專利名稱：連續(xù)激光修銳樹脂結(jié)合劑砂輪的裝置及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種樹脂結(jié)合劑砂輪修銳裝置及方法，特別是一種連續(xù)激光修銳樹脂結(jié)合劑砂輪的裝置及其方法，屬于機(jī)械工程中加工工具的整形技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前，對(duì)樹脂結(jié)合劑砂輪的修銳有多種方法，如游離磨料擠軋修銳法、剛玉塊切入修銳法、磨削修銳法以及液壓噴射修銳法等。這些機(jī)械式修銳法其修銳參數(shù)不易控制，容易對(duì)砂輪產(chǎn)生過度修銳，造成砂輪表面的磨粒大量脫落，影響修銳效果和砂輪使用壽命。而且對(duì)樹脂或金屬結(jié)合劑這一類密實(shí)型的砂輪來說，結(jié)合劑表面的高度起伏是造成樹脂結(jié)合劑砂輪有效磨粒下降的重要因素，砂輪整形后砂輪上磨粒之間還填充著大量結(jié)合劑，沒有足夠的容屑空間，磨粒裸露高度不足，嚴(yán)重影響磨削加工效果。
已有技術(shù)中，左敦穩(wěn)等人在金剛石砂輪的CO2脈沖激光修銳研究(《機(jī)械工程學(xué)報(bào)》第35卷第2期，1999年4月)一文中，通過模擬實(shí)驗(yàn)研究了激光脈沖頻率和占空比等參數(shù)的影響，通過使用鋁工件和砂輪片的相對(duì)刻劃試驗(yàn)，對(duì)不同掃描條件下刻劃時(shí)的切向力與法向力之比進(jìn)行了對(duì)比分析，并以該力比用來對(duì)修銳效果進(jìn)行定量評(píng)價(jià)。陳根余等人在聲光調(diào)Q NdYAG脈沖激光修銳樹脂結(jié)合劑CBN砂輪(《金剛石與磨料磨具工程》總第133期第1期，2003年2月)一文中，采用聲光調(diào)Q NdYAG脈沖激光徑向輻射，對(duì)樹脂結(jié)合劑CBN砂輪進(jìn)行修銳試驗(yàn)研究，研究了單脈沖激光輻射下，平均功率、脈沖頻率和離焦量等參數(shù)對(duì)燒蝕凹坑深度的影響。日本學(xué)者Toshikatsu等人在Dressing of resinoid bond wheel withmoving heat source(3st report)-Improvement of dressing effect withQ-switched YAG laser一文(《精密工志》，1997，63(8))中用聲調(diào)Q YAG脈沖激光對(duì)樹脂結(jié)合劑的Al2O3砂輪進(jìn)行了修銳試驗(yàn)。上述修銳方法雖然取得了一定的修銳效果，但與實(shí)際的要求還有很大的差距，特別是參數(shù)很多，不易進(jìn)行精確控制。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服已有技術(shù)的不足和缺陷，本發(fā)明采用連續(xù)激光修銳樹脂結(jié)合劑砂輪。在連續(xù)激光作用下，可使結(jié)合劑熔蝕和汽化而磨?；静皇苡绊懀瑥亩_(dá)到修銳的目的。
本發(fā)明是通過以下的技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明的修銳裝置包括CO2激光器、固定支架、聚焦透鏡、皮帶輪、調(diào)頻電機(jī)、主軸、砂輪架、三相異步電動(dòng)機(jī)。砂輪架為一帶有4個(gè)小輪的平板車，三相異步電動(dòng)機(jī)與4個(gè)小輪中并列排列的兩個(gè)小輪軸連接，主軸由兩個(gè)軸承支承在砂輪架上，樹脂結(jié)合劑砂輪和皮帶輪分別安裝在主軸的兩端，四個(gè)小輪由三相異步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，以完成樹脂結(jié)合劑砂輪的軸向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，調(diào)頻電機(jī)通過皮帶與皮帶輪連接，以完成樹脂結(jié)合劑砂輪的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，CO2激光器放在正對(duì)樹脂結(jié)合劑砂輪表面的方向上并固定在固定支架上，聚焦透鏡安放在CO2激光器與樹脂結(jié)合劑砂輪之間，整個(gè)修銳裝置安放在一平板桌上。
