[发明专利]一种KDP晶体材料单点金刚石飞刀切削装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种针对KDP晶体材料单点金刚石飞刀切削的装置，可以高精度、高效率、低成本地实现对KDP晶体材料的超精密加工。

背景技术

KDP晶体是一种性能非常优良的无机电光非线性光学晶体，它是目前唯一能够可大尺寸生长的晶体材料，并具有非线性光学系数大、激光损伤阈值高、透过波长领域宽、光学均匀性好和易于实现相位匹配等优点。因此，KDP晶体被广泛应用于激光倍频转换、光电调制、快速光电开关等激光和非线性光学高技术领域，并在惯性约束核聚变系统中具有其他晶体材料所无法替代的重要地位。但KDP晶体本身具有质软、吸湿性强、脆性高、对温度变化敏感、受热易破裂等一系列不利于机械加工的特性，使得KDP晶体的超精密加工成为世界级难题，特别是大尺寸、低表面粗糙度、低波纹度、低应力、无损伤光学表面的获得尤为艰难。

目前，国内外KDP晶体主要采用单点金刚石切削方式经行精密加工，现有的加工装置也多为立式机床机构。这种立式机床由于主轴传动装置存在不可避免的误差，从而会导致加工的KDP晶体材料表面产生小尺度波纹，严重降低加工质量。另外，现有的KDP晶体材料加工装置中，金刚石刀具多采用直接焊接或者螺栓固定，无法实现金刚石刀具齿数增减，刀具工作半径以及角度调整，从而无法达到高效高精度的加工。由于KDP晶体具有易破裂的特性，现有的加工装置中采用的装夹方式无法实现对其精准、牢靠的安装，最终无法对其实现精密高效加工。同时，现有加工装置极易导致KDP晶体材料在加工过程中产生微裂纹进而破碎，从而大大提高了加工成本。

发明内容

为了改善现有的KDP晶体材料金刚石单点飞刀切削加工过程中低精度、低效率、高成本的加工现状，本发明提供了一种KDP晶体材料单点金刚石飞刀切削的装置。该装置采用独特的卧式机床结构，电机主轴连接刀盘，直接参与KDP晶体材料切削，不存在传动误差，解决KDP晶体材料加工时小尺度波纹产生问题。另外，本装置配套了专用单点金刚石飞刀刀盘以及刀具角度调整装置，能够根据实际加工需要，实现金刚石刀具齿数增减、刀具工作半径和刀具切削角度的调整，并且本装置配备了专用的夹具，真正实现对KDP晶体材料高精度、高效率、低成本精密加工。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：整个装置采用卧式结构，结合刀具工作面和工件双向进给的加工方式，实现对KDP晶体材料的精密加工。其加工原理图如图1所示，可以分为刀具转动、主轴电机工作台径向进给和零件装卡工作台横向进给三个过程。首先，电控系统启动，真空发生器和气泵工作，KDP晶体零件通过真空吸盘和支架固定在零件装卡工作台上，圆弧刃金刚石刀具通过角度调整装置和专用刀盘安装在电机主轴上。调节好刀具角度和与KDP晶体零件初始加工距离后，主轴电机开始转动，带动圆弧刃金刚石刀具以设定好的工作半径随着主轴高速旋转，同时，主轴电机工作台带动主轴电机从设定的初始位置沿径向进给，开始切削KDP晶体零件；当主轴电机工作台到达设定径向移动终点位置时，圆弧刃金刚石刀具径向移出KDP晶体零件切削表面，随后主轴电机工作台开始沿原路同速返回，圆弧刃金刚石刀具再次切削KDP晶体零件；当主轴电机工作台开到达最初启动位置时，主轴电机工作台停止运动，完成一次KDP晶体零件切削过程；与此同时，零件装卡工作台带动KDP晶体零件开始沿横向移动设定距离，随后停止，此时，主轴电机工作台再次沿径向进给，开始下一次KDP晶体的切削。整个切削过程周期性循环进行，直至切削完成。加工时刀具每旋转一周与工件接触一次，接触的长度和时间由刀尖的工作半径、主轴的旋转速度和工件的大小决定。其中，整个加工过程均有装置配备的计算机控制，设定参数后，可实现无人化加工。

本发明所涉及的一种KDP晶体材料单点金刚石飞刀切削装置共分为八个部分：支撑机构、主轴电机固定机构、主轴电机工作台部分、圆弧刃金刚石刀具装夹机构、KDP晶体零件固定机构、KDP晶体零件装夹工作台部分、动力部分、控制部分。

支撑机构包括高平整度底座31、减震垫和底座平衡调节器及其装夹孔14、辅助机构电磁铁固定栓21；

主轴电机固定机构包括高强度主轴电机固定架2、主轴电机固定架固定螺母螺栓组件1；

主轴电机工作台部分包括第一高平整度工作台和第一液体静压导轨支撑板组件24、第一液体静压导轨导向杆支撑腔固定螺母螺栓组件25、第一液体静压导向杆支撑腔和静压轴承组件26、液体静压导轨动力杆支撑腔固定螺母螺栓组件27、第一液体静压导轨动力杆支撑腔和静压轴承组件28、第一液体静压导轨动力杆29、第一液体静压导轨直线驱动电机30、第一液体静压导轨导向杆32；