激光原位辅助机械刻划硬脆材料的装置及方法

摘要

本发明提供了激光原位辅助机械刻划硬脆材料的装置，包括用于对硬脆材料进行刻划作业的带有锥体刀头的透明金刚石颗粒、沿轴线开设有通孔的刀柄及刀座、通入通孔内的内嵌式光纤激光，所述刀座顶面固定连接于刀柄底部，所述刀座底部一侧开设有与透明金刚石颗粒相对应的容纳槽，所述透明金刚石颗粒顶面固定连接于容纳槽内顶面且透明金刚石颗粒顶面形成水平定位面，所述光钎激光穿过刀柄、刀座照射在透明金刚石颗粒的水平定位面上并在透明金刚石颗粒锥体刀头的底部形成聚焦点。本发明还提供该装置的加工方法。本发明利用激光对被刻划硬脆材料区域进行原位能量作用，达到软化硬脆材料的目的，进而提高硬脆材料刻划加工的质量。

权利要求

1.激光原位辅助机械刻划硬脆材料的装置，其特征在于，包括用于对硬脆材料进行刻划作业的带有锥体刀头的透明金刚石颗粒、沿轴线开设有通孔的刀柄及刀座、通入通孔内的内嵌式光纤激光，所述刀座顶面固定连接于刀柄底部，所述刀座底部一侧开设有与透明金刚石颗粒相对应的容纳槽，所述透明金刚石颗粒顶面固定连接于容纳槽内顶面且透明金刚石颗粒顶面形成水平定位面，所述光纤激光穿过刀柄、刀座照射在透明金刚石颗粒的水平定位面上并在透明金刚石颗粒锥体刀头的底部形成聚焦点。

2.根据权利要求1所述的激光原位辅助机械刻划硬脆材料的装置，其特征在于：所述透明金刚石颗粒侧面钎焊于刀座容纳槽的侧壁上。

3.激光原位辅助机械刻划硬脆材料的方法，其特征在于，包括：

(1)在刀座上开设与透明金刚石颗粒相对应的容纳槽，将带有锥体刀头的透明金刚石颗粒固定于刀座的容纳槽，透明金刚石颗粒的顶面形成透明金刚石颗粒与容纳槽接触的水平定位面；

(2)将刀座固定于刀柄底部，并沿着轴向在刀柄及刀座上开设通孔，然后向通孔通入内嵌式光纤激光；

(3)光纤激光穿过刀柄、刀座正对透明金刚石颗粒的水平定位面，并通过透明金刚石颗粒照射在透明金刚石颗粒的锥体刀头底部，形成激光聚焦点，借助锥体的光学作用实现激光对被刻划硬脆材料区域进行原位能量作用，达到软化硬脆材料的目的。

说明书

激光原位辅助机械刻划硬脆材料的装置及方法

技术领域

[0001] 本发明涉及硬脆材料的机械刻划技术领域，具体是涉及激光原位辅助机械刻划硬脆材料的装置及方法。

背景技术

[0002] 目前针对硬脆材料的机械刻划方法常常由于被加工材料的硬脆特性而导致刻划加工质量不好，而且被加工材料的硬脆特性会对机械刻划所用的金刚石刀具造成损伤，进
而影响刻划加工质量的稳定。为了解决这种问题，现有技术中提供了激光辅助机械刻划的
方法，即在刀具前端或后端施加热量，进而软化材料的硬脆特性，从而提高切削加工的质
量。但是此种方法难以使激光能量传输到刀具与材料的接触面，而且有时激光能量会和外
围的切削冷却液、润滑液和切屑等产生干涉，从而难以起到有效作用。

发明内容

[0003] 本发明的目的是提供一种激光原位辅助机械刻划硬脆材料的装置及方法，用以克服上述不足。

[0004] 为解决上述技术问题，本发明提供以下技术方案：激光原位辅助机械刻划硬脆材料的装置，包括用于对硬脆材料进行刻划作业的带有锥体刀头的透明金刚石颗粒、沿轴线
开设有通孔的刀柄及刀座、通入通孔内的内嵌式光纤激光，所述刀座顶面固定连接于刀柄
底部，所述刀座底部一侧开设有与透明金刚石颗粒相对应的容纳槽，所述透明金刚石颗粒
顶面固定连接于容纳槽内顶面且透明金刚石颗粒顶面形成水平定位面，所述光纤激光穿过
刀柄、刀座照射在透明金刚石颗粒的水平定位面上并在透明金刚石颗粒锥体刀头的底部形
成聚焦点。

