CN110936506A - 一种dkdp晶体自动旋棒机及加工工艺 - Google Patents

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Abstract

一种DKDP晶体自动旋棒机及加工工艺，包括：机架；加工主轴，所述加工主轴安装在机架顶部，包括固定套和活动安装在固定套内的中空电主轴，中空电主轴底部安装刀头，中空电主轴带动刀头升降及旋转，所述刀头采用圆筒薄壁结构，用于晶棒的成型；加工平台，所述加工平台安装在机架底部，包括X轴移动平台、设在X轴移动平台上的Y轴移动平台、以及设在Y轴移动平台上的可调平台，所述可调平台用于固定晶体块并对DKDP晶体块进行调节；激光定位装置。通过自动化设备代替人工对DKDP晶体进行加工，加工效率高，圆柱体成型精度高，避免了材料浪费和损坏DKDP晶体，降低了加工成本。

Description

一种DKDP晶体自动旋棒机及加工工艺
技术领域：
本发明涉及DKDP晶体加工技术领域，尤其涉及一种DKDP晶体自动旋棒机及加工工艺。
背景技术：
磷酸二氘钾晶体(简称DKDP晶体)是磷酸二氢钾晶体(KH2PO4，简称KDP)的同位素晶体，是一种良好的非线性光学晶体。KDP/DKDP作为唯一一种可应用于惯性约束核聚变的非线性光学材料，决定着惯性约束核聚变的发展。DKDP晶体是将KDP晶体中的氢(H)原子用氘(D)原子置换而得到，比KDP晶体具有更高的非线性光学性能。DKDP晶体主要应用于激光器的电光调制，根据DKDP晶体电光系数高的特性制作性能优良的调制器件，其调制效果稳定，脉冲宽度小，适用范围广，已广泛应用于多个激光领域，包括美容、医疗、高速相机快门、军事和航天等激光领域。基于晶体结构具有空间排列上的三维周期性，每个晶体品种都能为它自身提供一套天然合理的包含三个晶轴的晶轴系，三个晶轴分别与反映结构三维周期性的基向量平行，可称作x轴、y轴与z轴，为了电光调制结构发挥更大的性能，DKDP晶体必须采用圆柱体结构，且根据应用领域的不同，圆柱体结构的轴向会选择性要求与x轴、y轴或z轴平行，以达到最佳使用效果。然而，由于DKDP晶体材料的特殊性，莫氏硬度为2.9，材料软脆性大，对温差的敏感度高，温差变化过大很容易破碎损坏，目前国内所有加工这类器件的厂家，都是采用原始加工工艺，如图1和2所示，先用切割机把晶体切割成长方体，然后手工把长方体晶体磨成八面体、十六面体，最后再用内部盛有石英砂26的V型槽24及压板25结构手工搓圆成型。这种加工方式存在以下缺点：
(1)效率低，操作熟练的工人也需要20分钟才能加工出一个圆柱体晶棒；
(2)圆柱体晶棒加工精度不够，很难保证晶棒的轴向与x轴、y轴或z轴的平行度，从而影响使用效果；
(3)材料浪费多，增加了生产成本；
(4)加工过程中很容易损坏DKDP晶体，且对工人技术水平要求非常高，加工人员必须培训半年时间才能做到。
综上，现有的加工方式严重制约了DKDP晶体的应用和发展，成为行业内亟需解决的技术难题。
发明内容：
本发明为了弥补现有技术的不足，提供了一种DKDP晶体自动旋棒机及加工工艺，通过自动化设备代替人工对DKDP晶体进行加工，加工效率高，圆柱体成型精度高，避免了材料浪费和损坏DKDP晶体，降低了加工成本，解决了现有技术中存在的问题。
本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：
一种DKDP晶体自动旋棒机，包括：
机架；
加工主轴，所述加工主轴安装在机架顶部，包括固定套和活动安装在固定套内的中空电主轴，中空电主轴底部安装刀头，中空电主轴带动刀头升降及旋转，所述刀头采用圆筒薄壁结构，用于晶棒的成型；
