本发明专利技术属于超精密切削加工技术领域，具体涉及一种金刚石刀具装置。包括：金刚石刀具，刀架，其中，金刚石刀具具有：电极；掺硼单晶金刚石层，受热后其电阻随温度的改变而变化，用于感知切削微区的温度；以及单晶金刚石层，与掺硼单晶金刚石层之间通过原子间相互作用进行键合；刀架具有：本体，内部设有温度采集电路板及电源，上盖板，设置有与温度采集电路板电连接的恒流源换挡按键；电极通过导线与温度采集电路板相连，金刚石刀具的刃口部分设置在单晶金刚石层上。由于本发明专利技术具有掺硼单晶金刚石层，其在受热后其电阻随温度的改变而产生变化，从而能够在工作过程中感知切削微区的温度，可以用于单点金刚石车削加工过程切削区域温度在线测量。温度在线测量。温度在线测量。
【技术实现步骤摘要】
一种金刚石刀具装置
[0001]本专利技术属于超精密切削加工
，具体涉及一种金刚石刀具装置。
技术介绍
[0002]单点金刚石车削凭借加工精度高、重复性好、加工效率高等优点成为超精密加工领域的重要手段，广泛应用在光学自由表面(透镜、反射镜、窗口、激光元件)、微纳结构表面(微透镜阵列、微棱镜阵列、复眼微结构阵列)、精密磨具等制造过程中。
[0003]切削过程伴随着复杂的热力耦合相互作用，切削温度是衡量加工表面尺寸、形状精度、切削颤振、刀具磨损等切削状态的重要指标。通过实时感知切削温度的大小，可以有效实现对切削状态的在线监测，从而保障并优化加工过程。
[0004]目前，常用的切削温度在线测量方法有热电偶接触式及红外非接触式两类。其中，应用红外热成像法进行切削温度测量时会出现切屑对切削区域遮挡，切削温度无法连续监测，以及受限于红外仪器的空间分辨率无法测量切削尺度在微纳米量级的切削区域温度等问题。薄膜热电偶接触式测温在应用时存在传感器薄膜制备工艺过程复杂，镀膜质量稳定性差，以及薄膜电极与刀具本体之间绝缘性难以控制等问题。此外，薄膜热电偶的两电极与金刚石刀尖位置之间存在一定距离，无法满足精密切削加工准切削区域温度的在线测量要求。
[0005]单点金刚石超精密切削过程中，微纳米切削尺度下的切削微区温升较小且变化迅速，因此对于切削区域温度测量有着高灵敏度、快响应速度、高空间分辨率的严格要求，因此，有必要研究一种适用于单点金刚石车削加工过程切削区域温度在线测量的装置。
技术实现思路
[0006]本专利技术的目的是提供一种金刚石刀具装置，其可通过设置在金刚石刀具上的掺硼单晶金刚石层来对目标物的切削微区的温度进行在线测量。
[0007]本专利技术采用了如下技术方案：
[0008]一种金刚石刀具装置，具有这样的特征，用于对目标物进行切削并对所述目标物的切削微区的温度进行在线测量，包括：金刚石刀具，刀架，用于安装所述金刚石刀具，其中，所述金刚石刀具具有：电极；掺硼单晶金刚石层，受热后其电阻随温度的改变而变化，用于感知所述切削微区的温度；以及单晶金刚石层，与所述掺硼单晶金刚石层之间通过原子间相互作用进行键合；所述刀架具有：本体，内部设有温度采集电路板及电源，上盖板，盖设在所述本体的上侧，并设置有与所述温度采集电路板电连接的恒流源换挡按键；所述电极通过导线与所述温度采集电路板相连，所述金刚石刀具的刃口部分设置在所述单晶金刚石层上。
[0009]在本专利技术提出的金刚石刀具装置中，还具有这样的特征，其中，所述单晶金刚石层包括位于所述掺硼单晶金刚石层上表层的上单晶金刚石层以及位于所述掺硼单晶金刚石层下表层的下单晶金刚石层，所述上单晶金刚石层、所述掺硼单晶金刚石层及所述下单晶
金刚石层通过微波等离子体辅助化学气相沉积分层一次性合成。
[0010]在本专利技术提出的金刚石刀具装置中，还具有这样的特征，其中，所述上单晶金刚石层、所述掺硼单晶金刚石层及所述下单晶金刚石层的厚度分别为300μm、200μm、500μm，三者层与层边界之间通过碳
‑
碳化学键、硼
‑
碳化学键、硼
‑
硼化学键产生原子间相互作用进行连接。
[0011]在本专利技术提出的金刚石刀具装置中，还具有这样的特征，其中，所述掺硼单晶金刚石层的硼掺杂浓度为15ppm。
[0012]在本专利技术提出的金刚石刀具装置中，还具有这样的特征，还包括：托架，用于将所述金刚石刀具安装到所述刀架上，所述金刚石刀具钎焊在所述托架上；所述托架上还设置有陶瓷刀托盖及限位块，所述限位块上开设有用于安装所述电极的Y字型槽，所述陶瓷刀托盖盖设在所述限位块的顶部；所述陶瓷刀托盖及所述托架通过固定件与所述刀架相连。
[0013]在本专利技术提出的金刚石刀具装置中，还具有这样的特征，其中，所述电极的一端与所述金刚石刀具的侧面相连，另一端通过银导线连接至所述温度采集电路板，所述电极为由平衡磁控溅射方法形成，并含有：Mo电极，与所述掺硼单晶金刚石层的侧边连接，Au层，覆盖在所述Mo电极的表层上。
[0014]在本专利技术提出的金刚石刀具装置中，还具有这样的特征，其中，所述刀架还具有下盖板，位于所述本体的下侧，所述上盖板与所述本体、所述下盖板与所述本体均通过连接件相连，所述本体内部开设有安装腔，安装腔内设置有所述温度采集电路板及电源，所述温度采集电路板及电源之间通过导线相连。
[0015]在本专利技术提出的金刚石刀具装置中，还具有这样的特征，其中，所述温度采集电路板上设置有若干不同数值的恒流源输出接口，均与所述恒流源换挡按键电连接，通过按压所述恒流源换挡按键来调节恒流源输出值。
