随着工业自动化技术的发展和精密加工需求的提高，作为纳米技术核心的超精密加工技术得到了不断的改进，从而推动了微型机械、微机电系统、表面工程、微结构加工、生物工程与半导体产业等各种新学科朝着精密化方向发展。小模数齿轮是指模数≤1mm 的齿轮，小模数齿轮作为一种重要的传动元件，其加工和检测变得日益重要。对小模数齿轮常利用接触式微球头测针进行精密测量，可检测齿距偏差、齿廓偏差、螺旋线偏差等参数。接触式测针微球头夹具作为钨钢测针微球头的关键加工工具，对于小模数齿轮的精密 加工和检测具有重要意义。
目前国内在加工直径100μm 以下的接触式钨钢测针微球头中存在测针的夹持与垂直度精度控制不够、针尖与垂直激光斑点定位不准等技术难点。为弥补在垂直激光束加工钨钢测针微球头过程中针尖加工不均匀、所加工微球头圆度不高等问题，设计了专用定位夹具。
1、垂直激光束烧蚀加工微球头
接触式测针微球头
所加工的钨钢测针零件结构示意图如图1所示，在进行垂直激光烧蚀试验过程中，需将总长28mm 的针件竖直固定在加工平台正下方，在测针尖端加工微球头。
接触式测针微球头常用材料为 WC-Co(碳化钨-钴)，是一种常见的硬质合金，具有优异的硬度和抗热疲劳性，该类材料通常表现出兼顾硬度、耐磨性与强韧性的优异力学特征，同时还具有高温红硬性、抗氧化腐蚀性等特殊性能。当 WC-Co类硬质合金中 WC 相晶粒尺寸为超细/纳米级(≤0.5μm)时，能有效克服传统硬质合金中硬度和韧性之间相互矛盾以及较大脆性和加工软化等问题，且具有较高的硬度和韧性。
垂直激光束烧蚀微球头加工问题分析
垂直激光束烧蚀加工微球头是一种常见的微加工技术，它可以用于制作微型光学器件、微流体器件等。将激光束垂直照射到材料表面，通过调节激光照射参数，控制加热时间和功率，逐步去除材料，形成微球头的形状。此次试验采用钨钢(碳化钨-钴)制作测针微球头，实验室所用激光加工仪器为 BC-2900铟尼镭斯激光加工平台，如图2所示。
在对钨钢测针进行微球头加工的试验过程中，通过多次的参数调节、位置调整以及加工形状的改变，在超景深显微镜的观测下得到了测针微球头试样。
在进行激光烧蚀实际加工时，存在以下问题：①测针的夹持与垂直放置难以精确控制;②针尖与垂直激光斑点定位不准;③测针针尖受力面不均匀和微球头圆度不高等。
2、小模数齿轮接触式钨钢测针微球头夹具整体设计
为解决上述问题，设计了小模数齿轮接触式钨钢测针微球头夹具。
所设计的夹具其主要目的是解决夹持与定位两大问题，在此基础上进一步提高所加工微球头的精度与圆度，夹具的功能包括：钨钢测针的夹持，激光束与加工面的定位，加工过程的实时观测，辅助加工提高精度。所设计的小模数齿轮接触式钨钢测针微球头夹具如图3所示。
3、小模数齿轮接触式钨钢测针微球头夹具组件设计
下面主要介绍小模数齿轮接触式钨钢测针微球头夹具中各主要组件的结构。
微球头测针夹持组件
测针夹持组件由上层弹簧夹持单元1、旋转底座 6、半球形磁铁7、微型水平仪8组成，通过采用上层弹簧夹持单元上方的两对对称安装的紧固弹簧，以及下方的滑动导轨连接，实现了对钨钢微球头测针的夹持和放松功能。上层弹簧夹持单元能够固定钨针在水平方向上的位置，如图4(a)所示。同时，在夹持单元平面上安装微型水平仪，并通过最下方的微调螺旋底座对夹持平面进行调平。这使得钨钢微球头测针能够垂直于夹持平面，在三个方向上得到固定，如图4(b)所示。这样的设计大大增强了夹持组件的稳定性和准确性。
微球头测针定位组件
测针定位组件由 X 方向定位平台3和Y 方向定位平台5组成，它们分别作为第一层和第二层安装在旋转底座的下方，通过高精度滚珠丝杠完成直线运动。各定位平台主要由滑动导轨与滚珠丝杠装配而成。在 Y 方向定位平台上安装了聚焦定位摄影机，其镜头对准针尖加工表面，用于观测定位垂直激光束光斑的落点位置。X、Y 方向定位平台装配图见图5。
4、结论
本文所设计的夹具可解决以下问题：
(1)弹簧夹持单元垂直夹紧钨钢测针，通过平台组件沿 X 轴和Y 轴方向的调节，对其顶部的夹持组件的水平方位进行调节，以保证将钨钢测针调整至激光束的正下方位置，结合聚焦定位摄影机进行观测，进一步提高钨钢测针的位置控制精度，进而提高加工精度。
(2)在紧固对称弹簧作用下可相向夹紧钨钢测针的两段部位，当加工完拆卸时仅需手动便可将钨钢测针取下，钨钢测针拆装方便，同时圆柱孔的直径与钨钢测针直径相匹配，使得夹紧牢固。
(3)X 方向平台和Y 方向平台利用高精度滚珠丝杠不仅可以实现精确定位，还可以实现水平面两个方向移动调节，以确保精准调节钨钢测针至垂直激光束的正下方，提高了加工精度，对称设置的两个上滑轨和下滑轨提高了调节过程的平稳性。
参考文献略.