加工平台，所述加工平台安装在机架底部，包括X轴移动平台、设在X轴移动平台上的Y轴移动平台、以及设在Y轴移动平台上的可调平台，所述可调平台用于固定晶体块并对DKDP晶体块进行调节；
激光定位装置，所述激光定位装置包括安装在机架上的竖直激光器和水平激光器，用于对DKDP晶体块的X轴和Y轴进行定位；
油冷系统，用于对刀头的外侧和内侧进行降温。
所述中空电主轴的一侧外表面设有齿条，齿条与安装在固定套外侧的电机轴端的齿轮啮合相连，用于带动中空电主轴上下升降。
所述刀头采用钨钢圆筒薄壁结构，内外表面镀有金刚石薄膜层。
所述刀头的壁厚为0.3-0.5mm。
所述X轴移动平台通过电机和丝杠带动在机架上的直线导轨上移动，所述Y轴移动平台通过电机和丝杠带动在X轴移动平台上的直线导轨上移动，所述可调平台固定在Y轴移动平台上。
所述可调平台包括固定座和调节座，固定座上的弧形槽与调节座的弧形底部配合安装，所述调节座的底部设有弧形调节齿，弧形调节齿与安装在固定座内的千分棍啮合相连，用于对调节座进行微调。
所述调节座内设有若干真空吸附孔，若干真空吸附孔通过管路连接设在调节座外侧的真空泵，用于将DKDP晶体块真空吸附固定。
所述油冷系统包括设在机架底部的油槽，加工平台外侧的机架上设有通向油槽一侧的回油管，油槽另一侧设有油泵，油泵通过管路分别将冷却油通向中空电主轴内对刀头内侧降温和对刀头外侧进行降温，油槽中间设有若干过滤板。
所述机架底部设有减震垫。
一种DKDP晶体的加工工艺，包括如下步骤：
S1：选取长方体或正方体DKDP晶体块；
S2：通过X射线定向仪对选取的DKDP晶体块进行检测，确定出DKDP晶体块的晶轴的x轴、y轴与z轴，并用记号笔进行标注；
S3：将DKDP晶体块放置在加工平台上，根据应用领域要求，选择将x轴、y轴或z轴朝上放置，然后通过加工平台将DKDP晶体块固定；
S4：通过激光定位装置对加工平台上的DKDP晶体块的垂直度和水平度进行定位，并通过加工平台对DKDP晶体块进行微调，保证垂直度的误差低于15′；
S5：调节完成后，通过加工主轴带动圆筒薄壁结构的刀头旋转和升降，对DKDP晶体块进行加工；
S6：加工过程中，通过油冷系统对刀头进行降温处理；
S7：刀头旋转并下降将DKDP晶体块切穿，退出刀头后即可制得一个DKDP圆柱体晶棒；
S8：通过PLC控制加工主轴带动刀头对整个DKDP晶体块加工完成，将所有DKDP圆柱体晶棒取出即可获得所需成品。
本发明采用上述方案，具有如下有益效果：
(1)效率高，只需3分钟即可加工出一个圆柱体晶棒；
(2)加工精度高，保证了晶棒的轴向与x轴、y轴或z轴的平行度，以达到最佳使用效果；
(3)材料的利用率高，避免了材料浪费，降低了生产成本；
(4)加工过程中不会损坏DKDP晶体，稳定性、精度、可控性都可达到国家标准要求，新员工经过几天培训就可以独立完成。
附图说明：
图1为现有技术中把原材料晶体切割成长方体的结构示意图。
图2为现有技术中V型槽及压板的结构示意图。
图3为本发明的结构示意图。
图4为本发明的旋棒机在原材料晶体加工后的结构示意图。
图中，1、DKDP晶体块，2、机架，3、固定套，4、中空电主轴，5、刀头，6、X轴移动平台，7、Y轴移动平台，8、竖直激光器，9、水平激光器，10、齿条，11、齿轮，12、固定座，13、调节座，14、弧形调节齿，15、千分棍，16、真空吸附孔，17、真空泵，18、油槽，19、回油管，20、油泵，21、过滤板，22、减震垫，23、V型槽，24、压板，25、石英砂，26、圆柱体晶棒。
具体实施方式：
为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本发明进行详细阐述。
