，打开该CCD数字相机的自带LED光源，调整刀柄三维运动台11，将刀柄精密调平台13上方的方形块标定物置于垂直CCD数字相机的成像视野内；步骤S213，以监控显示器屏幕中显示的十字光圈中心线为基准，调整刀柄三维运动台11，使方形块标定物上表面的两条垂直边的投影分别对准十字光圈的两条中心线；步骤S214，调节刀柄精密调平台13的微调旋钮，使方形块标定物上表面的两条垂直边各自所占据的垂直侧面在垂直CCD数字相机的成像视野中为相互垂直的两条直线，且无黑色虚影；步骤S215，将监控显示器的输入信号切换到水平CCD数字相机，打开该CCD数字相机的自带LED光源，按照步骤S213、步骤S214的方法，调整方形块标定物上表面和侧面相交的两条垂直边投影在水平CCD数字相机的成像视野中为相互垂直的两条直线，且无黑色虚影；步骤S216，重新将监控显示器的输入信号切换到垂直CCD数字相机，重复步骤S212-S215，至刀柄精密调平台13无需微调，方形块标定物在垂直CCD数字相机、水平CCD数字相机的成像视野中均为相互垂直的两条直线。

可选的，调整铣刀片精密调平台处于水平状态的方法与刀柄精密调平台处于水平状态的方法类同，在此不再赘述。

可选的，所述通过夹具将刀柄安装在刀柄精密调平台13上包括如下步骤：步骤S221，将监控显示器的输入信号切换到垂直方向的CCD数字相机，打开该CCD数字相机的自带LED光源，调整刀柄三维运动台11，将刀柄顶端置于垂直CCD数字相机的成像视野内；步骤S222，将刀柄安装在夹具的弹性夹头上，使刀柄平面朝上放置，旋转刀柄，至监控显示器中成像的刀柄平面图像最亮；步骤S223，将监控显示器的输入信号切换到水平CCD数字相机，当铣刀片调好水平时，刀柄平面在水平CCD数字相机的成像视野内是一条直线。步骤S224，夹紧弹性夹头，以固定好刀柄。其中在步骤S223中，当刀柄平面在水平CCD数字相机的成像视野内有轻微倾斜时，选择刀柄顶端为标定物，调整刀柄精密调平台13处于水平状态。

可选的，所述将铣刀片放置在铣刀片载物台上包括如下步骤：步骤S231，将监控显示器的输入信号切换到垂直CCD数字相机，打开该CCD数字相机的自带LED光源；步骤S232，调整铣刀片三维运动台21将铣刀片置于垂直CCD数字相机的成像视野内，且调整监控显示器中成像的铣刀片图像最亮。由于金刚石铣刀片很薄，此时可以不用再次切换到水平CCD数字相机进行成像观察。

可选的，见图3a、图3b，所述将刀柄移动至铣刀片的正下方包括：步骤S31，在垂直CCD数字相机成像视野内，调整铣刀片三维运动台21，使铣刀片4的刀刃干涉部位的减磨面投影线重合于该CCD数字相机的十字光圈的垂直方向线；步骤S32，根据减磨面与铣刀片的回转轴心线的设计夹角值，将铣刀片精密转动平台22逆时针旋转该设计夹角值，以使铣刀片的回转轴心线与十字光圈的垂直方向线重合，即铣刀片的圆弧刀刃顶点重新回到十字光圈的正中心；步骤S33，调节刀柄三维运动台11，将刀柄3沿着垂直方向移动到铣刀片4的正下方。其中步骤S32中，在水平面内沿Y轴方向微调铣刀片三维运动台21，保证垂直方向姿态不变的基础上，使铣刀片的圆弧刀刃顶点重新回到十字光圈的正中心。

实施例2

在实施例1的基础上，见图2，本实施例2提供了一种装夹式金刚石微铣刀光学对刀装置，包括：CCD数字相机组(只要保证刀柄调试组件1、铣刀片调试组件2、刀柄3、铣刀片4在CCD数字相机组的成像视野内即可，图中未显示)、刀柄调试组件1、铣刀片调试组件2；在CCD数字相机组的成像视野内，分别调整刀柄调试组件1、铣刀片调试组件2，使刀柄3位于铣刀片4的正下方，以通过夹固方式将铣刀片4夹紧固定在刀柄3上。

可选的，所述CCD数字相机组包括分别在水平方向、垂直方向上设置的CCD数字相机，即水平CCD数字相机、垂直CCD数字相机，且二者正交设置。

可选的，见图2，所述刀柄调试组件1包括：从底部向上依次设置的刀柄三维运动台11、刀柄精密转动平台12、刀柄精密调平台13、刀柄载物台14，以及位于刀柄载物台14一侧的夹具15；所述夹具15适于将刀柄3安装在刀柄载物台14上。

可选的，见图2，所述铣刀片调试组件2包括：从底部向上依次设置的铣刀片三维运动台21、铣刀片精密转动平台22、铣刀片精密调平台23、铣刀片载物台24，以及位于铣刀片载物台24上的压板25；所述压板25适于将铣刀片4的前刀面向下，固定在铣刀片载物台24上。

关于装夹式金刚石微铣刀光学对刀装置的相关组件和具体工作过程参见实施例1中的内容，在此不再赘述。

综上所述，本发明的装夹式金刚石微铣刀的光学对准调试工艺、光学对刀装置，利用高精度运动台的微调运动和高分辨率CCD数字相机的光学成像，实现金刚石微铣刀刀片和刀柄的精准装配，实现了铣刀片的刀头回转轴心线与刀柄回转轴心线的精准重合，用于完成铣刀片与刀柄的高精度装配，是一种方便、快捷的金刚石微铣刀的铣刀片和刀柄高精度装配方法，可以实现刀刃回转轴心线与刀柄回转轴心线的精准重合，对准精度1μm以内。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (6)

