[发明专利]一种基于激光修整的磨粒有序化排布砂轮制造装置及方法

说明书

本发明提供了一种基于激光修整的磨粒有序化排布砂轮制造装置及方法，包括控制装置、激光发生装置、复合滤光装置和磨床；控制装置用于控制激光发生装置、复合滤光装置和磨床动作，激光发生装置包括激光器和聚焦模块，复合滤光装置包括复合滤光条和用于传送复合滤光条的传送模块，磨床用于夹持常规砂轮并驱动常规砂轮转动，所述的磨床的驱动轴上还设置有用于采集常规砂轮线速度的转速计；本发明在常规砂轮固结成形后，利用激光修整的方式实现磨粒或磨粒族有序化排布，对砂轮的制作工艺无任何特殊要求，避免了复杂的精细化操作，而且激光高效修整，过程中无设备材料损耗，提高了磨粒有序化排布砂轮的制作效率，降低了制造成本。

技术领域

本发明涉及砂轮制造及修整领域，具体涉及一种基于激光修整的磨粒有序化排布砂轮制造装置及方法。

背景技术

目前磨削加工中使用的传统砂轮工作表面上的磨粒多是无规则排布，由于磨粒在工作表面分布不均匀以及磨粒露出的高度具有随机性，因此使得部分磨粒不能有效出刃、部分磨粒易磨损和脱落，且砂轮工作表面还易出现以脆性切削为主的低能耗状态和以滑擦、耕犁为主的高能耗状态，导致砂轮磨粒的切除效率低，工件磨削表面粗糙度难以控制。

进一步的，传统砂轮的问题还表现在：

一方面，传统固结磨料磨具，特别是精密磨削磨具，由于磨粒十分细小、磨粒分布紧密、容屑空间小，极易造成磨削过程中磨具工作表面的磨粒堵塞，导致磨具过早失效，工件磨削热损伤甚至正常加工工作都无法进行；

另一方面，传统单层超硬磨料砂轮，磨料实际上只是被机械包埋镶嵌在镀层金属中，为增加砂轮的把持力就必须增加镀层厚度，这将导致磨粒裸露的高度和容屑空间减小，磨屑容易发生堵塞，寿命短，散热效果差，工件表面容易发生烧伤；并且，砂轮回转精度和几何形状精度严重依赖于砂轮基体本身的制造精度及装配精度，这对砂轮基体的加工有很高要求，极大增加了制造单层超硬磨料砂轮的成本。

随着机械设备的精度要求越来越高，传统砂轮已经不能满足人们的需求，磨粒有序化排布砂轮应运而生。

研究表明，磨粒有序化排布砂轮的磨削性能、服役寿命、加工效率等均优于传统砂轮。

为解决传统砂轮存在的问题，通过使砂轮表面磨粒或磨粒族有序排布，提高砂轮的使用寿命、加工精度、加工效率，实现磨粒的最大利用率和砂轮的最佳磨削性能已成为亟待解决的问题。

目前，磨粒有序化排布砂轮的制造均是在固结成形前控制磨粒分布，实现磨粒或磨粒族的有序化排布，控制磨粒分布的方法有制备掩膜、电磁振动、定向投料等，这些方法要么制造成本极高，要么磨粒排布形式不可控，要么磨粒分布均匀性效果不佳，严重制约了磨粒有序化排布砂轮的应用。

关于砂轮固结成形后利用修整的方式实现磨粒或磨粒族有序化排布，当前行业内尚无任何相关研究。

激光修整作为一种新兴的先进修整技术，是利用激光辐照在砂轮表面上的强烈热效应，在极短的时间内产生瞬时高温，使砂轮表面局部出现材料熔化、飞溅、气化，并且控制砂轮表面的能量密度和热场分布，以去除结合剂而对磨粒不造成损伤，使结合剂去除、磨粒突出，达到砂轮修整的目的。

目前激光修整技术研究集中在复合修整、凹面成型修整、整形和修锐工艺、冷却工艺、修整检测等方面：

如申请号CN201420705937.4的专利，公开了一种超硬磨料砂轮超声激光复合修整装置，利用超声振动和激光加热复合作用去除砂轮材料，提高修整效率，优化修整效果；

如申请号CN201410048837.3的专利，公开了一种凹曲面超硬磨料砂轮激光修整设备及方法，利用激光烧蚀满足凹曲面砂轮的成型修整要求；

如申请号CN201711469922.7的专利，公开了一种砂轮双激光修整装置及修整方法，采用两个脉冲激光器实现砂轮切向整形和径向修锐；