一種金剛石砂輪的粗修整的方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)提供了一種金剛石砂輪的粗修整的方法，包括以下步驟：A、掃描金剛石砂輪表面，獲取砂輪表面最高點(diǎn)，確定最高點(diǎn)的徑向、軸向、母線方向的位置；B、沿著砂輪表面的內(nèi)法線方向，發(fā)射聚焦脈沖激光束，使其焦斑位置與砂輪最高點(diǎn)位置在徑向、軸向、母線方向重合；C、在砂輪的母線相對(duì)位置架設(shè)碳化硅滾輪，吃刀量為0.005mm；D、每整修3-5分鐘，重復(fù)上述步驟；直至砂輪圓跳動(dòng)誤差不超過(guò)20μm。本申請(qǐng)使用聚焦脈沖激光束燒蝕金剛石磨粒直接去除，和碳化硅滾輪對(duì)其再去除，對(duì)經(jīng)過(guò)激光燒蝕后的磨粒表面變質(zhì)層及失去把持力的磨粒等進(jìn)行機(jī)械剝離，適應(yīng)磨粒尺寸較大的金剛石砂輪高效粗修整。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及金剛石砂輪修整
，特別地，涉及。
技術(shù)介紹
金剛石是當(dāng)今最硬的材料，其摩擦系數(shù)小、耐磨性好，因此用金剛石制成的超硬磨料金剛石砂輪具有磨削能力強(qiáng)、磨具消耗小、磨削溫度低等特點(diǎn)，越來(lái)越廣泛地被應(yīng)用于玻璃、石材、混凝土、陶瓷、硬質(zhì)合金等硬脆材料加工，用量以每年約百分之十的速度增長(zhǎng)，節(jié)省了大量的磨削時(shí)間和加工成本。目前對(duì)于金剛石砂輪本身的磨削，基本采用的基于“硬碰硬”的機(jī)械式滾輪修整方法,如車削修整法、金剛石滾輪修整法、磨削修整法、滾軋修整法等,均是基于修整工具對(duì)結(jié)合劑和磨粒的擠壓、剪切等機(jī)械力的作用來(lái)達(dá)到整形的目的。車削修整法是以單顆粒金剛石(或以細(xì)碎金剛石制成的金剛筆、金剛石修整塊)作為刀具車削砂輪，精度和效率都比較低；金剛石滾輪修整法是采用電鍍或粉末冶金等方法把大量金剛石顆粒鑲嵌在鋼質(zhì)滾輪表面制成的金剛石滾輪以一定轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)(藉以降低滾輪與砂輪的相對(duì)速度)，對(duì)高速旋轉(zhuǎn)的砂輪表面產(chǎn)生磨削和輾壓作用，使砂輪獲得與滾輪型面吻合的鋒利工作表面，金剛石滾輪制造復(fù)雜，造價(jià)高，修整效率一般；砂輪磨削修整法是采用低速回轉(zhuǎn)的超硬級(jí)碳化硅砂輪與高速旋轉(zhuǎn)的砂輪對(duì)磨，碳化硅砂輪消耗大；滾軋修整法是采用硬質(zhì)合金圓盤、一組由波浪形白口鐵圓盤或帶槽的淬硬鋼片套裝而成的滾輪，與砂輪對(duì)滾和擠壓進(jìn)行修整。上述傳統(tǒng)的基于力的金剛石砂輪修整方法存在修整時(shí)間長(zhǎng)、修整難度大、修整效率低、精度低的問(wèn)題。而在線電解修銳法修整金剛石砂輪僅能進(jìn)行修銳，不能進(jìn)行整形，基本只能適應(yīng)微粉級(jí)金剛石砂輪修整；電火花修整只適應(yīng)金屬結(jié)合劑砂輪修整，對(duì)環(huán)境也不友好。因此，針對(duì)金剛石磨粒尺寸比較大的金剛石砂輪修整，目前的方法難以兼顧修整效率和修整的高精度。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)目的在于提供，以解決目前金剛石砂輪機(jī)械式修整效率極低、精度低的技術(shù)問(wèn)題。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本專利技術(shù)提供了，包括以下步驟A、通過(guò)線掃描激光位移傳感器來(lái)掃描金剛石砂輪的表面，獲取所述砂輪表面的最高點(diǎn)，并確定所述最高點(diǎn)的徑向、軸向、母線方向的位置；B、在所述砂輪的圓周運(yùn)動(dòng)方向上的滾輪與砂輪接觸點(diǎn)之前，通過(guò)激光器沿著砂輪表面的內(nèi)法線方向持續(xù)向所述砂輪發(fā)射聚焦脈沖激光束；C、在所述砂輪的母線相對(duì)位置處架設(shè)碳化硅滾輪，所述滾輪的吃刀量為O. 005mm ;所述聚焦脈沖激光束的焦斑位置與所述砂輪最高點(diǎn)位置在徑向、軸向、母線方向重合；所述激光器的連續(xù)輸出平均功率為5-50W，頻率為5-200kHz，單脈沖持續(xù)時(shí)間為100-120ns,脈沖激光束沿所述砂輪軸線方向的往復(fù)運(yùn)動(dòng)速度為O. lmm/s ；D、每整修3-5分鐘，重復(fù)A、B、C步驟；直至所述砂輪表面的圓跳動(dòng)誤差不超過(guò)20 μ m0優(yōu)選的，步驟A中，所述砂輪被安裝在平面磨床的主軸上，磨床主軸轉(zhuǎn)速為50-1000r/min。