[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

说明书

本公开涉及一种飞秒激光在位修复单晶金刚石车刀系统、机床及方法，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。本公开便于实现机床中车刀的在位加工，避免反复拆装刀具造成的损耗。

技术领域

本公开属于飞秒激光加工技术领域，具体涉及一种飞秒激光在位修复单晶金刚石车刀系统、机床及方法。

背景技术

这里的陈述仅提供与本发明相关的背景技术，而不必然地构成现有技术。

发明人了解到，单晶金刚石硬度极高,可以加工出极为锋利的切削刃,而在单晶金刚石刀具表面加工微纳织构能够进一步提高刀具的切削性能、减少刀具的磨损量，提高寿命。利用飞秒激光能够实现上述单晶金刚石刀具表面微纳织构的加工与修复。

目前飞秒激光微细加工系统一般只能加工平面，且表面加工的结构多为孔、沟槽等简单三维结构。若想实现柱面、非球面等具有任意表面形状固体材料的复杂三维结构加工，需要单独的如多自由度机器人或多轴高精度运动平台等设备控制加工系统的多自由度运动，而复杂的仪器安装不方便，同时增加了相应的制造成本。没有考虑到利用精密或超精密加工机床重复定位高的特点。

发明人了解的一种五轴联动超精密机床中，其机床立柱能够沿第一水平方向滑动，滑鞍能够带动机床主轴上下滑动，且机床主轴能够沿自身轴线转动，刀具的转台能够沿竖向轴线转动，并且能够沿第二水平方向滑动，第一水平方向与第二水平方向垂直。即五轴联动机床本身能够即为多轴高精度运动平台。在具有上述五轴联动高精度运动平台的基础上，额外配备多自由度机器人等设别来驱动飞秒激光加工系统及待修复的刀具，无疑会增加设备的成本，并且会因刀具的重复拆装及调试浪费大量的时间。

同时，现有的单晶金刚石刀具是否磨损一般采用观察切屑、工件表面加工质量及或加工声音来判断。当单晶金刚石表面微纳织构磨损后，不易通过肉眼观察得知，需要将刀具拆卸后放到检测设备处进行检测，大大降低了加工效率。

发明内容

本公开的目的是提供一种飞秒激光在位修复单晶金刚石车刀系统、机床及方法，能够至少解决上述技术问题之一。

为实现上述目的，本公开的第一方面提供一种飞秒激光在位修复单晶金刚石车刀系统，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；

分光及聚焦装置包括CMOS相机、二向色镜和物镜转换器，能够在不同时刻通过挂板或卡盘固定，通过挂板固定时的物镜输出朝下的激光，通过卡盘固定时的物镜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。

作为进一步改进，还包括原子力显微镜和白光干涉仪，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。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。

本公开的第二方面提供一种机床，包括所述的飞秒激光在位修复单晶金刚石车刀系统，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。