專利名稱：激光與機(jī)械復(fù)合修整金屬結(jié)合劑cbn砂輪的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及金屬結(jié)合劑CBN砂輪修整方法，進(jìn)一步是指采用激光與機(jī)械復(fù)合 修整而實現(xiàn)金屬結(jié)合劑CBN砂輪的精密整形和修銳的方法。
背景技術(shù)：
金屬結(jié)合劑CBN (立方氮化硼)砂輪具有異常優(yōu)良的磨削性能，在難加工材 料的磨削、精密超精密磨削、成形磨削、高效磨削及磨削自動化中有廣泛的應(yīng) 用前景。近年來，由于砂輪制造、數(shù)控精密磨床等相關(guān)技術(shù)得以突破，這種砂 輪應(yīng)用急劇增加。由于這種砂輪本身特性，修整很困難，修整精度難保證，使 得磨削效率、精度、質(zhì)量受到較大影響，嚴(yán)重影響了其優(yōu)良磨削性能的充分發(fā) 揮，是其進(jìn)一步推廣應(yīng)用的瓶頸問題和數(shù)控精密磨床中的關(guān)鍵技術(shù)難題。
金屬結(jié)合劑CBN砂輪的修整通常分為整形和修銳兩道工序:整形是對砂輪 進(jìn)行微量去除，使砂輪達(dá)到所要求的幾何形狀精度；修銳是通過去除砂輪磨粒 之間的結(jié)合劑，使磨粒凸出結(jié)合劑一定的高度，形成切削刃，同時產(chǎn)生足夠的 容屑空間。砂輪整形精度的高低決定了所加工工件的尺寸精度。
傳統(tǒng)的完全基于力的機(jī)械修整方法很難適應(yīng)金屬結(jié)合劑CBN砂輪修整。目 前較成熟的在線電解修銳法修整金屬結(jié)合劑CBN砂輪僅能進(jìn)行修銳，不能進(jìn)行 整形，對微粉級以上砂輪的修整精度很難達(dá)到要求。為此，尋找一種適合金屬 結(jié)合劑CBN砂輪既能整形又能修銳的新方法，成為各國學(xué)者研究的目標(biāo)和熱點。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的問題是，針對現(xiàn)有技術(shù)中金屬結(jié)合劑CBN砂輪的修整極其 困難的問題，提出一種激光與機(jī)械復(fù)合修整金屬結(jié)合劑(BN砂輪的方法，該方
法對所述砂輪既能實現(xiàn)精密整形，同時又能進(jìn)行修銳，從而獲得良好的地形地 貌；滿足高效、精密磨削的要求。
本發(fā)明的技術(shù)方案是，釆用聚焦后功率密度達(dá)到去除CBN功率密度閾值1. 3 X108 W/cm2以上高功率密度脈沖激光，實施以下工藝步驟
(1) 針對金屬結(jié)合劑CBN非成形砂輪，通過聚焦透鏡將激光束聚焦，垂 直砂輪磨削面照射；
(2) 旋轉(zhuǎn)砂輪，通過千分表測量砂輪圓跳動，調(diào)整激光焦點位置，使焦 點落在圓跳動最大處；
(3) 調(diào)整激光參數(shù)，使得砂輪圓跳動最大處達(dá)到所述去除CBN功率密度 閾值，從而去除CBN和金屬結(jié)合劑；
(4) 所述砂輪沿軸向往復(fù)進(jìn)給，同時砂輪作回轉(zhuǎn)運動，經(jīng)過若干次燒蝕， 直至其圓跳動最大處附近CBN磨粒部分被整顆剝離、部分被微量去除、部分因 為結(jié)合劑去除而失去把持力；
(5) 接著，使用具有明確刀尖的單晶金剛石筆或碳化硅滾輪對所述砂輪 進(jìn)行整形，去除失去把持力的磨粒和被激光燒蝕的磨粒變質(zhì)層；
(6)重復(fù)以上激光修整和機(jī)械法整形交替進(jìn)行的復(fù)合過程，直至達(dá)到所需 的圓跳動和地形地貌。
以下對本發(fā)明做出進(jìn)一步說明。
本發(fā)明中，所述激光的連續(xù)輸岀平均功率可以是0—40W、重復(fù)頻率O. 5kHz 一10kHz、脈寬160 ns—500 ns;所述砂輪轉(zhuǎn)速為1—2 m/s; 所述激光的焦距為15mm—30mm，脈沖激光聚焦后的光斑直徑0.20mm —O. 22mm。