優(yōu)選的，步驟A中，先獲取所述砂輪的圓跳動(dòng)曲線圖，得到砂輪表面各點(diǎn)的高度值；再比較各點(diǎn)高度值，確定其中的最大值為砂輪表面最高點(diǎn)。優(yōu)選的，所述激光器的連續(xù)輸出平均功率為30W，重復(fù)頻率為7kHz，單脈沖脈寬為100ns，光束聚焦鏡的焦距為180mm。優(yōu)選的，所述激光束的焦點(diǎn)位置功率密度值達(dá)到108W/cm2量級(jí)以上。優(yōu)選的，所述砂輪的直徑為20cm，寬度為5cm。本專利技術(shù)具有以下有益效果1、高效修整本專利技術(shù)以使用激光器發(fā)射聚焦脈沖激光直接選擇性熔化、氣化去除金剛石砂輪表面的金剛石磨粒和結(jié)合劑的修整手段為主、在激光剛修整過(guò)的區(qū)域使用滾輪修整為輔的方法，利用激光燒蝕的直接熱力學(xué)效應(yīng)，快速剝離砂輪表面較為突出的大顆粒金剛石磨粒，或者快速去除 結(jié)合劑，使得結(jié)合劑對(duì)磨粒的把持力降低、甚至完全失去把持力，快速改善砂輪圓跳動(dòng)誤差大的表面狀況，提高修整效率；2、雙效作用使用聚焦脈沖激光直接去除砂輪表面高點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)砂輪的高效率修整，同時(shí)對(duì)其進(jìn)行機(jī)械性修整，對(duì)失去把持力的磨粒、對(duì)因激光燒蝕產(chǎn)生的磨粒變質(zhì)層和熱物理缺陷層，對(duì)附著于砂輪表面的結(jié)合劑濺射重凝層、熔融物進(jìn)行機(jī)械剝離，獲得良好的砂輪地形地貌和修整精度；3、檢測(cè)及時(shí)隨著修整的進(jìn)行，金剛石砂輪的圓跳動(dòng)逐漸減小，激光束焦斑位置和砂輪表面最高點(diǎn)的位置關(guān)系的也會(huì)相應(yīng)變動(dòng)，從而導(dǎo)致照射在砂輪表面激光光斑面積增大，功率密度減小，從而燒蝕效果不明顯，激光修整效率降低。因此每修整3-5分鐘之后，采用線掃描激光位移傳感器重新掃描整個(gè)砂輪表面，重新確定高點(diǎn)位置，及時(shí)調(diào)整使得激光束焦斑位置與最高點(diǎn)重合，確保修整的準(zhǔn)確性和高效性；4、減少磨損將對(duì)修整滾輪磨損較大的凸出的大顆粒金剛石磨粒采用非機(jī)械式接觸的激光束剝離，對(duì)機(jī)械式的修整滾輪幾乎不產(chǎn)生非正常磨損，大大延長(zhǎng)滾輪壽命。除了上面所描述的目的、特征和優(yōu)點(diǎn)之外，本專利技術(shù)還有其它的目的、特征和優(yōu)點(diǎn)，下面對(duì)本專利技術(shù)作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。具體實(shí)施例方式以下對(duì)本專利技術(shù)的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明，但是本專利技術(shù)可以根據(jù)權(quán)利要求限定和覆蓋的多種不同方式實(shí)施。本申請(qǐng)公開了，適用于金剛石磨粒尺寸比較大、圓跳動(dòng)比較大的圓柱形金剛石砂輪粗修整的工藝過(guò)程，包括以下步驟A、通過(guò)線掃描激光位移傳感器來(lái)掃描金剛石砂輪的表面，獲取所述砂輪表面的最高點(diǎn)，并確定所述最高點(diǎn)的徑向、軸向、母線方向的位置；可采用基于三角測(cè)量原理的線掃描激光位移傳感器掃描整個(gè)砂輪表面，獲取砂輪的圓跳動(dòng)曲線圖，得到砂輪表面各點(diǎn)處的高度值，通過(guò)比較找出其中的最大值，確定為砂輪的最聞點(diǎn)。可將砂輪安裝在平面磨床的主軸上，磨床主軸轉(zhuǎn)速為650-1000r/min，根據(jù)實(shí)際情況選擇合適的轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速快則激光脈沖在圓周方向上的重疊率低，磨料去除力度小，轉(zhuǎn)速慢則脈沖重疊率高，去除力度大。砂輪的直徑可為20cm，寬度為5cm。B、在所述砂輪的圓周運(yùn)動(dòng)方向上，通過(guò)激光器沿著砂輪表面的內(nèi)法線方向持續(xù)向所述砂輪發(fā)射聚焦脈沖激光束，聚焦脈沖激光束的焦斑位置與所述砂輪最高點(diǎn)位置在徑向、軸向、母線方向重合；所述激光器的連續(xù)輸出平均功率為5-50W，頻率為5-200kHz，單脈沖持續(xù)時(shí)間為100-120ns，脈沖激光束沿所述砂輪軸線方向的往復(fù)運(yùn)動(dòng)速度為O. lmm/s。