修銳過程中，CO2激光器位置固定，樹脂結(jié)合劑砂輪在勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)沿其軸向作軸向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，CO2激光修銳時(shí)在樹脂結(jié)合劑砂輪表面形成一個(gè)螺旋形軌跡，在此軌跡內(nèi)樹脂結(jié)合劑被去除很薄的一層，使磨粒能夠突出樹脂結(jié)合劑表面。修銳過程可看作激光在砂輪表面產(chǎn)生螺旋槽的過程，且螺旋槽深度即為激光修銳后磨粒在砂輪表面的突出高度。螺旋槽之間存在重疊，取重疊系數(shù)k在1-1.5之間，重疊系數(shù)k為砂輪進(jìn)給速度f與激光光斑直徑Dl的比值，這樣可使整個(gè)砂輪表面得到修銳。
采用上述砂輪修銳裝置的具體修銳方法如下1.修銳前，首先對(duì)樹脂結(jié)合劑砂輪進(jìn)行修整；2.對(duì)修整后的樹脂結(jié)合劑砂輪進(jìn)行砂輪修銳數(shù)值仿真，得到槽深與樹脂結(jié)合劑砂輪表面單位面積內(nèi)接受的激光能量El的正比關(guān)系，和關(guān)系式El=4PlπDlVl]]>焦耳/平方毫米(J/mm2)，其中，Pl為CO2激光器的輸出功率；Dl為CO2激光光斑直徑；Vl為光斑移動(dòng)速度；3.根據(jù)仿真結(jié)果選擇激光在砂輪表面產(chǎn)生的槽深，根據(jù)此槽深對(duì)應(yīng)的激光能量El選擇CO2激光器的輸出功率Pl、光斑直徑Dl來確定砂輪的線速度Vl(即光斑移動(dòng)速度Vl)；4.選擇重疊系數(shù)k，根據(jù)激光光斑直徑Dl確定樹脂結(jié)合劑砂輪的軸向進(jìn)給速度f；5.移動(dòng)聚焦透鏡的位置，使CO2激光器發(fā)出的激光光束垂直照射到樹脂結(jié)合劑砂輪的表面上；6.調(diào)整CO2激光器的輸出功率Pl和激光光斑直徑Dl；7.調(diào)整調(diào)頻電機(jī)的轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)樹脂結(jié)合劑砂輪表面線速度Vl；8.調(diào)整三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)樹脂結(jié)合劑砂輪的軸向進(jìn)給速度f；為驗(yàn)證激光修銳的實(shí)際效果，分別使用激光修銳前后的砂輪對(duì)DZ4合金進(jìn)行了磨削試驗(yàn)，并測量磨削過程中的磨削力和磨削溫度，發(fā)現(xiàn)使用激光修銳后，能有效提高其磨削性能，在磨削用量相同的條件下，可大幅度降低磨削力和磨削溫度。
本發(fā)明的有益效果是(1)該發(fā)明的修銳裝置中CO2激光器固定，通過移動(dòng)聚焦透鏡的位置，使CO2激光器發(fā)出的激光光束垂直照射到樹脂結(jié)合劑砂輪的表面上，使樹脂結(jié)合劑砂輪在作勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)作軸向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，裝置結(jié)構(gòu)簡單，造價(jià)便宜；(2)連續(xù)的CO2激光能夠滿足對(duì)樹脂結(jié)合劑砂輪進(jìn)行修銳的要求，可以獲得較好的砂輪表面形貌，使砂輪表面磨粒裸露高度和有效磨粒數(shù)增加，而且磨粒的等高性也得到一定程度的改善，可以得到理想的修銳結(jié)果。并且可以通過調(diào)節(jié)激光修銳的性能參數(shù)對(duì)修銳效果進(jìn)行精確的控制，可以得到理想的砂輪。


