CN109454249B - 一种光学车刀及其切割方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种光学车刀。所述光学车刀包括刀柄和刀刃，所述刀柄为长方形结构，其一端为刀尖；所述刀刃设于所述刀柄上端且临近所述刀尖设置，其采用金刚石材料制成；所述刀刃其高度方向自所述刀尖依次设有第一倾斜部和第二倾斜部，所述第一倾斜部向远离刀尖方向且向上延伸，所述第二倾斜部自所述第一倾斜部向临近刀柄方向延伸。与相关技术相比，本发明提供的一种光学车刀耐磨性强，切排屑优良。本发明还提供一种加工上述光学车刀的切割方法。

Description

一种光学车刀及其切割方法
技术领域
本发明涉及光学技术领域，尤其涉及一种光学车刀及其切割方法。
背景技术
在光学领域中，非球面光学元件通常是由球面和非球面组成。球面一般采用传统加工，非球面首先采用传统加工方法加工比较接近球面后，然后采用先进制造技术——计算机数控加工进行非球面的切削磨抛。光学零件的毛坯，加工成透明的光学表面，无论是采用散粒磨料还是固着磨料加工，均需要三大基本工序——粗磨、精磨和抛光。该工序一般采用一把或无数把车刀，在非球面表面加工相互交叉式的研磨玻璃。
因此，光学车刀对其自身的硬度和精细度要求极高，有必要提供一种光学车刀及其切割方法来实现以上技术要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能满足精细化光学非球面加工的光学车刀及其切割方法。
本发明提供一种光学车刀，所述光学车刀包括：
刀柄，所述刀柄为长方形结构，其一端为刀尖；
刀刃，设于所述刀柄上端且临近所述刀尖设置，其采用金刚石材料制成；所述刀刃其高度方向自所述刀尖依次设有第一倾斜部和第二倾斜部，所述第一倾斜部向远离刀尖方向且向上延伸，所述第二倾斜部自所述第一倾斜部向临近刀柄方向延伸。
优选的，所述第二倾斜部与水平方向之间的夹角为前角，所述前角为25°；所述第一倾斜部与竖向方向之间的夹角为后角，所述后角为10°。
优选的，所述刀刃包括圆弧部、自所述圆弧部两端沿刀尖侧面平行延伸的侧面部，和连接于两所述侧面部的尾部，所述尾部呈U型结构。
优选的，所述后角为圆柱结构，所述圆弧部R为0.01~0.5mm。
优选的，两所述侧面部之间的夹角为35°。
优选的，所述刀刃与所述刀柄采用真空单边焊接方式或刀粒式组装方式连接。
优选的，所述刀柄采用钨钢材料制成。
本发明还提供一种加工上述光学车刀的切割方法，其包括以下步骤：
步骤一，制作刀柄，根据实际加工工件，将刀柄制作为直柄式结构，并将其一端加工为船头结构的刀尖；
步骤二，钻石原材料粗加工，将用于制作刀刃的金刚石原材料进行激光切割，先将其进行粗加工，形成圆弧部、侧面部和尾部；
步骤三，组装、焊接，将粗加工好的刀刃一侧面采用焊接方式焊接于所述刀柄的刀尖部位，或用刀粒式组装方式螺丝拧紧在所述刀尖部位；安装时，需要将所述刀刃金刚石的晶体方向与刀柄上表面法线方向对齐，将刀尖中心线与所述刀刃金刚石的晶体方向对齐；
步骤四，精加工刀刃，对所述刀刃口的晶体进行精细研磨，且研磨方向与晶体向外的法线方向保持一致；按实际加工工件形成，将刀刃的高度方向自所述刀柄依次形成第一倾斜部和第二倾斜部，且形成前角和后角，以及精磨圆弧部的R角；且让刀刃的两侧面部侧投影之间的夹角为14.71°，所述刀柄的前刀面宽度大于背刀面宽度；
步骤五，对所述光学车刀进行校准，且完成光学车刀的加工。
优选的，在所述步骤五中，采用二次元放大机器放大到250倍和1000倍进行校准。
