一种KDP晶体材料单点金刚石飞刀切削装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种KDP晶体材料单点金刚石飞刀切削装置，共分为八个部分：支撑机构、主轴电机固定机构、主轴电机工作台部分、圆弧刃金刚石刀具装夹机构、KDP晶体零件固定机构、KDP晶体零件装夹工作台部分、动力部分、控制部分。该装置采用独特的卧式机床结构，电机主轴连接刀盘，直接参与KDP晶体材料切削，不存在传动误差，解决KDP晶体材料加工时小尺度波纹产生问题。另外，本装置配套了专用单点金刚石飞刀刀盘以及刀具角度调整装置，能够根据实际加工需要，实现金刚石刀具齿数增减、刀具工作半径和刀具切削角度的调整，并且本装置配备了专用的夹具，真正实现对KDP晶体材料高精度、高效率、低成本精密加工。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种针对KDP晶体材料单点金刚石飞刀切削的装置，可以高精度、高效率、低成本地实现对KDP晶体材料的超精密加工。
技术介绍
KDP晶体是一种性能非常优良的无机电光非线性光学晶体，它是目前唯一能够可大尺寸生长的晶体材料，并具有非线性光学系数大、激光损伤阈值高、透过波长领域宽、光学均匀性好和易于实现相位匹配等优点。因此，KDP晶体被广泛应用于激光倍频转换、光电调制、快速光电开关等激光和非线性光学高
，并在惯性约束核聚变系统中具有其他晶体材料所无法替代的重要地位。但KDP晶体本身具有质软、吸湿性强、脆性高、对温度变化敏感、受热易破裂等一系列不利于机械加工的特性，使得KDP晶体的超精密加工成为世界级难题，特别是大尺寸、低表面粗糙度、低波纹度、低应力、无损伤光学表面的获得尤为艰难。目前，国内外KDP晶体主要采用单点金刚石切削方式经行精密加工，现有的加工装置也多为立式机床机构。这种立式机床由于主轴传动装置存在不可避免的误差，从而会导致加工的KDP晶体材料表面产生小尺度波纹，严重降低加工质量。另外，现有的KDP晶体材料加工装置中，金刚石刀具多采用直接焊接或者螺栓固定，无法实现金刚石刀具齿数增减，刀具工作半径以及角度调整，从而无法达到高效高精度的加工。由于KDP晶体具有易破裂的特性，现有的加工装置中采用的装夹方式无法实现对其精准、牢靠的安装，最终无法对其实现精密高效加工。同时，现有加工装置极易导致KDP晶体材料在加工过程中产生微裂纹进而破碎，从而大大提高了加工成本。
技术实现思路
为了改善现有的KDP晶体材料金刚石单点飞刀切削加工过程中低精度、低效率、高成本的加工现状，本专利技术提供了一种KDP晶体材料单点金刚石飞刀切削的装置。该装置采用独特的卧式机床结构，电机主轴连接刀盘，直接参与KDP晶体材料切削，不存在传动误差，解决KDP晶体材料加工时小尺度波纹产生问题。另外，本装置配套了专用单点金刚石飞刀刀盘以及刀具角度调整装置，能够根据实际加工需要，实现金刚石刀具齿数增减、刀具工作半径和刀具切削角度的调整，并且本装置配备了专用的夹具，真正实现对KDP晶体材料高精度、高效率、低成本精密加工。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：整个装置采用卧式结构，结合刀具工作面和工件双向进给的加工方式，实现对KDP晶体材料的精密加工。其加工原理图如图1所示，可以分为刀具转动、主轴电机工作台径向进给和零件装卡工作台横向进给三个过程。