[发明专利]一种超声-激光协同的砂轮修整装置及方法

说明书

本发明提供一种超声‑激光协同的砂轮修整装置及方法。本发明包括伺服电机，砂轮超声夹紧装置，成型砂轮，CCD相机，激光烧蚀头，三维移动台，图像采集卡，光纤激光器，背光源，计算机。将砂轮装夹在砂轮超声夹紧装置上，并由伺服电机带动夹紧装置与砂轮绕竖直方向旋转。CCD相机和背光源水平置于砂轮两侧，用于对激光修整砂轮时超声振动对砂轮表面碎屑的除去情况反馈给计算机。计算机操控三维移动台上的激光烧蚀头对砂轮进行修整，通过CCD相机反馈来加工出符合要求的砂轮轮廓和表面织构。本发明将激光修整砂轮的效率高、加工自由度高及超声振动的碎屑粘接去除效果好的优点结合起来，解决传统激光砂轮修整方法中碎屑易粘接，锐度不高的问题。

技术领域

本发明属于磨削技术领域，具体涉及一种超声-激光协同的砂轮修整装置及方法。

背景技术

随着航空航天、汽车轮船以及国家重大装备等各个领域需求与技术的持续性发展，诸如镍基超合金、氮化硅陶瓷、反应烧结碳化硅复合材料(RB-SiC)等耐高温脆硬材料的使用需求也随之水涨船高。且由于需满足的功能越来越复杂，将这些材料加工而成的形状也越来越复杂、精度也越来越高。为此，在机械制造领域多采用激光辅助或超声加工辅助磨削的方式来达到加工参数目的。虽然辅助加工的手段多种多样，但是仍无法与磨削加工这一母体相脱离，因此由于砂轮堵塞、磨钝与烧蚀而产生的加工效率降低的问题是加工过程中都会面临的不得不解决之问题。为此需要时常对砂轮进行修整与修锐。由于加工诸如RB-SiC等超硬材料时多选用金刚石砂轮，而金刚石砂轮由于其本身具有结合强度高、磨粒硬度大的特性，对其进行修整具有难度大、效率低、时间长等诸多困难因素。因此对于磨削工艺的超精密化、高效化与自动化而言，开发一种高速高效的金刚石砂轮的精密在线修整的技术与装置是十分必要的。

目前工业领域常用的砂轮修整方法主要有传统方法(包括杯型砂轮修整、金刚石笔修整等)、电解在线砂轮修整技术(ELID)、电火花修整、超声振动修整、以及激光修整，如中国专利“一种基于视觉检测激光修整成型砂轮装置及其修整方法”(授权号CN 108747825B)，该方法基于视觉检测对激光修整砂轮的轮廓外形进行实时提取与反馈，促进计算机对修正路径进行实时补偿，但激光修整砂轮时，砂轮表面产生的碎屑的残留与粘接较难去除，即使能够实时反馈，多次修整也仍无法去除残留碎屑，反而会越积越多，结果使修型效果良好，但却无法修锐，不能较好完成修整目的。同时也存在一些结合了多种方法的复合式修整方法，如超声振动辅助ELID修整，如中国专利“改善氧化膜质量的超声ELID复合平面磨削系统”(授权号CN 205497131 U)，但是ELID修整设备非常复杂，操作不便，且仅能修整金属结合剂砂轮，在许多场合下并不能很好运用。除此之外，还有超声振动与传统方法结合，如“超声辅助金刚石笔砂轮修整装置”和“用于修整超硬磨料砂轮的超声振动杯型砂轮修整器”(授权号CN 213765434 U和CN 205520952 U)，但金刚石笔与金刚石砂轮无法同时进行整形和修锐工作，修整之后的砂轮并不十分锐利，效率不高。

综上，现有的超硬磨料成形砂轮的修整装置存在诸多局限性，且现有的几种复合修整方法也难以发挥各自的优点，实现满意的修整效果。

发明内容

本发明的目的在于提供一种超声-激光协同的砂轮修整装置及方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

本发明采用的技术手段如下：

一种超声-激光协同的砂轮修整装置，其包括：伺服电机，三维移动台，激光烧蚀头，成型砂轮，CCD相机，图像采集卡，计算机，砂轮超声夹紧装置；所述伺服电机与砂轮超声夹紧装置相连，通过伺服电机带动砂轮超声夹紧装置及其上夹紧的成型砂轮回转，所述砂轮超声夹紧装置结构包括若干超声变幅杆，超声变幅杆用于将振幅放大并且作为直接接触工件的夹头，所述CCD相机放置于成型砂轮水平一侧，背光源与CCD相机相对放置，CCD相机和背光源位于成型砂轮两侧，CCD相机通过线缆与图像采集卡连接，再通过线缆接入计算机，所述激光烧蚀头安装固定在三维移动台上，在成型砂轮的一侧按照切向方向水平布置，三维移动台通过线缆与计算机连接，以使其能够经由计算机进行控制，实现激光烧蚀头沿x，y，z三个方向的可控移动。