1.一种装夹式金刚石微铣刀的光学对准调试工艺，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1，调试CCD数字相机组；

步骤S2，将刀柄、铣刀片分别放置在两个精密调平台上；

步骤S3，在CCD数字相机组的成像视野内，调整相应的精密调平台，使刀柄位于铣刀片的正下方；以及

步骤S4，采用夹固方式将铣刀片夹紧固定在刀柄上；

所述调试CCD数字相机组包括：

步骤S11，分别在水平方向和垂直方向上设置相应的CCD数字相机，即水平CCD数字相机、垂直CCD数字相机；

步骤S12，打开两个CCD数字相机自带的同轴光源；

步骤S13，以方形块作标定物，微调各CCD数字相机的安装支架，使两个CCD数字相机处于正交状态；

所述将刀柄、铣刀片分别放置在两个精密调平台上包括：

步骤S21，分别调整刀柄精密调平台、铣刀片精密调平台处于水平状态；

步骤S22，通过夹具将刀柄安装在刀柄精密调平台的刀柄载物台上；

步骤S23，将铣刀片放置在铣刀片精密调平台的铣刀片载物台上，并保持铣刀片的前刀面向下，然后用压板固定铣刀片；

所述调整刀柄精密调平台处于水平状态包括：

步骤S211，将方形块标定物放置于刀柄载物台上；

步骤S212，将监控显示器的输入信号切换到垂直CCD数字相机，打开该CCD数字相机的自带LED光源，调整刀柄三维运动台，将刀柄精密调平台上方的方形块标定物置于垂直CCD数字相机的成像视野内；

步骤S213，以监控显示器屏幕中显示的十字光圈中心线为基准，调整刀柄三维运动台，使方形块标定物上表面的两条垂直边的投影分别对准十字光圈的两条中心线；

步骤S214，调节刀柄精密调平台的微调旋钮，使方形块标定物上表面的两条垂直边各自所占据的垂直侧面在垂直CCD数字相机的成像视野中为相互垂直的两条直线，且无黑色虚影；

步骤S215，将监控显示器的输入信号切换到水平CCD数字相机，打开该CCD数字相机的自带LED光源，按照步骤S213、步骤S214的方法，调整方形块标定物上表面和侧面相交的两条垂直边投影在水平CCD数字相机的成像视野中为相互垂直的两条直线，且无黑色虚影；

步骤S216，重新将监控显示器的输入信号切换到垂直CCD数字相机，重复步骤S212-S215，至刀柄精密调平台无需微调，方形块标定物在垂直CCD数字相机、水平CCD数字相机的成像视野中均为相互垂直的两条直线。

2.根据权利要求1所述的光学对准调试工艺，其特征在于，

所述通过夹具将刀柄安装在刀柄精密调平台的刀柄载物台上包括如下步骤：

步骤S221，将监控显示器的输入信号切换到垂直方向的CCD数字相机，打开该CCD数字相机的自带LED光源，调整刀柄三维运动台，将刀柄顶端置于垂直CCD数字相机的成像视野内；

步骤S222，将刀柄安装在夹具的弹性夹头上，使刀柄平面朝上放置，旋转刀柄，至监控显示器中成像的刀柄平面图像最亮；

步骤S223，将监控显示器的输入信号切换到水平CCD数字相机，当铣刀片调好水平时，刀柄平面在水平CCD数字相机的成像视野内是一条直线；

步骤S224，夹紧弹性夹头，以固定好刀柄。

3.根据权利要求2所述的光学对准调试工艺，其特征在于，

在步骤S223中，当刀柄平面在水平CCD数字相机的成像视野内有轻微倾斜时，选择刀柄顶端为标定物，调整刀柄精密调平台处于水平状态。

4.根据权利要求1所述的光学对准调试工艺，其特征在于，

所述将铣刀片放置在铣刀片载物台上包括如下步骤：

步骤S231，将监控显示器的输入信号切换到垂直CCD数字相机，打开该CCD数字相机的自带LED光源；

步骤S232，调整铣刀片三维运动台将铣刀片置于垂直CCD数字相机的成像视野内，且调整监控显示器中成像的铣刀片图像最亮。

5.根据权利要求1所述的光学对准调试工艺，其特征在于，

所述在CCD数字相机组的成像视野内，调整相应的精密调平台，使刀柄位于铣刀片的正下方包括：

步骤S31，在垂直CCD数字相机成像视野内，调整铣刀片三维运动台，使铣刀片的刀刃干涉部位的减磨面投影线重合于该CCD数字相机的十字光圈的垂直方向线；

步骤S32，根据减磨面与铣刀片的回转轴心线的设计夹角值，将铣刀片精密转动平台逆时针旋转该设计夹角值，以使铣刀片的回转轴心线与十字光圈的垂直方向线重合；

步骤S33，调节刀柄三维运动台，将刀柄沿着垂直方向移动到铣刀片的正下方。

6.根据权利要求5所述的光学对准调试工艺，其特征在于，

步骤S32中，在水平面内沿Y轴方向微调铣刀片三维运动台，保证垂直方向姿态不变的基础上，使铣刀片的圆弧刀刃顶点重新回到十字光圈的正中心。

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