[发明专利]一种金刚石微铣刀刃口锋利度保持的方法与装置

说明书

本发明公开一种金刚石微铣刀刃口锋利度保持的方法与装置，属于微细加工和金刚石刀具制造与应用领域。本发明提供一个局部全密闭的加工环境，在该试验平台上，通过在可控的密闭环境中通入富碳气体，如CO₂或非富碳气体，如N₂，进行金刚石微铣刀的微铣削试验，然后对金刚石微铣刀的刃口进行观察测试。在气氛可控条件下，金刚石和工件材料发生化学反应的速率都明显降低，从而减缓刀具磨损并达到保持刃口锋利度的目的。本发明适用于金刚石微铣刀可加工的金属材料，如黑色金属、硬质合金、铜等或非金属固体材料，如陶瓷、普通玻璃等的任意形状微结构的加工，可有效地控制金刚石微铣刀的刃口锋利度，并提高微结构的加工表面质量。

技术领域

本发明涉及微细加工和金刚石刀具制造与应用领域，特别涉及一种金刚石微铣刀刃口锋利度保持的方法与装置。

背景技术

近年来微小型技术发展迅猛，精密仪器、航空航天、生物医疗以及数码摄影等领域对微小型产品的需求量逐年增加。微细铣削加工技术基于高效率、高柔性、可加工复杂三维形状与多种材料等特点，已成为这类微小结构和零件的主要加工方式。通过微细铣削尺寸效应和工艺的分析，发现硬质合金微铣刀在使用过程中刃口强度不足，难以保持应用初期的锋利刃口，刃口钝圆半径会迅速变大并与切削厚度相接近，微细铣削工作在严重的尺寸效应区，从而导致表面质量差、刀具易断裂等问题；且硬质合金微细铣刀不适用于难加工材料（如硬质合金、陶瓷等）的切削加工。而金刚石微铣刀具有极高的硬度和耐磨性、低摩擦系数、高弹性模量和低热膨胀系数等优点，在加工常见金属材料以及难加工材料方面都表现出极好的切削效果和刀具耐磨性。但研究发现金刚石刀具的磨损仍然无法避免，由于金刚石微铣刀直径较小（≤0.5 mm）在加工过程中同样会发生快速刃口磨钝现象，导致刃口钝圆半径增大、加工质量变差等问题。因此迫切需要减缓金刚石微铣刀快速磨损、保持其刃口锋利度的新技术，以提高刀具的耐用度和使用寿命，进而保证良好的切削加工效果。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种金刚石微铣刀刃口锋利度保持的方法与装置，以解决金刚石微铣刀刃口易磨损、磨钝的问题。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一方面，本发明提供一种金刚石微铣刀刃口锋利度保持的方法，其包括如下步骤：

步骤一：工件的预处理，首先对工件进行表面抛光处理，随后对所述工件进行清洗，去除所述工件表面的杂质及有机污渍；

步骤二：所述工件的装夹，将所述工件固定并装夹在精密微细铣床的工作台上，调节待加工工件的表面至其基本处于水平状态；

步骤三：金刚石微铣刀的装夹，根据所述金刚石微铣刀刀柄直径选用合适的弹簧夹头，将所述金刚石微铣刀安装到精密微细铣床的主轴上，并保证所述金刚石微铣刀处于悬伸状态，以确保金刚石微铣刀的刚度并减小加工振动；

步骤四：调节金刚石微铣刀和工件的相对位置，完成对刀，然后移动工作台使金刚石微铣刀处于工件表面上待加工区域的入口位置，并使金刚石微铣刀和工件处于局部密闭空间中；

步骤五：向局部密闭空间中充入保护气体，并控制保护气体的浓度；

步骤六：设置所述金刚石微铣刀微铣削加工工艺参数进行铣削实验，完成所需微结构完整加工。

进一步地，所述工件包括金属材料和非金属固体材料。

进一步地，所述金属材料为黑色金属、硬质合金或铜；所述非金属固体材料为陶瓷或普通玻璃。

进一步地，所述保护气体为富碳气体或非富碳气体；所述保护气体的浓度为0.0457~0.0478 mol/L。。

进一步地，所述富碳气体为CO₂或CH₄；所述非富碳气体为N₂或He。