[发明专利]纳米氧化锆陶瓷材料微切工艺及设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种纳米氧化锆陶瓷材料的加工方法和机械，即一种纳米氧化 锆陶瓷材料微切工艺及设备。

背景技术

纳米氧化锆陶瓷材料是在氧化锆陶瓷材料的基础上加入纳米粒子而得到的 新型医用材料，广泛应用于口腔修复及生物关节制造等领域。目前，纳米氧化 锆医用陶瓷常用热压烧结制造成型，由于烧结过程常常带来变形和收缩，尺寸 精度和形状精度都难以控制，因此烧结的坯料还需要进行精加工才能制成医用 陶瓷制品。由于加工零件特征尺寸极小，一般在30-300微米之间，因而需要采 用微铣削设备进行加工。

微铣削属于微细加工技术，其加工精度极高，切削尺寸极其微细，现零件 尺寸已达毫米级、特征尺寸达微米级、铣刀直径在0.5mm以下，被称之为“介观 尺度”或“微纳尺度”，在复杂微三维结构的加工中具有独特的优势。可是， 现有的微切削设备还不能适应纳米氧化锆陶瓷材料的加工要求。现有微切削设 备主要有硅加工设备和超精密加工设备。超精密加工设备庞大、加工成本高。 硅加工设备材料有限、难以加工复杂3D形状产品，特别是纳米氧化锆陶瓷材料 的强度和硬度极高，而微铣削铣刀的刚性很差，难以满足切削的需要，导致加 工零件尺寸精度、形状精度以及表面质量不能满足临床要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种适于对纳米氧化锆陶瓷材料进行微铣削加工，特 别是能够降低切削难度，提高加工质量，满足医用材料要求的微切工艺。

本发明的另一目的是提供一种适于对纳米氧化锆陶瓷材料进行微铣削加工 的设备。

上述目的是由以下技术方案实现的：一种适于对纳米氧化锆陶瓷材料进行 微铣削加工的工艺，也是采用微铣削铣刀对纳米氧化锆陶瓷材料进行切削，其 特点是：在所说的切削过程中采用激光对切削点周围进行加热处理。

所说的激光加热处理，是用高功率激光束聚焦在切削刃前的工件表面，将 温度升高到600-1400℃，促使材料局部软化，降低切削阻力。

一种适于对纳米氧化锆陶瓷材料进行微铣削加工的设备，其特点是：在这 种设备的机架上设有装卡工件的六自由度并联平台，并装有与这个平台相对的 安装铣刀的电主轴和安装激光刀具的激光主轴。

所说的六自由度并联平台有定台板和动台板，定台板固定在机架的底座上， 动台板与定台板相对，定台板和动台板之间有六个伸缩杆相支撑，每个伸缩杆 的两端和定台板或动台板之间均通过万向节铰链连接。

所说的伸缩杆是由活塞杆和汽缸组成，汽缸尾端通过电磁阀和单向阀与气 压驱动装置相连，在汽缸的前端设有排气装置。在汽缸上设有位置检测传感器， 通过外接计数器与计算机控制系统相联系。汽缸尾端与定平台之间由球形万向 节7相铰接，活塞杆上端和动平台之间由球形万向节相铰接。

所说的电主轴是由电动机的输出轴与安装铣刀的主轴相连而成，主轴通过 前磁悬浮轴承、磁悬浮轴承、后磁悬浮轴承、以及前后两套陶瓷球轴承装配， 主轴装有轴向位移传感器和振动传感器，在铣刀和电动机附近均装有温度传感 器，电主轴内置脉冲编码器和冷却水循环系统。

所说的激光主轴里面装有内汽缸，内汽缸的塞杆外端铰链杠杆，杠杆与激 光刀具相连。

本发明的有益效果是：采用激光加热工艺解决了材料硬度高，切削困难的 问题。采用六自由度并联平台和电主轴等装置，可在计算机控制下，可以完成 纳米氧化锆陶瓷材料的微切削作业。上述设备是将传统的机械加工技术应用于 微制造领域的小型化机床设备，本身可以减少热变形误差，提高响应速度，达 到较高的精度；与现有硅加工设备和超精密机床相比，具有价格便宜、空间利 用率高、能源消耗小、生产成本低等优点。

附图说明

图1是一种实施例的主视图；

图2是这种实施例的左视图；

图3是这种实施例的部件平台的立体结构示意图；

图4是这种实施例的部件伸缩杆的主视图；

图5是这种实施例的部件电主轴的主视图；

图6是这种实施例的部件刀具卡盘的主视图；

图7是这种实施例的部件激光主轴的主视图。