本發(fā)明工藝過程中，通過千分表測量砂輪圓跳動，調(diào)整激光焦點位置，使 焦點落在圓跳動最大處(此處激光燒蝕功率最大)；隨著跳動減小，沿徑向方向
聚焦激光開始離焦，使得功率密度減小，小于燒蝕功率密度閾值。這樣只在跳
動最大處附近才會去除CBN，每個單脈沖去除量在微米級，調(diào)整合適的運動參 數(shù)，使燒蝕凹坑相切或部分重疊，經(jīng)過若干次回轉(zhuǎn)后，圓跳動最大處附近C麗 磨粒部分被整顆剝離、部分被微量去除、部分因為結(jié)合劑去除而失去把持力。
砂輪回轉(zhuǎn)時隨砂輪隨著跳動減小，激光照射在砂輪表面光斑逐漸增大，功 率密度會逐漸減小，則調(diào)整激光參數(shù)，如平均功率、重復(fù)頻率(脈寬和峰值功 率)、離焦量等(功率密度受這些參數(shù)影響)，使得跳動最大處達(dá)到燒蝕功率密 度閾值，從而去除CBN和金屬結(jié)合劑。
本發(fā)明的技術(shù)原理是，為了克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，通過理論研究和大量試 驗選優(yōu)，建立一種復(fù)合修整法，即加工過程中首先避開"硬碰硬"，采用基于微 區(qū)熱作用的激光燒蝕精細(xì)加工的方法進(jìn)行預(yù)修整，然后采用具有明確刀尖的機(jī) 械法整形。
本發(fā)明的上述激光與機(jī)械復(fù)合修整金屬結(jié)合劑CBN砂輪的方法，較己有技術(shù) 顯著提高了金屬結(jié)合劑CBN砂輪修整效率、并使砂輪磨削面獲得良好的地形地 貌；滿足高效、精密磨削的要求。圖1為青銅結(jié)合劑CBN砂輪修整前觀察的表 面形貌，表面平整，磨粒凸出不高；圖2為采用金剛石滾輪10小時修整后的表 面形貌，圓跳動誤差從9(Vm減小到30,，主要表現(xiàn)表面形貌差，磨粒凸出不 高；圖3為復(fù)合法修整3小時的表面形貌，圓跳動誤差從90,減小到4一，
表面形貌良好。


圖1是砂輪修整前觀察的表面形貌-,
圖2是金剛石滾輪修整的表面形貌；
圖3是復(fù)合法修整的表面形貌；
圖4是實施本發(fā)明方法的一種實施例工裝示意圖，其中
1—高功率密度脈沖激光器，2—聚焦透鏡，3—金屬結(jié)合劑CBN砂輪，4一單 點金剛筆或SiC滾輪，5—磨床。
具體實施例方式
圖4是本發(fā)明激光與機(jī)械復(fù)合修整金屬結(jié)合劑CBN砂輪方法的一種實施例。 其中
高功率密度脈沖激光器1采用功率密度閾值能達(dá)到1.3X108 W/cm2的聲光 調(diào)QYAG脈沖激光，連續(xù)輸出平均功率0—40W,重復(fù)頻率0.5kHz — 10kHz，脈 寬160 ns_500 ns;
聚焦透鏡2的焦距為30mm,脈沖激光聚焦后的光斑直徑0. 22mm。
金屬結(jié)合劑CBN砂輪3轉(zhuǎn)速為1—2 m/s;
用千分表測量砂輪圓跳動，記下最高跳動處，如果是新砂輪，圓跳動往往 跳動大于0.1mm;打開激光器輸出小功率脈沖激光，調(diào)節(jié)磨床5，轉(zhuǎn)動砂輪3， 用薄片金屬試調(diào)，使焦點落在跳動最高處；逐漸增大激光器功率，達(dá)到去除CBN 閾值1.3X108 W/cm2，為使CBN燒蝕變質(zhì)層少，宜采用低脈沖頻率，窄脈寬； 砂輪沿軸向進(jìn)給，經(jīng)過若干次往復(fù)修整后，沿最高點附近CBN磨粒部分被整顆 剝離、部分被微量去除、部分因為結(jié)合劑去除而失去把持力；接著采用單晶金 剛石筆4或碳化硅滾輪整形；待失去把持力的部分CBN磨粒脫落后，用千分表 測量砂輪圓跳動，如果達(dá)到要求則結(jié)束。再檢測地形地貌是否可以，如果需進(jìn) 一步去除結(jié)合劑，則調(diào)低功率密度到CBN磨粒去除功率密度閾值以下，金屬結(jié)