圖1是本發(fā)明激光修銳裝置示意圖。
圖中1是CO2激光器，2是固定支架，3是聚焦透鏡，4是皮帶輪，5是調(diào)頻電機(jī)，6是主軸，7是樹脂結(jié)合劑砂輪，8是砂輪架、9是三相異步電動(dòng)機(jī)、10是小輪。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施作進(jìn)一步描述如圖1所示，本發(fā)明的修銳裝置包括CO2激光器1、固定支架2、聚焦透鏡3、皮帶輪4、調(diào)頻電機(jī)5、主軸6、砂輪架8和三相異步電動(dòng)機(jī)9。CO2激光器1采用上海激光研究所生產(chǎn)的封離型CO2激光器。砂輪架8為一帶有4個(gè)小輪10的平板車，三相異步電動(dòng)機(jī)9與4個(gè)小輪10中并列排列的兩個(gè)小輪軸連接。樹脂結(jié)合劑砂輪7采用粒度號(hào)為100的樹脂結(jié)合劑Al2O3砂輪。主軸6由兩個(gè)軸承支承在砂輪架8上，樹脂結(jié)合劑砂輪7和皮帶輪4分別安裝在主軸6的兩端。4個(gè)小輪10由三相異步電動(dòng)機(jī)9驅(qū)動(dòng)，以完成樹脂結(jié)合劑砂輪7的軸向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。調(diào)頻電機(jī)5通過皮帶與皮帶輪4連接，完成樹脂結(jié)合劑砂輪7的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，皮帶的傳動(dòng)比為5∶1。CO2激光器1放在正對(duì)樹脂結(jié)合劑砂輪7表面的方向上并固定在固定支架2上，聚焦透鏡3安放在CO2激光器1與樹脂結(jié)合劑砂輪7之間，聚焦透鏡3的規(guī)格為φ20×f50。
采用上述修銳裝置對(duì)粒度號(hào)為100的樹脂結(jié)合劑Al2O3砂輪修銳的具體步驟如下第一步，修銳前，首先用單點(diǎn)金剛石筆對(duì)樹脂結(jié)合劑砂輪7進(jìn)行一次修整；第二步，通過對(duì)修整后的樹脂結(jié)合劑砂輪7進(jìn)行修銳數(shù)值仿真，得到槽深與樹脂結(jié)合劑砂輪7表面單位面積內(nèi)接受的激光能量El的正比關(guān)系，和關(guān)系式El=4PlπDlVl(J/mm2);]]>第三步，選擇激光在樹脂結(jié)合劑砂輪7表面產(chǎn)生的槽深分別為0.127mm、0.086mm和0.070mm，根據(jù)此槽深對(duì)應(yīng)的激光能量El分別為0.544J/mm2，0.41J/mm2和0.35J/mm2，選擇CO2激光器的輸出功率Pl＝40W、光斑直徑Dl＝2mm來確定樹脂結(jié)合劑砂輪的線速度Vl分別為50mm/s，60mm/s和70mm/s；第四步，選擇重疊系數(shù)k＝1，根據(jù)激光光斑直徑Dl＝2mm確定樹脂結(jié)合劑砂輪的軸向進(jìn)給速度f＝2mm/s；第五步，通過移動(dòng)聚焦透鏡3位置，使CO2激光器1發(fā)出的激光光束垂直照射在樹脂結(jié)合劑砂輪7表面上；第六步，調(diào)整CO2激光器1的性能參數(shù)，使輸出功率為40W，激光光斑直徑為2mm。
