CN109333332B - 带冷却装置的金刚石装夹设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种带冷却装置的金刚石装夹设备，包括装夹装置，用于装夹金刚石；驱动装置，用于带动装夹装置移动；调节装置，用于调节装夹装置与研磨台之间的角度；其中，装夹装置上设有冷却装置。其优点在于，本发明的金刚石装夹设备在装夹装置上设置冷却装置，降低装夹装置上的金刚石在研磨时的温度，防止因单晶金刚石因温度过高而使黏合剂融化，从而使单晶金刚石从装甲棒上掉落，减少单晶金刚石加工时裂纹的产生。
Description
技术领域
本发明涉及研磨设备，尤其涉及一种带冷却装置的金刚石装夹设备。
背景技术
通常在单晶金刚石上设有切割刃，并将其钎焊在基体或柄体等上面的金刚石刀具被广为知晓。这种金刚石刀具被用在非球面透镜模具等超精密加工方面，进行高精度的研磨处理。目前，超精密加工的精度要求越来越严格，因此对金刚石刀具的研磨精度要求也愈发严格。
由于单晶金刚石的独特性能，使得对其本身的加工非常困难。单晶金刚石的硬度大、耐磨性好导致研磨效率低，耗费工时长。同时单晶金刚石具有各向异性和解理现象，不同晶向的物理性能相差很大，使得单晶金刚石的研磨具有独特性，研磨方法显得至关重要。
市场现有产品研磨原理：1.离子束溅蚀法：利用高能离子的轰击作用直接对被加工的金刚石进行物理溅蚀；2.真空等离子体化学抛光法；3.热化学抛光法：在高温状态下使金刚石表面与铁接触，金刚石中的碳原子能够摆脱自身的晶格约束，扩散到铁晶体的晶格中去，以此来达到研磨效果；4.无损伤化学机械抛光法：在铸铁磨盘上涂上一层混合微粉减弱对金刚石的冲击力，通过微弱的磨削作用去除反应层；5.机械加工：直接把金刚石表面与有金刚石微粉镀层的研磨盘接触，仅靠二者的冲击力作用进行研磨。
前四种方法研磨效率低，成本高，市场上现有机械加工研磨设备缺点:振动大，容易造成单晶片碎裂；研磨位置固定，容易损坏研磨盘；研磨数量少；装夹不方便。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种带冷却装置的金刚石装夹设备，使装夹有金刚石的装夹装置在工作时得到有效冷却，防止因单晶金刚石温度过高而使黏合剂融化，从而使单晶金刚石从装夹棒上掉落，减少单晶体金刚石加工时裂纹产生。
本发明的目的采用如下技术方案实现：
一种带冷却装置的金刚石装夹设备，包括
装夹装置，用于装夹金刚石；
驱动装置，用于带动所述装夹装置移动；
调节装置，用于调节所述装夹装置与研磨台之间的角度；其中，所述装夹装置上设有冷却装置。
进一步地，所述装夹装置包括由导热材料制成的装夹棒，所述金刚石与所述装夹棒黏合；
所述冷却装置包括冷却固定块和与所述冷却固定块连通的冷却管，所述装夹棒与所述冷却固定块紧密贴合。
进一步地，所述冷却固定块上设有进口和出口，所述进口和所述出口在所述冷却固定块内形成冷却回路，所述冷却管的数量为两根，其中一根与所述进口连通，另一根与所述出口连通。
进一步地，所述冷却固定块上设有与装夹棒形状相适配的嵌槽，所述装夹棒嵌入所述嵌槽中与所述冷却固定块连接。
进一步地，所述装夹装置包括用于固定所述装夹棒的U形定位块和顶杆，所述装夹装置设置在所述调节装置的安装板上，所述U形定位块与所述安装板固定连接，所述U形定位块上设有供所述装夹棒穿过的通槽，所述顶杆在所述装夹棒穿过所述通槽时卡住所述装夹棒以固定所述装夹棒。
进一步地，所述装夹棒的侧面设有环形凹槽，所述顶杆与所述环形凹槽的底面相抵。
进一步地，所述调节装置包括弧度微调平台和/或R轴微调平台。
进一步地，所述装夹装置、所述冷却装置和所述调节装置依次设置在所述驱动装置前端；
所述驱动装置包括径向移动机构和竖向移动机构，所述竖向移动机构包括与所述径向移动机构相连接的竖向导轨和限位机构；
所述调节装置与所述竖向导轨活动配合；
所述限位机构包括限位调节杆和限位板，所述限位板与所述调节装置固定连接，所述限位板和所述限位调节杆设置在所述竖向导轨上方，所述限位调节杆穿过所述限位板与所述竖向导轨的上表面相抵以调节设置在所述调节装置上的装夹装置的高度。