[0016]在本专利技术提出的金刚石刀具装置中，还具有这样的特征，其中，所述温度采集电路板上设置有STM 32处理器模块，通过该处理器模块与上位机之间蓝牙无线传输采集到的温度信号，采样频率为500Hz。
[0017]在本专利技术提出的金刚石刀具装置中，还具有这样的特征，其中，所述温度采集电路板上设置有LED显示屏，所述上盖板上设有供所述LED显示屏外露的显示槽，所述LED显示屏用于显示实时温度信号值、电池剩余电量及电流源输入值。
[0018]专利技术作用与效果
[0019]根据本专利技术的金刚石刀具装置，由于金刚石刀具具有掺硼单晶金刚石层，其在受热后其电阻随温度的改变而产生变化，从而能够在工作过程中感知切削微区的温度，可以用于单点金刚石车削加工过程切削区域温度在线测量；此外，金刚石刀具依靠掺硼单晶金刚石层作为感温传感器，相比以刀具整体作为温度传感器来说，传感器尺寸显著缩小，有效降低温度传感器的热容量，显著提高了温度响应速度；而金刚石刀具的刃口部分由不掺硼的单晶金刚石合成，因此在加工导电材料时不影响刀具感温层的电阻值，不干扰温度测量，应用场景更为广泛。
[0020]并且，本专利技术的金刚石刀具通过微波等离子体辅助化学气相沉积分层一次性合成，使硼掺杂均匀性提高，刀具机械性能提升。
附图说明
[0021]图1是本专利技术金刚石刀具装置的结构图。
[0022]图2是本专利技术金刚石刀具的结构成分示意图。
[0023]图3是本专利技术金刚石刀具装置的结构爆炸图。
[0024]图4是本专利技术电极与金刚石刀具的连接结构示意图。
[0025]图5是本专利技术电极与金刚石刀具的连接结构爆炸图。
[0026]图6是本专利技术金刚石刀具装置的底部视图。
[0027]附图标记：金刚石刀具装置10、金刚石刀具1、电极11、硅胶块111、掺硼单晶金刚石层12、上单晶金刚石层13、下单晶金刚石层14、陶瓷刀托盖15、贯通孔151、61、限位块16、Y字型槽161、刀架2、本体21、安装腔211、安装平台212、安装孔213、上盖板22、显示槽221、下盖板23、固定孔位231、温度采集电路板3、电源4、恒流源换挡按键5、托架6、固定件7、连接件8、LED显示屏9。
具体实施方式
[0028]为了使本专利技术实本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种金刚石刀具装置，其特征在于，用于对目标物进行切削并对所述目标物的切削微区的温度进行在线测量，包括：金刚石刀具(1)，刀架(2)，用于安装所述金刚石刀具(1)，其中，所述金刚石刀具(1)具有：电极(11)；掺硼单晶金刚石层(12)，受热后其电阻随温度的改变而变化，用于感知所述切削微区的温度；以及单晶金刚石层，与所述掺硼单晶金刚石层(12)之间通过原子间相互作用进行键合；所述刀架(2)具有：本体(21)，内部设有温度采集电路板(3)及电源(4)，上盖板(22)，盖设在所述本体(21)的上侧，并设置有与所述温度采集电路板(3)电连接的恒流源换挡按键(5)；所述电极(11)通过导线与所述温度采集电路板(3)相连，所述金刚石刀具(1)的刃口部分设置在所述单晶金刚石层上。2.根据权利要求1所述的金刚石刀具装置，其特征在于，其中，所述单晶金刚石层包括位于所述掺硼单晶金刚石层(12)上表层的上单晶金刚石层(13)以及位于所述掺硼单晶金刚石层(12)下表层的下单晶金刚石层(14)，所述上单晶金刚石层(13)、所述掺硼单晶金刚石层(12)及所述下单晶金刚石层(14)通过微波等离子体辅助化学气相沉积分层一次性合成。3.根据权利要求2所述的金刚石刀具装置，其特征在于，其中，所述上单晶金刚石层(13)、所述掺硼单晶金刚石层(12)及所述下单晶金刚石层(14)的厚度分别为300μm、200μm、500μm，三者层与层边界之间通过碳
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碳化学键、硼
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碳化学键、硼
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硼化学键产生原子间相互作用进行连接。4.根据权利要求2所述的金刚石刀具装置，其特征在于，其中，所述掺硼单晶金刚石层(12)的硼掺杂浓度为15ppm。5.根据权利要求1
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4任意一项所述的金刚石刀具装置，其特征在于，还包括：托架(6)，用于将所述金刚石刀具(1)安装到所述刀架(2)上，所述金刚石刀具(1)钎焊在所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈远流，刘士荃，安亮，尹健，周晓华，张露，魏中华，杜姗，吴晓峰，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：
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