[发明专利]利用激光加工高精度单晶金刚石圆弧刀具的方法及装置

说明书

本发明提供了一种利用激光加工高精度单晶金刚石圆弧刀具的方法及装置，包括如下步骤：激光切除多余部分步骤：采用激光切割待加工的金刚石片材，激光采用直线切割的方式，自金刚石片材切割至金刚石刀具的轮廓外侧，切除金刚石片材的多余部分；激光直接切割步骤：对切割完多余部分的金刚石片材进行外轮廓的直接切割；半径补偿步骤：对待加工的金刚石刀具的刀头半径进行补偿。本发明先通过切除多余部分切割，再针对金刚石刀具轮廓精切割，不仅效率和准确率提高，而且避免激光切割过程中导致的裂纹、表面损伤和石墨化等缺陷；本发明采用的加工方法避免了激光在短时间内不会重复照射同一区域，从而使加工过程中的热缺陷最小化。

技术领域

本发明涉及激光加工领域，具体地，涉及一种利用激光加工高精度单晶金刚石圆弧刀具的方法及装置。

背景技术

单晶金刚石刀具是塑料、金属及难切削材料超精密加工的关键工具，可满足光学、半导体、模具等行业的要求。由于金刚石在硬度、刃口锐度和热导率等方面具有优异的性能，所以金刚石刀具可以用来切割高硬度的工件，而不会造成快速刀具损伤。然而，金刚石作为最坚硬的材料，制备难度较大，在传统的磨削工艺中，只能用金刚石砂轮来进行磨削制造。金刚石刀具的制造是一个极其耗时的过程，包括粗磨、半精磨和精磨。

为了缩短金刚石刀具的生产时间，研究了几种新的加工方法，如放电加工和激光加工。然而，电火花加工和电火花磨削都适用于超硬材料的加工，但都受到电极磨损快、速度慢的限制。由于材料的无选择性，超快激光加工被认为是一种很有吸引力的硬质材料加工方法。

在激光加工过程中，高强度激光束通过光学透镜聚焦到工件表面，加热、熔化、气化被加工材料。与其他材料不同的是，除了激光引起的微裂纹和断裂等热缺陷外，石墨化也发生在加工过的金刚石刀具上。提高激光功率容易导致金刚石向石墨的过渡，影响金刚石烧蚀表面上精密结构的形成。金刚石刀具的石墨化不仅影响刀具的刀尖轮廓，而且影响刀具的强度。因此，不应该盲目地增加激光功率来提高生产效率。另外，由于激光加工去除过程的不确定性，使得加工区域的粗糙度难以提高。刀具轮廓的粗糙度是评价金刚石刀具质量的重要指标之一，在加工过程中需要考虑。

为了提高金刚石圆弧刀具的加工效率，减少加工缺陷，提出了一种超快激光加工金刚石刀具的方法。

申请号为200810138477.0的发明专利公开了一种金刚石复合刀具刃口的加工方法,其加工步骤是:将刀具基体热处理后磨削到所要求的形状和尺寸；在金刚石刀片焊接部位铲磨与刀片相吻和的刀具基体后刀面；将金刚石刀片焊接在刀具基体相应位置上；将金刚石刀片用激光切割成所需形状；将电极安装于数控电火花上；将刀具定位在机床正确的位置上；使电极旋转接近刀具,直至形成合适的放电间隙；根据刃口余量选择好电火花粗加工的电流、脉冲宽度等电源参数,使电极接近金刚石刀片时产生电蚀作用去除多余的金刚石材料；重新修整电极,选择精加工的电流、脉冲宽度等电源参数,使电极接近金刚石刀片产生电蚀起到精整作用,以获得高精度的尺寸、形状和刃口。但是上述方案耗时耗力。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种利用激光加工高精度单晶金刚石圆弧刀具的方法及装置。

根据本发明提供的一种利用激光加工高精度单晶金刚石圆弧刀具的方法，包括如下步骤：

激光切除多余部分步骤：采用激光切割待加工的金刚石片材，激光采用直线切割的方式，自金刚石片材切割至金刚石刀具的轮廓外侧，切除金刚石片材的多余部分；

激光直接切割步骤：对切割完多余部分的金刚石片材进行外轮廓的直接切割；

半径补偿步骤：对待加工的金刚石刀具的刀头半径进行补偿。

优选地，所述半径补偿步骤包括：对工艺路径半径R_P进行补偿：