CN101642895B - 超硬磨料砂轮的激光修整方法 - Google Patents

超硬磨料砂轮的激光修整方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种超硬磨料砂轮的激光修整方法，包括如下步骤：a、将砂轮安装到数控磨床上使砂轮旋转；b、用激光位移传感器对准砂轮的表面，并使激光位移传感器相对砂轮有轴向进给运动，对砂轮表面进行扫描，将扫描的数据输入存有砂轮理想轮廓的计算机中，形成砂轮表面实际轮廓，并与砂轮的理想轮廓进行比较，得到去除余量的分布情况；c、由计算机通过微处理控制器向数控磨床及激光器发出修整控制信号，使激光器根据控制信号发出相应能量大小的激光脉冲对砂轮上需要修整的各点进行烧蚀，然后再由激光位移传感器检测该点当前的剩余余量，对计算机中的该点余量进行实时更新；d、对步骤c反复进行直到达到所需的修整精度。

Description

超硬磨料砂轮的激光修整方法
技术领域
本发明涉及一种超硬磨料砂轮的激光修整方法。
背景技术
砂轮在使用之初和使用一段时间后都需要修整，砂轮的修整分为整形和修锐两个过程。整形是指对砂轮工作表面进行微量“切削”，使砂轮达到所要求的几何精度，并使磨粒尖端微细破碎，形成锋利磨刃的过程。修锐是指除去磨粒间的部分结合剂，使磨粒凸出结合剂之外，形成切削刃，同时产生足够的容屑空间的过程。由于超硬磨料硬度非常高，基于“硬碰硬”的方法很难实现高精度、高效率的修整，其形状精度要求很高，所以修整显得尤为困难，是超硬磨料砂轮进一步推广应用的瓶颈和数控精密磨床中的关键技术难题。
当前，超硬磨料砂轮修整技术有电火花修整法、GC杯形砂轮修整法、电解修整法以及电解在线修锐法(ELID)等等。电火花修整法修整精度较高，但修整速度慢，效率低；GC杯形砂轮修整机理同磨削油石法相类似，主要依赖磨料对金属结合剂的研蚀去除作用，这样就造成砂轮修整器的损耗较大，而且需用较复杂的专用修整装置，与各类磨床的结合性较差，难于实现超硬磨料砂轮的在线修整；电解修整法速度快但难以整形，且由于阴极工具和砂轮之间的电场、流场、电极反应动力过程的影响，加工间隙不是处处相等，从而使被修整的表面凸凹不均，磨削粗糙度不理想；电解在线修锐法(ELID)只适应金属结合剂微粉砂轮的修锐。当前的超硬磨料砂轮修整方法普遍存在修整成本高、效率低、装置复杂、操作不易掌握等局限性。研究出一种高效率、适应性各种超硬磨料砂轮、工业化应用程度高的修整方法已成当务之急。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能有效提高修整精度及修整效率的超硬磨料砂轮的激光修整方法。
本发明提供的这种超硬磨料砂轮的激光修整方法，包括如下步骤：
a、将砂轮安装到数控磨床上使砂轮旋转；
b、用激光位移传感器对准砂轮的表面，并使激光位移传感器相对砂轮有轴向进给运动，对砂轮表面进行扫描，将扫描的数据输入存有砂轮理想轮廓的计算机中，形成砂轮表面实际轮廓，并与砂轮的理想轮廓进行比较，得到去除余量的分布情况；
c、由计算机通过微处理控制器向数控磨床及激光器发出修整控制信号，使激光器根据控制信号发出相应能量大小的激光脉冲对砂轮上需要修整的各点进行烧蚀，然后再由激光位移传感器检测该点当前的剩余余量，对计算机中的该点余量进行实时更新；
d、对步骤c反复进行直到达到所需的修整精度。
本发明所采用的超硬磨料砂轮的激光修整方法，利用激光位移传感器的高分辨率、高精度特性，并运用计算机分析、处理检测数据，因此检测出的加工余量是非常精准的，获得了精准的加工余量后再通过激光器来进行烧蚀去除砂轮表面不需要的磨粒和结合剂，最终使砂轮获得所需的几何形状。激光修整基于热的熔化和气化机理，具有高功率密度、高注入速度、高加工效率、无工具损耗、非接触、易控制和无公害等特点，是一种很有发展前途的修整新技术。激光修整超硬磨料砂轮是基于激光烧蚀的机理，如果激光功率密度足够高，可同时去除砂轮表面的磨粒和结合剂，通过控制砂轮的运动参数，使砂轮获得所需的几何形状，达到整形的目的。另一方面，通过控制激光加工参数，可选择性地去除结合剂材料，而不损伤超硬磨粒，使磨粒突出，在砂轮表面形成容屑空间，从而达到修锐的目的。激光修整为非接触加工，无机械作用力，无修整工具的消耗，且热作用区域小，能得到较大的容屑空间和合适的磨粒凸出高度，修整效率高，且易实现自动化。