如图3-4所示，一种DKDP晶体自动旋棒机，包括：
机架2；
加工主轴，所述加工主轴安装在机架顶部，包括固定套3和活动安装在固定套3内的中空电主轴4，中空电主轴4底部安装刀头5，中空电主轴4带动刀头5升降及旋转，所述刀头5采用圆筒薄壁结构，用于晶棒的成型；
加工平台，所述加工平台安装在机架底部，包括X轴移动平台6、设在X轴移动平台6上的Y轴移动平台7、以及设在Y轴移动平台7上的可调平台，所述可调平台用于固定晶体块并对DKDP晶体块1进行调节；
激光定位装置，所述激光定位装置包括安装在机架上的竖直激光器8和水平激光器9，用于对DKDP晶体块1的X轴和Y轴进行定位；
油冷系统，用于对刀头5的外侧和内侧进行降温。
所述中空电主轴4的一侧外表面设有齿条10，齿条10与安装在固定套外侧的电机轴端的齿轮11啮合相连，用于带动中空电主轴4上下升降。
所述刀头5采用钨钢圆筒薄壁结构，内外表面镀有金刚石薄膜层；所述刀头5的壁厚为0.3-0.5mm。刀头5薄而锋利，且硬度可到金刚石级别，在对晶体的切割过程中，易于进刀，可防止对晶体造成损坏。
所述X轴移动平台6通过电机和丝杠带动在机架上的直线导轨上移动，所述Y轴移动平台7通过电机和丝杠带动在X轴移动平台6上的直线导轨上移动，所述可调平台固定在Y轴移动平台7上；实现可调平台在X轴、Y轴方向的移动。
所述可调平台包括固定座12和调节座13，固定座12上的弧形槽与调节座13的弧形底部配合安装，所述调节座的底部设有弧形调节齿14，弧形调节齿14与安装在固定座内的千分棍15啮合相连，用于对调节座14进行微调。
所述调节座14内设有若干真空吸附孔16，若干真空吸附孔16通过管路连接设在调节座14外侧的真空泵17，用于将DKDP晶体块1真空吸附固定。
所述油冷系统包括设在机架底部的油槽18，加工平台外侧的机架上设有通向油槽一侧的回油管19，油槽另一侧设有油泵20，油泵20通过管路分别将冷却油通向中空电主轴4内对刀头5内侧降温和对刀头5外侧进行降温，油槽18中间设有若干过滤板21。
所述机架2底部设有减震垫22，加工时减少震动造成的影响，提高加工精度。
一种DKDP晶体的加工工艺，包括如下步骤：
S1：选取长方体或正方体DKDP晶体块；
S2：通过X射线定向仪对选取的DKDP晶体块进行检测，确定出DKDP晶体块的晶轴的x轴、y轴与z轴，并用记号笔进行标注；
S3：将DKDP晶体块放置在加工平台的调节座上，根据应用领域要求，选择将x轴、y轴或z轴朝上放置，然后通过真空泵抽取真空将DKDP晶体块吸附固定；
S4：通过竖直激光器8和水平激光器9对加工平台上的DKDP晶体块的垂直度和水平度进行定位，并通过转动千分棍15带动调节座旋转对DKDP晶体块进行微调，保证垂直度的误差低于15′；
S5：调节完成后，通过加工主轴带动圆筒薄壁结构的刀头旋转和升降，对DKDP晶体块进行加工；
S6：加工过程中，通过油冷系统对刀头进行降温处理，具体过程如下：
油泵将冷却油通过管路一方面泵入中空电主轴内，对刀头内侧进行降温，另一方面，油泵将冷却油通过管路向刀头外侧进行喷射，加工过程中通过冷却油同时对刀头内侧和外侧进行降温，温度控制在25-30度之间，避免刀头过热将晶体损坏。冷却油经回油管回流至油槽内，然后经过两道过滤板的过滤，将固体渣滓过滤掉，冷却油可循环利用，通过室内温度对冷却油进行温度控制即可；
S7：刀头旋转并下降将DKDP晶体块切穿，下降不宜过快，应慢速下降，避免将晶体损坏，下降距离可通过PLC根据电机的实际转数进行精确控制，切穿后退出刀头后即可制得一个DKDP圆柱体晶棒；
S8：通过PLC控制加工主轴带动刀头对整个DKDP晶体块加工完成，真空泵停止工作解除真空吸附，然后将所有DKDP圆柱体晶棒取出即可获得所需成品。