首先，电控系统启动，真空发生器和气泵工作，KDP晶体零件通过真空吸盘和支架固定在零件装卡工作台上，圆弧刃金刚石刀具通过角度调整装置和专用刀盘安装在电机主轴上。调节好刀具角度和与KDP晶体零件初始加工距离后，主轴电机开始转动，带动圆弧刃金刚石刀具以设定好的工作半径随着主轴高速旋转，同时，主轴电机工作台带动主轴电机从设定的初始位置沿径向进给，开始切削KDP晶体零件；当主轴电机工作台到达设定径向移动终点位置时，圆弧刃金刚石刀具径向移出KDP晶体零件切削表面，随后主轴电机工作台开始沿原路同速返回，圆弧刃金刚石刀具再次切削KDP晶体零件；当主轴电机工作台开到达最初启动位置时，主轴电机工作台停止运动，完成一次KDP晶体零件切削过程；与此同时，零件装卡工作台带动KDP晶体零件开始沿横向移动设定距离，随后停止，此时，主轴电机工作台再次沿径向进给，开始下一次KDP晶体的切削。整个切削过程周期性循环进行，直至切削完成。加工时刀具每旋转一周与工件接触一次，接触的长度和时间由刀尖的工作半径、主轴的旋转速度和工件的大小决定。其中，整个加工过程均有装置配备的计算机控制，设定参数后，可实现无人化加工。本专利技术所涉及的一种KDP晶体材料单点金刚石飞刀切削装置共分为八个部分：支撑机构、主轴电机固定机构、主轴电机工作台部分、圆弧刃金刚石刀具装夹机构、KDP晶体零件固定机构、KDP晶体零件装夹工作台部分、动力部分、控制部分。支撑机构包括高平整度底座(31)、减震垫和底座平衡调节器及其装夹孔(14)、辅助机构电磁铁固定栓(21)；主轴电机固定机构包括高强度主轴电机固定架(2)、主轴电机固定架固定螺母螺栓组件(1)；主轴电机工作台部分包括高平整度工作台和液体静压导轨支撑板组件(24)、液体静压导轨导向杆支撑腔固定螺母螺栓组件(25)、液体静压导向杆支撑腔和静压轴承组件(26)、液体静压导轨动力杆支撑腔固定螺母螺栓组件(27)、液体静压导轨动力杆支撑腔和静压轴承组件(28)、液体静压导轨动力杆(29)、液体静压导轨直线驱动电机(30)、液体静压导轨导向杆(32)；圆弧刃金刚石刀具装夹机构包括专用刀盘连接轴(3)、专用刀盘(5)、专用刀盘轴向调节器(6)、专用圆弧刃金刚石刀具角度调整器(7)、专用刀具角度调整装置固定板(33)、专用刀具角度调整装置刀具导向轴锁定块(34)、专用刀具角度调整装置刀具导向轴固定螺母(35)、专用刀具角度调整装置刀具固定轴(36)、专用刀具角度调整装置固定板固定螺栓螺母组件(37)、专用刀具角度调整装置刀具导向轴(38)、专用圆弧刃金刚石刀具(39)；、KDP晶体零件固定机构包括专用真空吸盘导气管(8)、专用真空吸盘固定板(9)、专用真空吸盘固定板内置螺栓组件(10)、专用真空吸盘高强度固定支架(11)、专用真空吸盘高强度固定支架固定螺母螺栓组件(12)、KDP晶体零件(40)、专用真空吸盘(41)；KDP晶体零件装夹工作台部分包括高平整度工作台和液体静压导轨支撑板组件(13)、液体静压导轨导向杆支撑腔和静压轴承组件(15)、液体静压导轨导向杆支撑腔固定内置螺栓组件(16)、液体静压导轨动力杆(17)、液体静压导轨动力杆支撑腔和静压轴承组件(18)、液体静压导轨动力杆支撑腔固定内置螺栓组件(19)、液体静压导轨导向杆(20)；动力部分包括主轴电机(4)、气泵及真空发生器组件(22)；控制部分包括计算机及电控系统组件(23)。所述高平整度底座(31)是由整块高强度铸铁制成，底部铸有筋板网格，并在四角配备减震垫和底座平衡调节器(14)，能够实现减缓装置振动，保持加工平稳。