[发明专利]一种带有气液并联管式的砂轮双激光修整装置及方法

说明书

本发明公开了一种带有气液并联管式的砂轮双激光修整装置，包括气液控制设备，气液控制操作平台，皮秒激光烧蚀头，导气软管，磨床，聚焦透镜，飞秒激光烧蚀头，飞秒激光器，激光器控制操作平台，控制设备，皮秒激光器，细导水管，超硬磨料砂轮，气柱流，液柱流，激光束和三维移动平台，本发明提出了辅助气液并联管式的砂轮双激光修整装置，避免等离子体粒子与相爆炸效应导致其金刚石磨粒容屑空间减少且突出结合剂高度不够，可抑制金刚石磨粒时周边热积累产生的微裂纹和石墨变质层等缺陷。本发明能避免库伦爆炸发生，降低砂轮表面光栅与微锥结构，提高激光能量的利用效率，提高砂轮修整效率与修整的表面质量。

技术领域

本发明涉及的是一种超硬磨料砂轮修整装置及修整方法，特别涉及一种带有气液并联管式的砂轮双激光修整装置及其修整方法。

背景技术

超硬磨料砂轮包括立方氮化硼和金刚石砂轮，其广泛应用加速了磨削技术的发展与革新，成为工业发达国家技术进步的重要标志。超硬磨料砂轮中以青铜金刚石砂轮使用最为广泛。由于其自身高强度、高硬度等特性，其磨钝后的修整最为困难。目前，普遍采用基于力作用下“硬碰硬”的机械法，但其修整过程中工具损耗大、环境污染重；修整效率低、修整后跳动大、磨削性能低；修整范围窄、粒度号稍小时几乎不能进行整形修整。在此基础上相关学者提出了电加工法修整青铜金刚石砂轮，克服了传统修整法在某些方面的不足，但金刚石不导电，金刚石整形不能进行。因此，修整技术的瓶颈限制了它们的快速推广和应用。

激光修整青铜金刚石砂轮是继机械法与电加工法后，一种非接触、避免机械作用力存在、修整工具损耗的精密修整技术，具有极强的发展潜力和广阔的应用前景，主要表现在：适应性广、效率高、经济效益好。激光修整技术是一种绿色加工技术，不存在修具钝化报废的情况，具有可重复利用性，不需使用修整液。

现有技术主要采用纳秒脉冲激光修整青铜金刚石砂轮，但修整过程中形成等离子体，并存在相爆炸效应，致使修整区域周边金刚石磨粒容屑空间减少且突出结合剂高度不够；并且激光辐照修整区域温度高，金刚石磨粒表面会石墨化，当热应力超过了金刚石的屈服极限(断裂极限)，将伴随产生热裂纹，从而极大的降低了修整后青铜金刚石砂轮的磨削性能。相关学者采用辅助吹气法激光修整青铜金刚石砂轮，依靠辅助吹气降低等离子体粒子返回覆盖砂轮表面，降低磨粒周边容屑空间的影响；其后又设计采用双切向液柱流辅助激光修整法，抑制相爆炸与磨粒的热损失。上述方法虽然取得了一定的修整效果，但无法同时避免修整过程中等离子体、相爆炸、磨粒微裂纹和石墨变质层等缺陷影响砂轮表面质量，且修整过程复杂、并且不能同时进行砂轮的修锐与整形操作的联合，修整效率不高，与实际要求还有一定差距。

发明内容

为了克服已有技术的不足和缺陷，本发明提出一种带有气液并联管式的砂轮双激光修整装置及其方法，用于提升砂轮修整效率与修整质量，解决现有技术存在的金刚石磨粒容屑空间减少且突出结合剂高度不够，以及磨粒周边热积累产生的微裂纹和石墨变质层等技术问题。

本发明提出一种带有气液并联管式的砂轮双激光修整装置，包括气液控制设备、气液控制操作平台、皮秒激光烧蚀头、导气软管、磨床、聚焦透镜、飞秒激光烧蚀头、飞秒激光器、激光器控制操作平台、控制设备、皮秒激光器、细导水管、砂轮和三维移动平台，其中：

所述砂轮安装在磨床上，在磨床带动下旋转，其转速受所述控制设备控制；

所述皮秒激光器输出接安装在三维移动平台座上的皮秒激光烧蚀头，所述飞秒激光器输出接安装在三维移动平台座的飞秒激光烧蚀头；皮秒激光烧蚀头和飞秒激光烧蚀头分别设在砂轮两侧，两者光轴共线并通过砂轮圆心；

所述三维移动平台的精密移动受控制设备控制；

所述激光器控制操作平台用于控制皮秒激光器和飞秒激光器工作参数，包括功率密度、脉冲宽度、脉冲频率和离焦量；