第七步，通過調(diào)整調(diào)頻電機(jī)5的轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)樹脂結(jié)合劑砂輪7表面線速度分別為50mm/s，60mm/s和70mm/s；第八步，調(diào)整三相異步電動(dòng)機(jī)9的轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)樹脂結(jié)合劑砂輪7的軸向進(jìn)給速度為2mm/s；在修銳過程中，當(dāng)El不同時(shí)，激光修銳過程中的表現(xiàn)形式也不相同。當(dāng)El為0.54J/mm2時(shí)，樹脂結(jié)合劑砂輪7表面激光作用區(qū)有明顯的樹脂結(jié)合劑材料濺射現(xiàn)象，并伴有明顯的氣流聲，修銳后樹脂結(jié)合劑砂輪7表面在輕微機(jī)械力作用下即有大量磨粒脫落；當(dāng)El為0.41J/mm2時(shí)，激光作用區(qū)的樹脂結(jié)合劑材料濺射現(xiàn)象不明顯，氣流聲較微弱，修銳后樹脂結(jié)合劑砂輪7表面在輕微機(jī)械力作用下只有少量磨粒脫落；當(dāng)El為0.35J/mm2時(shí)，樹脂結(jié)合劑砂輪7表面沒有噴射現(xiàn)象發(fā)生，在激光作用區(qū)，樹脂受熱后有煙霧產(chǎn)生，激光對(duì)樹脂結(jié)合劑材料的去除作用不明顯。
對(duì)比修銳前后的樹脂結(jié)合劑砂輪7表面形貌可對(duì)修銳的效果進(jìn)行評(píng)價(jià)，發(fā)現(xiàn)激光修銳前樹脂結(jié)合劑砂輪7表面較為平坦，磨粒在結(jié)合劑表面的突出高度很小，樹脂結(jié)合劑砂輪7表面的突起部分基本是連通的，很少有尖銳獨(dú)立的峰點(diǎn)，表明這時(shí)磨粒之間填充著大量結(jié)合劑。而經(jīng)過激光修銳后樹脂結(jié)合劑砂輪7表面的突起不再表現(xiàn)為連通的整體，而是出現(xiàn)了大量獨(dú)立的小的峰點(diǎn)，樹脂結(jié)合劑砂輪7表面形貌的起伏明顯增大，容屑空間相應(yīng)增大，這說明經(jīng)過激光修銳，磨粒之間填充的結(jié)合劑被去除，樹脂結(jié)合劑砂輪7取得了良好的修銳效果。
權(quán)利要求
1.一種連續(xù)激光修銳樹脂結(jié)合劑砂輪的裝置，其特征在于該修銳裝置包括CO2激光器(1)、固定支架(2)、聚焦透鏡(3)、皮帶輪(4)、調(diào)頻電機(jī)(5)、主軸(6)、砂輪架(8)、三相異步電動(dòng)機(jī)(9)，砂輪架(8)為一個(gè)帶有4個(gè)小輪(10)的平板車，三相異步電動(dòng)機(jī)(9)與4個(gè)小輪(10)中并列排列的兩個(gè)小輪(10)軸連接，主軸(6)由兩個(gè)軸承支承在砂輪架(8)上，樹脂結(jié)合劑砂輪(7)和皮帶輪(4)分別安裝在主軸(6)的兩端，調(diào)頻電機(jī)(5)通過皮帶與皮帶輪(4)連接，CO2激光器(1)放在正對(duì)砂輪(7)表面的方向上并固定在固定支架(2)上，聚焦透鏡(3)安放在CO2激光器(1)與樹脂結(jié)合劑砂輪(7)之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的連續(xù)激光修銳樹脂結(jié)合劑砂輪的裝置，其特征是CO2激光器(1)采用上海激光研究所生產(chǎn)的能產(chǎn)生連續(xù)激光的封離型CO2激光器，聚焦透鏡(3)的規(guī)格為φ20×f50。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的連續(xù)激光修銳樹脂結(jié)合劑砂輪的裝置，其特征是所述皮帶的傳動(dòng)比為5∶1。