底板上面排布辅助机构电磁铁固定栓(21)，可以根据需要添加或干变辅助机构位置，使装置具有通用性。所述主轴电机固定架(2)是由球墨铸铁制成，整体结构呈四棱台形，侧面配备四个高强度筋板，保证支撑强度和定位精度。顶端通过内置双向预紧高精度螺纹和螺栓定位组件固定主轴电机(4)，主本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种KDP晶体材料单点金刚石飞刀切削装置，其特征在于：该装置共分为八个部分：支撑机构、主轴电机固定机构、主轴电机工作台部分、圆弧刃金刚石刀具装夹机构、KDP晶体零件固定机构、KDP晶体零件装夹工作台部分、动力部分、控制部分；支撑机构包括高平整度底座(31)、减震垫和底座平衡调节器及其装夹孔(14)、辅助机构电磁铁固定栓(21)；主轴电机固定机构包括高强度主轴电机固定架(2)、主轴电机固定架固定螺母螺栓组件(1)；主轴电机工作台部分包括高平整度工作台和液体静压导轨支撑板组件(24)、液体静压导轨导向杆支撑腔固定螺母螺栓组件(25)、液体静压导向杆支撑腔和静压轴承组件(26)、液体静压导轨动力杆支撑腔固定螺母螺栓组件(27)、液体静压导轨动力杆支撑腔和静压轴承组件(28)、液体静压导轨动力杆(29)、液体静压导轨直线驱动电机(30)、液体静压导轨导向杆(32)；圆弧刃金刚石刀具装夹机构包括专用刀盘连接轴(3)、专用刀盘(5)、专用刀盘轴向调节器(6)、专用圆弧刃金刚石刀具角度调整器(7)、专用刀具角度调整装置固定板(33)、专用刀具角度调整装置刀具导向轴锁定块(34)、专用刀具角度调整装置刀具导向轴固定螺母(35)、专用刀具角度调整装置刀具固定轴(36)、专用刀具角度调整装置固定板固定螺栓螺母组件(37)、专用刀具角度调整装置刀具导向轴(38)、专用圆弧刃金刚石刀具(39)；、KDP晶体零件固定机构包括专用真空吸盘导气管(8)、专用真空吸盘固定板(9)、专用真空吸盘固定板内置螺栓组件(10)、专用真空吸盘高强度固定支架(11)、专用真空吸盘高强度固定支架固定螺母螺栓组件(12)、KDP晶体零件(40)、专用真空吸盘(41)；KDP晶体零件装夹工作台部分包括高平整度工作台和液体静压导轨支撑板组件(13)、液体静压导轨导向杆支撑腔和静压轴承组件(15)、液体静压导轨导向杆支撑腔固定内置螺栓组件(16)、液体静压导轨动力杆(17)、液体静压导轨动力杆支撑腔和静压轴承组件(18)、液体静压导轨动力杆支撑腔固定内置螺栓组件(19)、液体静压导轨导向杆(20)；动力部分包括主轴电机(4)、气泵及真空发生器组件(22)；控制部分包括计算机及电控系统组件(23)；所述高平整度底座(31)是由整块高强度铸铁制成，底部铸有筋板网格，并在四角配备减震垫和底座平衡调节器(14)，能够实现减缓装置振动，保持加工平稳；底板上面排布辅助机构电磁铁固定栓(21)，可以根据需要添加或干变辅助机构位置，使装置具有通用性；所述主轴电机固定架(2)是由球墨铸铁制成，整体结构呈四棱台形，侧面配备四个高强度筋板，保证支撑强度和定位精度；顶端通过内置双向预紧高精度螺纹和螺栓定位组件固定主轴电机(4)，主轴电机(4)可以根据需要沿横向移动调整位置；所述高平整度工作台和液体静压导轨支撑板组件(24)是由两根液体静压导轨导向杆(32)导向，由液体静压导轨直线驱动电机(30)带动液体静压导轨动