进一步地，所述竖向导轨通过L形连接块与所述径向移动机构相连接，所述调节装置的两侧设有翘块，所述L形连接块上设有翘杆，所述翘杆包括较短的前端部和较长的后端部，所述前端部设置在所述翘块的下方，在所述后端部下压时带动所述翘块、所述调节装置和所述装夹装置快速上移。
进一步地，所述后端部上设有用于悬挂砝码的连接部。
相比现有技术，本发明的有益效果在于：
(1)本发明的金刚石装夹设备在装夹装置上设置冷却装置，降低装夹装置上的金刚石在研磨时的温度，减少单晶金刚石加工时裂纹的产生；
(2)对于采用胶水黏装金刚石的研磨装置，冷却装置可避免胶水的融化，无需耐高温胶水，使用普通胶水即可装夹单晶金刚石，节约生产成本；同时，还可防止因单晶金刚石温度过高而使黏合剂融化，从而使单晶金刚石从装夹棒上掉落，进一步减少单晶金刚石在加工过程中出现裂纹的概率。
附图说明
图1为本发明实施例的金刚石装夹设备的结构示意图；
图2为本发明实施例的金刚石装夹设备的另一角度结构示意图；
图3为本发明实施例的冷却固定块的透视结构示意图；
图4为本发明实施例的装夹棒的结构示意图；
图5为本发明实施例设置在研磨工作台上的结构示意图；
图中：1、金刚石装夹设备
10、装夹装置；11、装夹棒；12、U形定位块；13、顶杆；14、环形凹槽；
20、调节装置；21、安装板；22、弧度微调平台；23、R轴微调平台；24、翘块；
30、驱动装置；31、径向移动机构；311、径向导轨；312、滑块；313、驱动电机；314、偏心件；315、关节轴承连杆；32、竖向移动机构；321、竖向导轨；322、限位机构；323、限位板；324、限位调节杆；33、翘杆；331、支点；332、前端部；333、后端部；334、连接部；34、L形连接块；35、底座；
40、冷却装置；41、冷却固定块；42、冷却回路；43、冷却管；44、进口；45、出口；46、嵌槽；
50、工作台；51、研磨盘；52、气浮轴承；53、转动电机；54、皮带；55、除尘装置；56、挡风板。
具体实施方式
下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。
在本发明的描述中，需要说明的是，对于方位词，如有术语“中心”，“横向”、“纵向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示方位和位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于叙述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定方位构造和操作，不能理解为限制本发明的具体保护范围。
此外，如有术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或隐含指明技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”特征可以明示或者隐含包括一个或者多个该特征，在本发明描述中，“数个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除另有明确规定和限定，如有术语“组装”、“相连”、“连接”术语应作广义去理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；也可以是机械连接；可以是直接相连，也可以是通过中间媒介相连，可以是两个元件内部相连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述的术语在本发明中的具体含义。
参看附图之图1至图5，根据本发明的实施例的带冷却装置的金刚石装夹设备将在接下来的描述中被阐明，其中冷却装置解决了现有金刚石装夹设备在工作时金刚石温度过高的问题，通过冷却装置降低金刚石的温度，减少单晶金刚石加工时裂纹的产生。
如附图1所示，本实施例的带冷却装置40的金刚石装夹设备1，包括
装夹装置10，用于装夹金刚石；
驱动装置30，用于带动所述装夹装置10移动；
调节装置20，用于调节所述装夹装置10与研磨台之间的角度；其中，所述装夹装置10上设有冷却装置40。
其工作原理为，将金刚石片固定在装夹装置10上，而后通过调节装置20调节金刚石片与研磨面之间的位置和角度，而后使金刚石片与研磨面接触，研磨面工作，利用驱动装置30带动装夹装置10以及其上的金刚石片移动，完成研磨；与此同时，装夹装置10上的冷却装置40直接对装夹装置10和金刚石片进行冷却，保证了良好的降温效果，从而降低了单晶金刚石加工时裂纹的产生几率。
