[发明专利]一种蓝宝石表面微铣削加工方法

说明书

一种蓝宝石表面微铣削加工方法，其特征是在立式加工中心上，在保证刀具轴线和蓝宝石试样加工表面之间具有一定加工倾角的条件下，采用PCD多齿球头刀具在一定的主轴转速，进给速度和切削深度的条件下对蓝宝石表面进行微铣削加工，去除蓝宝石表面材料。PCD多齿球头刀具由PCD多齿球刀头与硬质合金刀杆经焊接而成。PCD球刀头表面沿周向分布有若干等距直沟槽，沿轴向分布有1个螺旋沟槽；上述沟槽将PCD刀具表面分成若干切削加工齿。本发明可在较大切削深度下对蓝宝石进行凹槽及曲面加工，可显著提高加工效率及加工过程稳定，蓝宝石加工表面未发现明显脆性断裂和材料脱落等现象，加工表面质量良好。

技术领域

本发明涉及一种硬脆类难加工材料表面微切削加工方法，尤其是一种蓝宝石表面加工方法，具体地说是一种蓝宝石表面微铣削加工方法。

背景技术

蓝宝石因具有良好的化学稳定性和光学性能，超高硬度、极强的耐磨性及较高的熔点等性能，被广泛应用于航空航天、光电子、国防等领域，但作为典型硬脆难加工材料，其表面加工效率低、成本高，且加工表面极易产生断裂等损伤问题，严重限制了其在航空航天等领域内的应用。

蓝宝石表面加工方法主要有研磨/抛光，微槽磨削等。其中，研磨/抛光针对蓝宝石薄片表面加工，而对于表面形状相对复杂的蓝宝石零件的加工（如具有一定曲面及凹槽的蓝宝石工件），研磨/抛光难以发挥作用。而随着蓝宝石在航空航天等领域内应用的不断增加和扩展，具有相对复杂型面结构的蓝宝石零件的应用将越来越广泛，其表面加工也将越来越受到人们的关注。如目前采用小直径的金刚石磨头（Φ0.5~1mm）对蓝宝石表面进行凹槽磨削加工。此方法较研磨/抛光可对蓝宝石表面进行微槽加工，并在一定条件下可对具有一定曲面的蓝宝石零件进行加工。但因其所用金刚石磨头直径较小，磨头强度和抗冲击等性能相对较低，在对蓝宝石表面进行微槽磨削加工时需严格控制磨削深度（一般在10~20μm）。因此，磨削加工深度较低，蓝宝石表面材料去除率相对较小，加工效率不高。而采用传统球头铣刀对蓝宝石表面进行微铣削加工，因刀具磨损较大，较难获得良好的表面质量。为此，亟需研究并开发一种蓝宝石表面高效精密加工方法，在保证加工表面质量的同时，可显著提高蓝宝石表面加工效率。

发明内容

本发明的目的是针对现有蓝宝石表面加工以磨削为主，难以实现铣削加工，效率低、稳定性差、易导致基体表面产生损伤等突出问题，发明一种使用PCD多齿球头刀具对蓝宝石表面进行高效微铣削加工的方法。

本发明的技术方案是：

一种蓝宝石表面微铣削加工方法，其特征是它包括蓝宝石试样的装夹和表面微铣削加工两部分。

所述的蓝宝石工件的装夹是指：

在立式加工中心上，将蓝宝石工件装夹在夹具中，保证刀具轴线和蓝宝石试样加工表面之间的加工倾角为15-35º。

所述的蓝宝石表面微铣削加工是指：

采用PCD多齿球头刀具在主轴转速为10000-250000rpm，进给速度为3.0-12.0 mm/min，切削深度为10-200μm的条件下对蓝宝石表面进行微铣削加工。

所述的蓝宝石表面微铣削加工所用PCD多齿球头刀具由PCD球刀头与硬质合金刀杆经焊接所得，刀具刃长为10-20mm，刀具总长为50-60mm；PCD刀头直径为Ф1.5-2.5mm，有效刃长为2-5mm。

所述的PCD球刀头沿周向分布有6-12个等距直沟槽；沿轴向分布有1个螺旋沟槽，螺旋沟槽的螺旋升角为5~10º，所述沟槽将PCD刀头表面分成若干切削加工齿。

所述的PCD球刀头表面直沟槽和螺旋沟槽均以球头底面中心为起点，沟槽平均深度为90-120μm。

所述的蓝宝石试样长度为10~50mm，宽度为10~50mm，厚度为5~10mm，加工前表面粗糙度Ra为0.3~0.4μm。