与相关技术相比，本发明提供的光学车刀的所述刀柄采用钨钢材料制成，具有较强的耐磨性，基本是零刮损，其材料硬度接近天然钻石，不易磨损，且可以打磨成刀柄的形状；本发明还提供加工上述光学车刀的切割方法，采用将刀刃的金刚石晶体对齐刀柄法线和刀尖中心，再进行磨削的方法，在生产刀具过程中不仅可提高其生产效率和产品合格率，同时也提高了刀具本身的使用寿命和耐磨性。且该方法加工的光学车刀在100°范围内波纹度可以达到50nm以下，其高精度刀刃的圆弧部加工后的表面可达到RA0.1，耐磨性强，切排屑优良。
附图说明
图1为本发明提供的光学车刀的正视结构示意图；
图2为本发明提供的光学车刀的俯视结构示意图；
图3为本发明提供的光学车刀中的刀刃的侧视结构示意图；
图4为本发明提供的光学车刀切割方法的流程图；
图5为本发明提供的光学车刀的刀刃的金刚石晶体结构图；
图6为本发明提供的光学车刀的刀刃加工时刀具位置图；
图7为本发明提供的光学车刀的刀刃加工时刀具切割方向图（一）；
图8为本发明提供的光学车刀的刀刃加工时刀具切割方向图（二）。
具体实施方式
以下将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。为叙述方便，下文中如出现“上”、“下”、“左”、“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用。
请同时参阅图1和图2，其中，图1为本发明提供的光学车刀的正视结构示意图，图2为本发明提供的光学车刀的俯视结构示意图；所述光学车刀包括刀柄1和刀刃3。
所述刀柄1采用钨钢材料制成，其采用整体钨钢为基体，经过多道生产工序精加工而成。所述刀柄1采用优质碳化钨和钴粉料经配方配比混合后通过压制烧结制成，具有高硬度、高强度、高耐磨性和高弹性模量。
所述刀柄1为长方形结构，其一端为刀尖2，所述刀尖2为船头结构。
所述刀刃3采用真空单边焊接的方式或粒式组装方式螺丝拧紧在所述刀柄1上端且临近所述刀尖12设置。所述刀刃3采用金刚石材料制成。金刚石为晶体结构，其毛坯晶胞为方形结构。
如图1所示，所述刀刃3其高度方向自所述刀尖2依次设有第一倾斜部31和第二倾斜部32，所述第一倾斜部31向远离刀尖2方向且向上延伸，所述第二倾斜部32自所述第一倾斜部31向临近刀柄1方向延伸。
所述第二倾斜部32与水平方向之间的夹角为前角α，所述前角α为25°。所述第一倾斜部31与竖向方向之间的夹角为后角β，所述后角β为10°。一般情况下，后角大，后刀面磨损小，刀尖强度下降。小后角适用于高强度机械性质的工件材料，大后角适合较软或低强度的工件材料。所述后角β为圆柱结构。
如图2所示，所述刀刃3包括圆弧部33、自所述圆弧部33两端沿刀尖2侧面平行延伸的侧面部34，和连接于两所述侧面部34的尾部35，所述尾部35呈U型结构。所述圆弧部34的R为0.01~0.5mm。两所述侧面部俯视方向的投影之间的夹角λ为35°。
如图3所示，所述刀刃3的两所述侧面部34侧投影（竖向）之间的夹角δ为14.71，该图中，上端为前刀面，下端为后刀面。
如图4所示，本发明还提供一种加工上述光学车刀的切割方法，包括以下步骤：
步骤一，制作刀柄，根据实际加工工件，将刀柄制作为直柄式结构，并将其一端加工为船头结构的刀尖。
步骤二，钻石原材料粗加工，将用于制作刀刃的金刚石原材料进行激光切割，先将其进行粗加工，形成圆弧部、侧面部和尾部。
如图5所示，金刚石毛坯晶胞为方形结构，其中，100为方形的X轴方向，001为方形的Y轴方向，010为方形的Z轴方向。
步骤三，组装、焊接，将粗加工好的刀刃一侧面采用焊接方式焊接于所述刀柄的刀尖部位，或用刀粒式组装方式螺丝拧紧在所述刀尖部位；安装时，需要将所述刀刃金刚石的晶体方向与刀柄上表面法线方向对齐，将刀尖中心线与所述刀刃金刚石的晶体方向对齐；其组装误差小于0.1°。