[0005] 在上述方案基础上优先，所述透明金刚石颗粒侧面钎焊于刀座容纳槽的侧壁上。

[0006] 激光原位辅助机械刻划硬脆材料的方法，包括：

[0007] (1)在刀座上开设与透明金刚石颗粒相对应的容纳槽，将带有锥体刀头的透明金刚石颗粒固定于刀座的容纳槽，透明金刚石颗粒的顶面形成透明金刚石颗粒与容纳槽接触
的水平定位面；

[0008] (2)将刀座固定于刀柄底部，并沿着轴向在刀柄及刀座上开设通孔，然后向通孔通入内嵌式光纤激光；

[0009] (3)光纤激光穿过刀柄、刀座正对透明金刚石颗粒的水平定位面，并通过透明金刚石颗粒照射在透明金刚石颗粒的锥体刀头底部，形成激光聚焦点，借助锥体的光学作用实
现激光对被刻划硬脆材料区域进行原位能量作用，达到软化硬脆材料的目的。

[0010] 本发明与现有技术相比具有的有益效果是：本发明利用内嵌式光纤激光穿过刀柄、刀座正对透明金刚石颗粒的水平定位面，并通过透明金刚石颗粒照射在透明金刚石颗
粒的锥体刀头底部，形成激光聚焦点，借助锥体的光学作用实现激光对被刻划硬脆材料区
域进行原位能量作用，达到软化硬脆材料的目的，进而提高硬脆材料刻划加工的质量。

附图说明

[0011] 图1为本发明结构示意图。

[0012] 图中标号为：1-透明金刚石颗粒，2-锥体刀头，3-刀柄，4-刀座，5-容纳槽，6-水平定位面，7-光纤激光，8-聚焦点，9-硬脆材料。

具体实施方式

[0013] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

[0014] 在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，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、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

[0015] 参照图1可知，激光原位辅助机械刻划硬脆材料的装置，包括用于对硬脆材料9进行刻划作业的带有锥体刀头2的透明金刚石颗粒1、沿轴线开设有通孔的刀柄3及刀座4、通
入通孔内的内嵌式光纤激光7，所述刀座4顶面固定连接于刀柄3底部，所述刀座4底部一侧
开设有与透明金刚石颗粒1相对应的容纳槽5，所述透明金刚石颗粒1顶面固定连接于容纳
槽5内顶面且透明金刚石颗粒1顶面形成透明金刚石颗粒1与刀座4接触的水平定位面6，透
明金刚石颗粒1侧面钎焊于刀座4容纳槽5的侧壁上；所述光纤激光7穿过刀柄3、刀座4照射
在透明金刚石颗粒1的水平定位面6上并在透明金刚石颗粒1锥体刀头2的底部形聚焦点8。

[0016] 其方法为：

[0017] (1)在刀座4上开设与透明金刚石颗粒1相对应的容纳槽5，将带有锥体刀头2的透明金刚石颗粒1固定于刀座4的容纳槽5内，透明金刚石颗粒1的顶面形成透明金刚石颗粒1
与容纳槽5接触的水平定位面6；

[0018] (2)将刀座4固定于刀柄3底部，并沿着轴向在刀柄3及刀座4上开设通孔，然后向通孔通入内嵌式光纤激光7；其中，光纤激光7的通光孔径、功率和波长等参数根据透明金刚石颗粒1及被刻划硬脆材料9的具体工艺条件来确定；

[0019] (3)光纤激光7穿过刀柄3、刀座4正对透明金刚石颗粒1的水平定位面6，并通过透明金刚石颗粒1照射在透明金刚石颗粒1的锥体刀头2底部，形成激光聚焦点8，借助锥体的
光学作用实现激光对被刻划硬脆材料区域进行原位能量作用，达到软化硬脆材料9的目的，进而提高硬脆材料刻划加工的质量。

[0020] 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。