本发明的这种超硬磨料砂轮的激光修整方法修整出来的砂轮精度非常高，特别适用于砂轮修整的精加工，尤其是对成形砂轮(非圆柱面砂轮)的修整其精度是目前传统修整方法无法达到的。本发明对超硬磨料砂轮进行激光修整的工艺就是利用现有高功率脉冲激光修整方法来作粗加工，再利用本发明的修整方法来作精加工的，这样不仅能使加工精度达到要求，而且能降低加工成本。
附图说明
图1是本发明激光修整方法所需设备的结构示意图。
具体实施方式
所需设备：
数控磨床、计算机、微处理控制器、激光位移传感器、光纤激光器、编码器。
修整砂轮的方法按如下步骤进行：
a、将砂轮安装到数控磨床上使砂轮旋转，并使激光位移传感器相对砂轮有相对进给；
b、将砂轮的理想轮廓数据存储于计算机中，打开激光位移传感器，发射检测激光到砂轮表面，计算机发出开始扫描信号，微处理器同时向编码器和数控磨床主轴电机及进给电机发出启动信号，编码器用于记录砂轮起始位置，数控磨床主轴和进给电机按指定方式旋转和进给，激光位移传感器开始采集数据，并将采集的数据通过信号采集电路存储于计算机中，扫描完整个砂轮后，(即激光位移传感器得到空信号)计算机发出停止信号，微处理控制器发出控制信号使编码器记录下砂轮的停止位置，并使数控磨床停止主轴旋转和进给，将计算机中存储的砂轮表面位置检测数据进行拟合，形成砂轮表面实际轮廓，并与计算机中预先设定的砂轮理想轮廓进行比较，得到各点最佳的去除余量；
c、由计算机通过微处理控制器向数控磨床的主轴和进给电机及激光器发出修整控制信号，使激光器根据控制信号的强弱发出相应能量大小的激光脉冲对砂轮上需要修整的各点进行烧蚀，然后再由激光位移传感器检测该点当前的剩余余量，对计算机中的该点余量进行更新；
d、对步骤c反复进行直到更新余量为零。
对于上述方法中用到的设备可以采用如图1所示的方式进行连接，将砂轮理想轮廓存入计算机中，将编码器安装在数控磨削机床的主轴上，激光位移传感器可以安装在进给台上来采集砂轮的表面位置信号，激光位移传感器通过信号采集电路与计算机连接，将采集的信号送入计算机，微处理器模块通过串口通讯模块与计算机通讯，微处理控制器包括微处理器模块、串口通讯模块、储存模块，微处理器模块通过串口通讯模块与计算机通讯，同时将控制信号传给光纤激光器、数控磨削机床的进给电机、安装在数控磨削机床主轴上的编码器，控制数控磨削机床的进给、转速及砂轮旋转的起始位和停止位及激光器的频率、脉冲和功率。由激光位移传感器对砂轮的磨削表面扫描得到砂轮磨削表面实际轮廓数据，然后与计算机预先存储的砂轮理想轮廓进行比较，得到修整余量，编码器将砂轮当前所处位置信号上传，并由计算机获得当前砂轮位置的修整余量。由计算机内设的专门程序确定相应的激光参数，并将信号传给微处理控制器，由微处理控制器发出相应信号控制调节(光纤)激光器的频率、脉冲和功率等参数，由激光器发出相应的激光对砂轮该点进行烧蚀修整，再由激光位移传感器检测该点的当前剩余余量，对计算机中的该点余量进行更新。反复对更新的余量进行烧蚀，直到余量允许范围之内，修整完成。

Claims (1)

1.一种超硬磨料砂轮的激光修整方法，其特征在于包括如下步骤：
a、将砂轮安装到数控磨床上使砂轮旋转；
b、用激光位移传感器对准砂轮的表面，并使激光位移传感器相对砂轮有砂轮轴向进给运动，对砂轮表面进行扫描，将扫描的数据输入存有砂轮理想轮廓的计算机中，形成砂轮表面实际轮廓，并与砂轮的理想轮廓进行比较，得到去除余量的分布情况；
c、由计算机通过微处理控制器向数控磨床及激光器发出修整控制信号，使激光器根据控制信号发出相应能量大小的激光脉冲对砂轮上需要修整的各点进行烧蚀，然后再由激光位移传感器检测烧蚀点当前的剩余余量，对计算机中的烧蚀点余量进行实时更新；
d、对步骤c反复进行直到达到所需的修整精度。
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