冷却装置40可以采用风冷、水冷或油冷，其中，如果采用风冷，则冷却装置40可以包括开放式风道，将冷风对准装夹装置10和金刚石片吹拂，以带走热量；这种冷却方式容易使研磨出的粉尘四处飞扬，污染工作环境。
本实施例的冷却装置40采用内置冷却回路42的方式，更具体地说，所述冷却装置40包括冷却固定块41和与所述冷却固定块41连通的冷却管43，在冷却固定块41内设置冷却通道，冷却通道与冷却管43相连通。冷却回路42中可以设置循环流动的冷却剂，冷却剂可以是低温的空气、氢气、氮气、二氧化碳、水或者油。冷却剂的流动方式可以为自由对流，即依靠温度差促使冷却介质流动；也可以是冷却管43上设置独立驱动部件，为冷却剂流动提供动力。
如附图3所示，所述冷却固定块41上设有进口44和出口45，所述进口44和所述出口45在所述冷却固定块41内形成冷却回路42，所述冷却管43的数量为两根，其中一根与所述进口44连通，另一根与所述出口45连通。冷却回路42可以为简单的“U”型结构，也可以为“S”型结构，也可以为“O”型结构，或者其他可实现的回路结构。在附图3示出的具体示例中，以冷却回流采用“U”型结构为例来阐述和揭露本优选实施例的冷却回路42的实现方法的内容和特征，但“U”型冷却回路42并不能被视为对本优选实施例的冷却回路42的实现方法的内容和范围的限制。
同时，为了优化冷却效果，使装夹装置10的热量更好地被冷却回路42带走，本实施例的装夹装置10包括由导热材料制成的装夹棒11，所述金刚石与所述装夹棒11黏合，所述装夹棒11与所述冷却固定块41紧密贴合。另外，由于冷却回路42设置在冷却固定块41内部，冷却固定块41也需采用导热性能良好的材料制成。优选地，导热材料为导热系数大于100的材料，比如铝合金、紫铜等。装夹棒11上黏合的金刚石片在加工时产生的热量被冷却回路42中的循环冷却剂带走，不仅降低了单晶金刚石加工时裂纹的产生几率，同时，还可避免黏合胶水的融化，无需耐高温胶水，使用普通胶水即可装夹单晶金刚石，节约生产成本。
为了使装夹棒11与冷却固定块41的接触面更大，热传导的效率更高，如附图1至附图3所示，所述冷却固定块41上设有与装夹棒11形状相适配的嵌槽46，所述装夹棒11嵌入所述嵌槽46中与所述冷却固定块41连接。嵌槽46的形状与装夹棒11的形状相适配，装夹棒11可以为方柱，对应地，嵌槽46为方槽，装夹棒11的三个侧面与嵌槽46紧贴，减少周向转动，剩下的一个侧面通过锁定定位机构固定装夹棒11，防止其在竖直方向上移动；装夹棒11还可以为椭圆形，对应地，嵌槽46为U型槽。优选地，为了随意调整单晶金刚石的研磨方向并固定，如附图4所示，本实施例的装夹棒11采用圆柱形，对应地，嵌槽46为弧形槽，圆形的装夹棒11可以随意调整单晶金刚石的研磨方向并固定，使之处于较容易研磨的<；100>；解理方向，提高研磨效率。单晶金刚石有三个方向<；100>；、<；110>；、<；111>；，其中在研磨时<；100>；方向最好研磨，研磨效率也高，而<；111>；方向则是最难研磨的，虽然是同一个平面，但是角度不同其研磨效率相差很多，难易程度也相差很大。
由于装夹棒11为圆柱形，为了更好地固定装夹棒11，防止其在加工过程出现周向转动和竖直移动，本实施例的装夹装置10包括用于固定所述装夹棒11的U形定位块12和顶杆13，所述装夹装置10设置在所述调节装置20的安装板21上，所述U形定位块12与所述安装板21固定连接，所述U形定位块12上设有供所述装夹棒11穿过的通槽，所述顶杆13在所述装夹棒11穿过所述通槽时卡住所述装夹棒11以固定所述装夹棒11。
如附图1所示，更具体地说，冷却固定块和装夹棒11均设置在U形定位块的通槽中，安装时，先松开顶杆13，将装夹棒11从嵌槽46上方向下移动，进入嵌槽46和通槽中，当装夹棒11移动到位，拧紧顶杆13，将装夹棒11紧紧顶在嵌槽46内，从而使装夹棒11与冷却固定块41紧贴固定。