力杆(29)旋转提供动力，实现沿径向方向低速平稳高精度进给，并能根据计算机及电控系统组件(23)设定的数据移动相应的行程；同时，通过液体静压导轨动力杆支撑腔和静压轴承组件(28)、液体静压导轨导向杆支撑腔和静压轴承组件(26)与底板相连接，保证进给精度；所述专用刀盘连接轴(3)是同轴度为0.01mm高精度连接轴，能够保证专用刀盘(5)随主轴电机(4)同轴转动，保证加工精度；专用刀盘(5)为一大直径高强度合金钢圆盘，抗扭性能良好；同时专用刀盘(5)端面上设有均匀分布着连接孔，能够根据需要安装相应数目的专用圆弧刃金刚石刀具角度调整器(7)；此外还配有专用刀盘轴向调节器(6)，用以微调节刀盘前后位置；所述专用圆弧刃金刚石刀具角度调整器(7)是很据专用圆弧刃金刚石刀具(39)需要设计的刀具角度调整装置，通过专用刀具角度调整装置刀具固定轴(36)和专用刀具角度调整装置刀具导向轴(38)相互配合，调整专用圆弧刃金刚石刀具(39)的伸出高度和切削角度，满足不同加工需求；专用真空吸盘固定板(9)、专用真空吸盘固定板内置螺栓组件(10)、专用真空吸盘高强度固定支架(11)、专用真空吸盘高强度固定支架固定螺母螺栓组件(12)、KDP晶体零件(40)、专用真空吸盘(41)；专用真空吸盘(41)安装在专用真空吸盘高强度固定支架(11)侧面上，专用真空吸盘高强度固定支架(11)通过专用真空吸盘高强度固定支架固定螺母螺栓组件(12)安装在高平整度工作台和液体静压导轨支撑板组件(13)上。...

【技术特征摘要】
1.一种KDP晶体材料单点金刚石飞刀切削装置，其特征在于：该装置共
分为八个部分：支撑机构、主轴电机固定机构、主轴电机工作台部分、圆弧刃
金刚石刀具装夹机构、KDP晶体零件固定机构、KDP晶体零件装夹工作台部分、
动力部分、控制部分；
支撑机构包括高平整度底座(31)、减震垫和底座平衡调节器及其装夹孔
(14)、辅助机构电磁铁固定栓(21)；
主轴电机固定机构包括高强度主轴电机固定架(2)、主轴电机固定架固定
螺母螺栓组件(1)；
主轴电机工作台部分包括高平整度工作台和液体静压导轨支撑板组件
(24)、液体静压导轨导向杆支撑腔固定螺母螺栓组件(25)、液体静压导向杆
支撑腔和静压轴承组件(26)、液体静压导轨动力杆支撑腔固定螺母螺栓组件
(27)、液体静压导轨动力杆支撑腔和静压轴承组件(28)、液体静压导轨动力
杆(29)、液体静压导轨直线驱动电机(30)、液体静压导轨导向杆(32)；
圆弧刃金刚石刀具装夹机构包括专用刀盘连接轴(3)、专用刀盘(5)、专
用刀盘轴向调节器(6)、专用圆弧刃金刚石刀具角度调整器(7)、专用刀具角
度调整装置固定板(33)、专用刀具角度调整装置刀具导向轴锁定块(34)、专
用刀具角度调整装置刀具导向轴固定螺母(35)、专用刀具角度调整装置刀具固
定轴(36)、专用刀具角度调整装置固定板固定螺栓螺母组件(37)、专用刀具
角度调整装置刀具导向轴(38)、专用圆弧刃金刚石刀具(39)；、
KDP晶体零件固定机构包括专用真空吸盘导气管(8)、专用真空吸盘固定
板(9)、专用真空吸盘固定板内置螺栓组件(10)、专用真空吸盘高强度固定支
架(11)、专用真空吸盘高强度固定支架固定螺母螺栓组件(12)、KDP晶体零

\t件(40)、专用真空吸盘(41)；
KDP晶体零件装夹工作台部分包括高平整度工作台和液体静压导轨支撑板
组件(13)、液体静压导轨导向杆支撑腔和静压轴承组件(15)、液体静压导轨