合劑去除功率密度閾值以上(青銅結(jié)合劑去除功率密度閾值為1. 5X107W/cm2)， 實行修銳，至達(dá)到要求。如果圓跳動未達(dá)到要求則重復(fù)激光整形和修銳，機(jī)械 法整形過程。
權(quán)利要求
1、一種激光與機(jī)械復(fù)合修整金屬結(jié)合劑CBN砂輪的方法，其特征是，該方法為，采用聚焦后功率密度達(dá)到去除CBN功率密度閾值1.3×108W/cm2以上高功率密度脈沖激光，實施以下工藝步驟(1)針對金屬結(jié)合劑CBN非成形砂輪，通過聚焦透鏡將激光束聚焦，垂直砂輪磨削面照射；(2)旋轉(zhuǎn)砂輪，通過千分表測量砂輪圓跳動，調(diào)整激光焦點位置，使焦點落在圓跳動最大處；(3)調(diào)整激光參數(shù)，使得砂輪圓跳動最大處達(dá)到所述去除CBN功率密度閾值，從而去除CBN和金屬結(jié)合劑；(4)所述砂輪沿軸向往復(fù)進(jìn)給，同時砂輪作回轉(zhuǎn)運動，經(jīng)過若干次燒蝕，直至其圓跳動最大處附近CBN磨粒部分被整顆剝離、部分被微量去除、部分因為結(jié)合劑去除而失去把持力；(5)接著，使用具有明確刀尖的單晶金剛石筆或碳化硅滾輪對所述砂輪進(jìn)行整形，去除失去把持力的磨粒和被激光燒蝕的磨粒變質(zhì)層；(6)重復(fù)以上激光修整和機(jī)械法整形交替進(jìn)行的復(fù)合過程，直至達(dá)到所需的圓跳動和地形地貌。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述激光與機(jī)械復(fù)合修整金屬結(jié)合劑CBN砂輪的方法， 其特征是，所述激光的連續(xù)輸出平均功率0—40W，重復(fù)頻率0.5kHz —10kHz， 脈寬160 ns—500 ns。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述激光與機(jī)械復(fù)合修整金屬結(jié)合劑CBN砂輪的方法， 其特征是，砂輪轉(zhuǎn)速為l一2 m/s。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述激光與機(jī)械復(fù)合修整金屬結(jié)合劑CBN砂輪的方法， 其特征是，所述激光的焦距為15ram—30mm，脈沖激光聚焦后的光斑直徑0. 20咖 —0. 22,。
全文摘要
一種激光與機(jī)械復(fù)合修整金屬結(jié)合劑CBN砂輪的方法，包括采用高功率密度脈沖激光；通過聚焦透鏡將激光束聚焦，垂直砂輪磨削面照射；旋轉(zhuǎn)砂輪，測量砂輪圓跳動，調(diào)整激光焦點位置，使焦點落在圓跳動最大處；調(diào)整激光參數(shù)，使得砂輪圓跳動最大處達(dá)到所述閾值；所述砂輪沿軸向往復(fù)進(jìn)給并回轉(zhuǎn)，經(jīng)過若干次修整，直至其圓跳動最大處附近CBN磨粒部分被整顆剝離、部分被微量去除、部分因為結(jié)合劑去除而失去把持力；使用具有明確刀尖的單晶金剛石筆或碳化硅滾輪對所述砂輪進(jìn)行整形，去除失去把持力的磨粒和被激光燒蝕的磨粒變質(zhì)層；重復(fù)以上復(fù)合過程，直至達(dá)到所需的圓跳動和形貌。顯著提高了砂輪修整效率、并使砂輪磨削面獲得良好的形貌。
文檔編號B24B53/053GK101190504SQ20061013678
公開日2008年6月4日 申請日期2006年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月30日
發(fā)明者陳根余 申請人:湖南大學(xué)