优选的，如附图4所示，所述装夹棒11的侧面设有环形凹槽14，所述顶杆13与所述环形凹槽14的底面相抵，由于环形凹槽14的存在，方便对应装夹棒11与顶杆13的高度位置。同时，装夹棒11侧面的凹槽为环形凹槽14，在装夹棒11转动任意角度后，顶杆13仍可以与环形凹槽14的底面相抵，既限制了装夹棒11的竖向移动，又不影响装夹棒11转动调整其上的金刚石片的研磨方向，提高研磨效率。
如附图1和附图2所示，装夹装置10设置在调节装置20上，调节装置20可根据客户需要，设置包括弧度微调平台22和/或R轴微调平台23，依靠两者中的一者或两者共同作用使被研磨金刚石上下两个面的平行度尽量缩小或满足客户的其他平行度要求。
为了将金刚石片压在研磨面上，需要在金刚石片上施加一定压力，因此，本实施例的所述装夹装置10、所述冷却装置40和所述调节装置20依次设置在所述驱动装置30前端，利用装夹装置10、冷却装置40以及调节装置20的重力将金刚石片压在研磨面上。与此同时，金刚石片的研磨厚度还需调整，所述驱动装置30包括径向移动机构31和竖向移动机构32，径向移动机构31用于带动金刚石片在研磨面前后移动，而竖向移动机构32用于调节金刚石片与研磨面的高度，从而确定研磨厚度。更具体地说，所述竖向移动机构32包括与所述径向移动机构31相连接的竖向导轨321和限位机构322；所述调节装置20与所述竖向导轨321活动配合。调节装置20设置在限位机构322上的限位板323上，限位板323与竖向导轨321滑动配合，并通过限位机构322的限位调节杆324调节限位板323与竖向导轨321之间距离，从而确定调节装置20、装夹装置10以及金刚石片与研磨面的高度。更具体地说，所述限位板323与所述调节装置20固定连接，所述限位板323和所述限位调节杆324设置在所述竖向导轨321上方，所述限位调节杆穿过所述限位板323与所述竖向导轨321的上表面相抵以调节设置在所述调节装置20上的装夹装置10的高度。
由于装夹装置10、冷却装置40以及调节装置20的重量较大，因此限位机构322只在竖向导轨321的上方限定，用于防止限位板323在竖向导轨321过度下滑，起到限位和保护的作用。而为了方便查看金刚石片的研磨情况，本实施例的调节装置20的两侧还设有翘杆33，通过杠杆原理按压翘杆33后端可将调节装置20和装夹装置10翘起，快速查看金刚石的研磨状态。更具体地说，调节装置20两侧设有翘块24，翘杆33的支点331设置在径向移动机构31上，翘杆33包括较短的前端部332和较长的后端部333，所述前端部332设置在所述翘块24的下方，在所述后端部333下压时带动所述翘块24、所述调节装置20和所述装夹装置10快速上移。如附图1和附图2所示，所述竖向导轨321通过L形连接块34与所述径向移动机构31相连接，翘杆33的支点331设置在L形连接块34上，翘杆33可相对L形连接块34转动。
另外，所述后端部333上设有用于悬挂砝码的连接部334。金刚石片在研磨时的正压力来自于前端的装夹装置10、冷却装置40和调节装置20的自身重力，而通过在翘杆33的后端部333设置不同重量的砝码可以调节金刚石片受到的正压力，从而调节研磨精度。
如附图2所示的径向移动机构31包括径向导轨311和设置在径向导轨311上的滑块312，所述竖向导轨321与所述滑块312固定连接；
所述径向移动机构31上还设有驱动电机313，以及与所述滑块312相连接的连杆机构，所述连杆机构包括与所述驱动电机313偏心设置的偏心件314以及连接偏心件314和所述滑块312的关节轴承连杆315。
径向移动机构31设置在底座35上，径向导轨311与底座35固定连接，工作时，由驱动电机313带动偏心件314转动，并将运动通过关节轴承连杆315传递至径向导轨311上的滑块312，进而通过与竖向导轨321固定连接的滑块312将运动传导至装夹装置10和金刚石片，由于径向导轨311为直线导轨，因此将驱动电机313的转动转化为直线前后移动，使金刚石片可以相对研磨面前后移动，提高研磨效率。
如附图5所示，为本发明实施例的金刚石装夹设备1设在研磨工作台50上的结构示意图，由附图可知，研磨工作台50上设有多台互不干涉的金刚石装夹设备1，可在同一研磨面上同时进行研磨，大大提高了研磨效率。金刚石装夹设备1通过底座35与工作台50固定连接。