导向杆支撑腔固定内置螺栓组件(16)、液体静压导轨动力杆(17)、液体静压
导轨动力杆支撑腔和静压轴承组件(18)、液体静压导轨动力杆支撑腔固定内置
螺栓组件(19)、液体静压导轨导向杆(20)；
动力部分包括主轴电机(4)、气泵及真空发生器组件(22)；
控制部分包括计算机及电控系统组件(23)；
所述高平整度底座(31)是由整块高强度铸铁制成，底部铸有筋板网格，
并在四角配备减震垫和底座平衡调节器(14)，能够实现减缓装置振动，保持加
工平稳；底板上面排布辅助机构电磁铁固定栓(21)，可以根据需要添加或干变
辅助机构位置，使装置具有通用性；
所述主轴电机固定架(2)是由球墨铸铁制成，整体结构呈四棱台形，侧面
配备四个高强度筋板，保证支撑强度和定位精度；顶端通过内置双向预紧高精
度螺纹和螺栓定位组件固定主轴电机(4)，主轴电机(4)可以根据需要沿横向
移动调整位置；
所述高平整度工作台和液体静压导轨支撑板组件(24)是由两根液体静压
导轨导向杆(32)导向，由液体静压导轨直线驱动电机(30)带动液体静压导
轨动力杆(29)旋转提供动力，实现沿径向方向低速平稳高精度进给，并能根
据计算机及电控系统组件(23)设定的数据移动相应的行程；同时，通过液体
静压导轨动力杆支撑腔和静压轴承组件(28)、液体静压导轨导向杆支撑腔和静
压轴承组件(26)与底板相连接，保证进给精度；
所述专用刀盘连接轴(3)是同轴度为0.01mm高精度连接轴，能够保证专
用刀盘(5)随主轴电机(4)同轴转动，保证加工精度；专用刀盘(5)为一大
直径高强度合金钢圆盘，抗扭性能良好；同时专用刀盘(5)端面上设有均匀分
布着连接孔，能够根据需要安装相应数目的专用圆弧刃金刚石刀具角度调整器
(7)；此外还配有专用刀盘轴向调节器(6)，用以微调节刀盘前后位置；
所述专用圆弧刃金刚石刀具角度调整器(7)是很据专用圆弧刃金刚石刀具
(39)需要设计的刀具角度调整装置，通过专用刀具角度调整装置刀具固定轴
(36)和专用刀具角度调整装置刀具导向轴(38)相互配合，调整专用圆弧刃
金刚石刀具(39)的伸出高度和切削角度，满足不同加工需求；
专用真空吸盘固定板(9)、专用真空吸盘固定板内置螺栓组件(10)、专用
真空吸盘高强度固定支架(11)、专用真空吸盘高强度固定支架固定螺母螺栓组
件(12)、KDP晶体零件(40)、专用真空吸盘(41)；
专用真空吸盘(41)安装在专用真空吸盘高强度固定支架(11)侧面上，
专用真空吸盘高强度固定支架(11)通过专用真空吸盘高强度固定支架固定螺
母螺栓组件(12)安装在高平整度工作台和液体静压导轨支撑板组件(13)上。
2.根据权利要求1所述的一种KDP晶体材料单点金刚石飞刀切削装置，
其特征在于：专用真空吸盘(41)包括真空吸盘固定板(41-1)、真空吸盘固定
板固定螺旋孔(41-2)、真空吸盘平衡调节器(41-3)、真空吸盘平衡调节板(41-4)、
真空吸盘密封通气孔连接器(41-5)、真空吸附腔(41-6)、软橡胶薄(41-7)、“回”
形沟槽(41-9)、通气孔(41-8)；
所述真空吸盘固定板(41-1)为矩形；
真空吸盘固定板固定螺旋孔(41-2...

【专利技术属性】
技术研发人员：关佳亮，赵显辉，任勇，孙晓楠，戚泽海，路文文，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：北京;11