步骤四，精加工刀刃，如图6所示，K为加工刀刃的刀具的前刀面， J为加工刀刃的刀具的后刀面，如图7所示，110为晶体的法线方向。当该加工刀刃的刀具沿110法线方向切割时，加工是比较困难的，其难度大；当沿100晶体X轴方向加工时，其加工难度大大降低。
如图8所示，所述刀柄上表面法线和晶体法线方向110方向基本一致，所述刀尖中心线方向和晶体X轴方向100一致，即晶体X轴方向100在晶体法线方向110的基础上面偏差0.1°。图8中点表示由晶体向外的法线方向。
按实际加工工件形成，将刀刃的高度方向自所述刀柄依次形成第一倾斜部和第二倾斜部，且形成前角和后角，以及精磨圆弧部的R角；且让刀刃的两侧面部竖向之间的夹角为14.71°，所述刀柄的前刀面宽度大于背刀面宽度。
步骤五，采用二次元放大机器放大到250倍和1000倍对所述光学车刀进行校准，且完成光学车刀的加工。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种光学车刀，其特征在于，包括：
刀柄，所述刀柄为长方形结构，其一端为刀尖；
刀刃，设于所述刀柄上端且临近所述刀尖设置，其采用金刚石材料制成；所述刀刃其高度方向自所述刀尖依次设有第一倾斜部和第二倾斜部，所述第一倾斜部向远离刀尖方向且向上延伸，所述第二倾斜部自所述第一倾斜部向临近刀柄方向延伸；
所述第二倾斜部与水平方向之间的夹角为前角，所述前角为25°；所述第一倾斜部与竖向方向之间的夹角为后角，所述后角为10°。
2.根据权利要求1所述的光学车刀，其特征在于，所述刀刃包括圆弧部、自所述圆弧部两端沿刀尖侧面平行延伸的侧面部，和连接于两所述侧面部的尾部，所述尾部呈U型结构。
3.根据权利要求2所述的光学车刀，其特征在于，所述后角为圆柱结构，所述圆弧部R为0.01~0.5mm。
4.根据权利要求2所述的光学车刀，其特征在于，两所述侧面部之间的夹角为35°。
5.根据权利要求1所述的光学车刀，其特征在于，所述刀刃与所述刀柄采用真空单边焊接方式或刀粒式组装方式连接。
6.根据权利要求1所述的光学车刀，其特征在于，所述刀柄采用钨钢材料制成。
7.一种加工如权利要求2所述的光学车刀的切割方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，制作刀柄，根据实际加工工件，将刀柄制作为直柄式结构，并将其一端加工为船头结构的刀尖；
步骤二，钻石原材料粗加工，将用于制作刀刃的金刚石原材料进行激光切割，先将其进行粗加工，形成圆弧部、侧面部和尾部；
步骤三，组装、焊接，将粗加工好的刀刃一侧面采用焊接方式焊接于所述刀柄的刀尖部位，或用刀粒式组装方式螺丝拧紧在所述刀尖部位；安装时，需要将所述刀刃金刚石的晶体方向与刀柄上表面法线方向对齐，将刀尖中心线与所述刀刃金刚石的晶体方向对齐；
步骤四，精加工刀刃，对所述刀刃口的晶体进行精细研磨，且研磨方向与晶体向外的法线方向保持一致；按实际加工工件形成，将刀刃的高度方向自所述刀柄依次形成第一倾斜部和第二倾斜部，且形成前角和后角，以及精磨圆弧部的R角；且让刀刃的两侧面部侧投影之间的夹角为14.71°，所述刀柄的前刀面宽度大于背刀面宽度；
步骤五，对所述光学车刀进行校准，且完成光学车刀的加工。
8.根据权利要求7所述的光学车刀的切割方法，其特征在于，在所述步骤五中，采用二次元放大机器放大到250倍和1000倍进行校准。
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