为了减轻金刚石研磨过程中的震动幅度，降低研磨过程中研磨盘51对单晶金刚石的冲击力，降低裂纹产生的几率，所述工作台50上设有带动所述研磨盘51转动的转动电机53，所述研磨盘51的中心设有气浮轴承52，所述转动电机53通过传动机构与所述气浮轴承52传动连接以带动所述研磨盘51转动；所述装夹装置10设置在所述研磨盘51上方且与研磨面相对。气浮轴承52设法把研磨盘51的主轴在空气中悬浮起来，并可以稳定地高精度地旋转，主轴、空气轴承加工工艺精度达到能完全实现转速12万转/分以上，高速度，高精确度，无摩擦力，无磨损，不需要润滑油，有卓越的速度控制性能，同时没有噪音，有利于营造更好的工作环境；另外，气浮轴承52还具有防碰撞保护。本实施例的传动机构为皮带54，转动电机53转动，进而通过皮带54带动气浮轴承52转动，使研磨盘51高速转动。
在附图5示出的具体示例中，以金刚石夹持设备的数量为4为例来阐述和揭露本优选实施例的多工位金刚石研磨设备的实现方法的内容和特征，但金刚石夹持设备的数量为4并不能被视为对本优选实施例的多工位金刚石研磨设备的实现方法的内容和范围的限制。同时，金刚石夹持设备的分布位置可以为均匀对称分布，可以是分散分布，在不影响其他金刚石夹持设备的正常工作的情况下，金刚石夹持设备的分布方式不受附图的限制。
由于研磨盘51上的金刚石片数量增加，在研磨过程中产生的粉尘数量也会大大增加，因此，本实施例的工作台50上设有除尘装置55，所述除尘装置55包括对准所述研磨盘51设置的抽风口。在金刚石夹持设备和研磨盘51开始工作后，除尘装置55的除尘器也开始工作，除尘器的抽风口对准研磨盘51，将其上的粉尘吸入，最后集中在工作台50下方的除尘器中。
优选地，为了防止工作车间的风吹散粉尘，工作台50上相邻所述金刚石装夹设备1之间设有挡风板56，不仅阻挡了工作台50外侧的风，还可将除尘装置55的风集中，有利于将粉尘集中吸入除尘器中。
上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。
Claims (4)
1.一种带冷却装置的金刚石装夹设备，其特征在于，包括
装夹装置，用于装夹金刚石；
驱动装置，用于带动所述装夹装置移动；
调节装置，用于调节所述装夹装置与研磨台之间的角度；其中，所述装夹装置上设有冷却装置；
所述装夹装置包括由导热材料制成的装夹棒，所述金刚石与所述装夹棒黏合；
所述冷却装置包括冷却固定块和与所述冷却固定块连通的冷却管，所述装夹棒与所述冷却固定块紧密贴合；
所述冷却固定块上设有与所述装夹棒形状相适配的嵌槽，所述装夹棒嵌入所述嵌槽中与所述冷却固定块连接；
所述装夹装置包括用于固定所述装夹棒的U形定位块和顶杆，所述装夹装置设置在所述调节装置的安装板上，所述U形定位块与所述安装板固定连接，所述U形定位块上设有供所述装夹棒穿过的通槽，所述顶杆在所述装夹棒穿过所述通槽时卡住所述装夹棒以固定所述装夹棒；
所述装夹棒的侧面设有环形凹槽，所述顶杆与所述环形凹槽的底面相抵；
所述装夹装置、所述冷却装置和所述调节装置依次设置在所述驱动装置前端；
所述驱动装置包括径向移动机构和竖向移动机构，所述竖向移动机构包括与所述径向移动机构相连接的竖向导轨和限位机构；
所述调节装置与所述竖向导轨活动配合；
所述限位机构包括限位调节杆和限位板，所述限位板与所述调节装置固定连接，所述限位板和所述限位调节杆设置在所述竖向导轨上方，所述限位调节杆穿过所述限位板与所述竖向导轨的上表面相抵以调节设置在所述调节装置上的装夹装置的高度；
所述竖向导轨通过L形连接块与所述径向移动机构相连接，所述调节装置的两侧设有翘块，所述L形连接块上设有翘杆，所述翘杆包括短的前端部和长的后端部，所述前端部设置在所述翘块的下方，在所述后端部下压时带动所述翘块、所述调节装置和所述装夹装置快速上移。
2.如权利要求1所述的带冷却装置的金刚石装夹设备，其特征在于，所述冷却固定块上设有进口和出口，所述进口和所述出口在所述冷却固定块内形成冷却回路，所述冷却管的数量为两根，其中一根与所述进口连通，另一根与所述出口连通。
3.如权利要求1至2任一所述的带冷却装置的金刚石装夹设备，其特征在于，所述调节装置包括弧度微调平台和/或R轴微调平台。
4.如权利要求1所述的带冷却装置的金刚石装夹设备，其特征在于，所述后端部上设有用于悬挂砝码的连接部。
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