上述具体实施方式不能作为对本发明保护范围的限制，对于本技术领域的技术人员来说，对本发明实施方式所做出的任何替代改进或变换均落在本发明的保护范围内。
本发明未详述之处，均为本技术领域技术人员的公知技术。

Claims (10)

1.一种DKDP晶体自动旋棒机，其特征在于：包括：
机架；
加工主轴，所述加工主轴安装在机架顶部，包括固定套和活动安装在固定套内的中空电主轴，中空电主轴底部安装刀头，中空电主轴带动刀头升降及旋转，所述刀头采用圆筒薄壁结构，用于晶棒的成型；
加工平台，所述加工平台安装在机架底部，包括X轴移动平台、设在X轴移动平台上的Y轴移动平台、以及设在Y轴移动平台上的可调平台，所述可调平台用于固定晶体块并对DKDP晶体块进行调节；
激光定位装置，所述激光定位装置包括安装在机架上的竖直激光器和水平激光器，用于对DKDP晶体块的X轴和Y轴进行定位；
油冷系统，用于对刀头的外侧和内侧进行降温。
2.根据权利要求1所述的一种DKDP晶体自动旋棒机，其特征在于：所述中空电主轴的一侧外表面设有齿条，齿条与安装在固定套外侧的电机轴端的齿轮啮合相连，用于带动中空电主轴上下升降。
3.根据权利要求1所述的一种DKDP晶体自动旋棒机，其特征在于：所述刀头采用钨钢圆筒薄壁结构，内外表面镀有金刚石薄膜层。
4.根据权利要求3所述的一种DKDP晶体自动旋棒机，其特征在于：所述刀头的壁厚为0.3-0.5mm。
5.根据权利要求1所述的一种DKDP晶体自动旋棒机，其特征在于：所述X轴移动平台通过电机和丝杠带动在机架上的直线导轨上移动，所述Y轴移动平台通过电机和丝杠带动在X轴移动平台上的直线导轨上移动，所述可调平台固定在Y轴移动平台上。
6.根据权利要求1所述的一种DKDP晶体自动旋棒机，其特征在于：所述可调平台包括固定座和调节座，固定座上的弧形槽与调节座的弧形底部配合安装，所述调节座的底部设有弧形调节齿，弧形调节齿与安装在固定座内的千分棍啮合相连，用于对调节座进行微调。
7.根据权利要求6所述的一种DKDP晶体自动旋棒机，其特征在于：所述调节座内设有若干真空吸附孔，若干真空吸附孔通过管路连接设在调节座外侧的真空泵，用于将DKDP晶体块真空吸附固定。
8.根据权利要求1所述的一种DKDP晶体自动旋棒机，其特征在于：所述油冷系统包括设在机架底部的油槽，加工平台外侧的机架上设有通向油槽一侧的回油管，油槽另一侧设有油泵，油泵通过管路分别将冷却油通向中空电主轴内对刀头内侧降温和对刀头外侧进行降温，油槽中间设有若干过滤板。
9.根据权利要求1所述的一种DKDP晶体自动旋棒机，其特征在于：所述机架底部设有减震垫。
10.一种DKDP晶体的加工工艺，其特征在于：包括如下步骤：
S1：选取长方体或正方体DKDP晶体块；
S2：通过X射线定向仪对选取的DKDP晶体块进行检测，确定出DKDP晶体块的晶轴的x轴、y轴与z轴，并用记号笔进行标注；
S3：将DKDP晶体块放置在加工平台上，根据应用领域要求，选择将x轴、y轴或z轴朝上放置，然后通过加工平台将DKDP晶体块固定；
S4：通过激光定位装置对加工平台上的DKDP晶体块的垂直度和水平度进行定位，并通过加工平台对DKDP晶体块进行微调，保证垂直度的误差低于15′；
S5：调节完成后，通过加工主轴带动圆筒薄壁结构的刀头旋转和升降，对DKDP晶体块进行加工；
S6：加工过程中，通过油冷系统对刀头进行降温处理；
S7：刀头旋转并下降将DKDP晶体块切穿，退出刀头后即可制得一个DKDP圆柱体晶棒；
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