[发明专利]一种飞秒激光在位修复单晶金刚石车刀系统、机床及方法

权利要求书

1.一种车刀表面修复用飞秒激光在位加工方法,包括一种飞秒激光在位修复单晶金刚石车刀系统，所述系统包括依次实现激光传输的第一反光镜、第二反光镜、分光及聚焦装置；还包括与滑鞍固定的挂板、与机床主轴末端固定的卡盘和一端固定在机床立柱上部的支撑架，支撑架另一端朝向刀具并安装有朝下且竖向的导轨，导轨上设有滑块，滑块与挂板固定，第一反光镜安装在导轨的上部，第二反光镜通过滑块固定；

分光及聚焦装置能够在不同时刻通过挂板或卡盘固定，通过挂板固定时的分光及聚焦装置输出朝下的激光，通过卡盘固定时的分光及聚焦装置输出与水平面呈设定夹角的激光；第一反光镜与第二反光镜在导轨及滑块处具有不同的工位，以适配于分光及聚焦装置的安装位置，还包括原子力显微镜，原子力显微镜通过挂板固定，原子力显微镜能够随挂板升降，并随机床立柱水平移动，还包括白光干涉仪，白光干涉仪能够可拆卸的安装在滑鞍处，或可拆卸的安装在刀架处，以分别实现前刀面和后刀面的检测；还包括机床立柱和转台，机床立柱能够沿第一水平方向往复移动，机床立柱中具有滑鞍，滑鞍处设有机床主轴，滑鞍能够带动机床主轴沿竖向往复运动，机床主轴能够沿自身轴线转动；转台能够沿竖向转动，转台能够沿第二水平方向往复移动，第一水平方向与第二水平方向相互垂直；转台上部安装有刀架，刀架处安装有刀具；在前刀面、主后刀面及副后刀面完成修复后，通过白光干涉仪、原子力显微镜检测刀具的表面情况，当满足要求后，拆除车刀表面修复用飞秒激光在位加工系统；

其特征在于，所述方法包括以下步骤：

当刀具需要修复时，将分光及聚焦装置安装在挂板处，使得激光经传输后最终从物镜处竖向朝下输出；转台带动刀具运动至物镜下方，通过机床立柱的平移、滑鞍的滑动、转台的转动及转台的平移实现物镜处输出的激光与刀具的相对位置变化，进而完成前刀面及刀尖上部弧面的微纳织构加工修复；

将分光及聚焦装置拆装至卡盘处，将第一反光镜和第二反光镜拆装至相应位置，并最终从物镜处输出；

转台带动刀具转动，通过机床立柱的平移、滑鞍的滑动、转台的转动、转台的平移及卡盘的转动来调节主后刀面与物镜处输出激光的相对位置，进而完成主后刀面及主后刀面处刀尖弧面的微纳织构加工修复；

采用与主后刀面同样的方式，完成副后刀面及副后刀面处刀尖弧面的微纳织构加工修复；

利用数控机床编程控制加工系统五轴联动，实现金刚石车刀的轮廓与形貌在位观测和检测，为刀具磨损监控、修复和微纳织构加工提供数据依据，实现刀具磨损区域的修复，进行磨损刀具的在位抛光，对刀具前刀面与后刀面进行微纳复合结构加工，形成抗磨减磨表面，并可利用超精密机床的重复定位的特点，实现微纳织构磨损后的修复。

2.根据权利要求1所述的一种车刀表面修复用飞秒激光在位加工方法，其特征在于，所述导轨的上部及滑块处分别具有水平延伸的定位板，第一反光镜及第二反光镜能够安装在定位板上不同的位置。

3.根据权利要求1所述的一种车刀表面修复用飞秒激光在位加工方法，其特征在于，所述第一反光镜处于第二反光镜的正上方，第一反光镜能够将水平方向激光沿竖向朝下输出，第二反光镜能够将竖向的激光沿水平方向朝机床立柱处的分光及聚焦装置输出。

4.根据权利要求1所述的一种车刀表面修复用飞秒激光在位加工方法，其特征在于，所述分光及聚焦装置包括物镜转换器、二向色镜及CMOS相机，CMOS相机用于采集输出激光在加工面处的图像，以辅助对焦。

5.根据权利要求1所述的一种车刀表面修复用飞秒激光在位加工方法，其特征在于，所述分光及聚焦装置安装在挂板上时，分光及聚焦装置及待加工的刀具处于机床主轴的同一侧。