4.一種連續(xù)激光修銳樹脂結(jié)合劑砂輪的方法，其特征在于該修銳方法包括下列步驟[1]修銳前，首先對(duì)樹脂結(jié)合劑砂輪(7)進(jìn)行修整；[2]對(duì)修整后的樹脂結(jié)合劑砂輪(7)進(jìn)行砂輪修銳數(shù)值仿真，得到槽深與樹脂結(jié)合劑砂輪(7)表面單位面積內(nèi)接受的激光能量El的正比關(guān)系，和關(guān)系式El=4PlπDlVlJ/mm2;]]>[3]根據(jù)仿真結(jié)果選擇激光在樹脂結(jié)合劑砂輪(7)表面產(chǎn)生的槽深，根據(jù)此槽深對(duì)應(yīng)的激光能量El選擇CO2激光器(1)的輸出功率Pl、光斑直徑Dl來確定樹脂結(jié)合劑砂輪(7)的表面線速度Vl；[4]選擇重疊系數(shù)k，根據(jù)激光光斑直徑Dl確定樹脂結(jié)合劑砂輪(7)的軸向進(jìn)給速度f；[5]移動(dòng)聚焦透鏡(3)的位置，使CO2激光器(1)發(fā)出的激光光束垂直照射到樹脂結(jié)合劑砂輪(7)的表面上；[6]調(diào)整CO2激光器(1)的輸出功率Pl和激光光斑直徑Dl；[7]調(diào)整調(diào)頻電機(jī)(5)的轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)樹脂結(jié)合劑砂輪(7)表面線速度Vl；[8]調(diào)整三相異步電動(dòng)機(jī)(9)的轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)樹脂結(jié)合劑砂輪(7)的軸向進(jìn)給速度f。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的連續(xù)激光修銳樹脂結(jié)合劑砂輪的方法，其特征是所述的步驟[2]，選擇樹脂結(jié)合劑砂輪(7)的槽深分別為0.127mm、0.086mm和0.070mm，其對(duì)應(yīng)的激光能量El分別為0.54J/mm2，0.41J/mm2和0.35J/mm2。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的連續(xù)激光修銳樹脂結(jié)合劑砂輪的方法，其特征是所述的步驟[3]，選擇CO2激光器(1)的輸出功率為40W，光斑直徑為2mm，確定樹脂結(jié)合劑砂輪(7)的表面線速度分別為50mm/s，60mm/s和70mm/s。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的連續(xù)激光修銳樹脂結(jié)合劑砂輪的方法，其特征是所述的步驟[4]，選擇重疊系數(shù)k＝1，確定樹脂結(jié)合劑砂輪(7)的軸向進(jìn)給速度f＝2mm/s。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的連續(xù)激光修銳樹脂結(jié)合劑砂輪的方法，其特征是所述的步驟[6]，調(diào)整CO2激光器(1)，使其輸出功率為40W，激光光斑直徑為2mm。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的連續(xù)激光修銳樹脂結(jié)合劑砂輪的方法，其特征是所述的步驟[7]，調(diào)整調(diào)頻電機(jī)(5)的轉(zhuǎn)速，使樹脂結(jié)合劑砂輪(7)的表面線速度分別為50mm/s，60mm/s和70mm/s。
10.根據(jù)權(quán)利要求4所述的連續(xù)激光修銳樹脂結(jié)合劑砂輪的方法，其特征是所述的步驟[8]，調(diào)節(jié)三相異步電動(dòng)機(jī)(9)的轉(zhuǎn)速，使樹脂結(jié)合劑砂輪(7)的軸向進(jìn)給速度f＝2mm/s。
全文摘要
連續(xù)激光修銳樹脂結(jié)合劑砂輪的裝置及其方法，屬于機(jī)械工程領(lǐng)域。修銳裝置包括CO
文檔編號(hào)B24B53/04GK1586816SQ20041006643
公開日2005年3月2日 申請(qǐng)日期2004年9月16日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月16日
發(fā)明者陳明, 孫方宏, 馬玉平 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)