為了提高砂輪利用率和修整效率，考慮到聚焦激光特性，即焦斑位置功率密度最高，而正離焦或負(fù)離焦時(shí)功率密度會(huì)逐漸降低，結(jié)合物質(zhì)的燒蝕去除熱物理性質(zhì)，即達(dá)到一定的功率密度閾值才能產(chǎn)生燒蝕去除，上述設(shè)置使得輻照于砂輪表面圓跳動(dòng)高點(diǎn)處的聚焦脈沖激光束焦斑位置的功率密度正好能達(dá)到金剛石的燒蝕去除閾值3 X 108W/cm2，并且每個(gè)單脈沖去除量在微米級(jí)，而遠(yuǎn)離聚焦脈沖激光焦斑位置的砂輪表面圓跳動(dòng)低點(diǎn)處，因達(dá)不到燒蝕去除閾值，不能去除材料，從而實(shí)現(xiàn)高點(diǎn)逐漸被燒蝕去除，而低點(diǎn)幾乎不被去除，逐漸縮小砂輪表面圓跳動(dòng)差值。采用光束聚焦鏡聚焦，其焦距可為180mm。激光去除主要是基于熱的燒蝕機(jī)理，脈沖激光束連續(xù)燒蝕砂輪,使砂輪表面的高點(diǎn)處及附近的結(jié)合劑熔化、氣化去除、金剛石磨粒被整顆剝離或金剛石磨粒被部分去除或部分因?yàn)榻Y(jié)合劑的去除 而失去把持力；而砂輪表面的低點(diǎn)處及附近，因遠(yuǎn)離激光束焦平面而導(dǎo)致入射到砂輪表面的激光束功率密度降低，達(dá)不到金剛石磨粒的去除閾值，結(jié)合劑也只是極少量去除；最后使得砂輪表面高處的材料逐漸被去除，而低處幾乎不損壞，從而減小表面高度差，達(dá)到修整目的。C、在所述砂輪的母線相對(duì)位置處架設(shè)碳化硅滾輪，所述滾輪的吃刀量為O.005本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種金剛石砂輪的粗修整的方法，其特征在于，包括以下步驟：A、通過(guò)線掃描激光位移傳感器來(lái)掃描金剛石砂輪的表面，獲取所述砂輪表面的最高點(diǎn)，并確定所述最高點(diǎn)的徑向、軸向、母線方向的位置；B、在所述砂輪的圓周運(yùn)動(dòng)方向上的滾輪與砂輪接觸點(diǎn)之前，通過(guò)激光器沿著砂輪表面的內(nèi)法線方向持續(xù)向所述砂輪發(fā)射聚焦脈沖激光束；C、在所述砂輪的母線相對(duì)位置處架設(shè)碳化硅滾輪，所述滾輪的吃刀量為0.005mm；所述聚焦脈沖激光束的焦斑位置與所述砂輪最高點(diǎn)位置在徑向、軸向、母線方向重合；所述激光器的連續(xù)輸出平均功率為5?50W，頻率為5?200kHz，單脈沖持續(xù)時(shí)間為100?120ns，脈沖激光束沿所述砂輪軸線方向的往復(fù)運(yùn)動(dòng)速度為0.1mm/s；D、每整修3?5分鐘，重復(fù)A、B、C步驟；直至所述砂輪表面的圓跳動(dòng)誤差不超過(guò)20μm。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種金剛石砂輪的粗修整的方法，其特征在于，包括以下步驟 A、通過(guò)線掃描激光位移傳感器來(lái)掃描金剛石砂輪的表面，獲取所述砂輪表面的最高點(diǎn)，并確定所述最高點(diǎn)的徑向、軸向、母線方向的位置； B、在所述砂輪的圓周運(yùn)動(dòng)方向上的滾輪與砂輪接觸點(diǎn)之前，通過(guò)激光器沿著砂輪表面的內(nèi)法線方向持續(xù)向所述砂輪發(fā)射聚焦脈沖激光束； C、在所述砂輪的母線相對(duì)位置處架設(shè)碳化硅滾輪，所述滾輪的吃刀量為0.005mm ； 所述聚焦脈沖激光束的焦斑位置與所述砂輪最高點(diǎn)位置在徑向、軸向、母線方向重合；所述激光器的連續(xù)輸出平均功率為5-50W，頻率為5-200kHz，單脈沖持續(xù)時(shí)間為100-120ns,脈沖激光束沿所述砂輪軸線方向的往復(fù)運(yùn)動(dòng)速度為0. lmm/s ； D、每整修3-5分鐘，重復(fù)A、B、C步驟；直至所述砂輪表面的圓跳動(dòng)誤差不超過(guò)20u m。2....

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：陳根余，鄧輝，張玲，徐建波，李宗根，袁勃，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：湖南大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：