CN103624684A - 一种锯齿加工用金属结合剂超硬磨料成型砂轮电火花修整装置 - Google Patents

一种锯齿加工用金属结合剂超硬磨料成型砂轮电火花修整装置 Download PDF

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Abstract

一种锯齿加工用金属结合剂超硬磨料成型砂轮电火花修整装置，包括X方向数控运动模组，Y方向数控运动模组，Z方向数控运动模组，绝缘夹具，细长工具电极，CCD在线检测装置，数控操作装置以及高频电源，细长工具电极通过绝缘定位夹具安装在Z方向数控运动模组上，而数控操作装置根据砂轮最初形貌以及CCD在线检测装置的实时形貌生成CNC代码，用以控制X方向数控运动模组，Y方向数控运动模组，Z方向数控运动模组联动。该装置采用直径0.3～5mm工具电极，用数控电火花放电的方式来蚀除粘结超硬磨料的金属结合剂，能有效实现成型砂轮的精密修整。

Description

一种锯齿加工用金属结合剂超硬磨料成型砂轮电火花修整装置
技术领域
本发明关于金属结合剂超硬磨料成型砂轮的修整技术领域，具体是一种锯齿加工用金属结合剂超硬磨料成型砂轮的电火花修整装置。
背景技术
随着机械和建材行业的迅猛发展，锯片的需求量越来越大，同时锯片材料的硬度越来越高，就目前市场上已有高速钢（HSS）、整体硬质合金、钨钢、镶齿合金、金刚石等。无论是锯片的生产还是翻新修磨，都必须使用砂轮对锯片进行磨削加工或研磨。然而随着材料的硬度越来越高，特别是硬质合金的在刀具行业的广泛应用，砂轮的要求也越来越严格。
超硬磨料砂轮，特别是金刚石砂轮在磨削硬质合金时具有独特的效果，其磨粒韧性、硬度、耐用度是刚玉类砂轮的100倍。但金刚石砂轮随着磨削的进行，也会不断被消耗，使得砂轮变钝，且失去原有的形状，更有甚者出现伤口使砂轮偏心而引起激振，从而造成整个磨削过程的不稳定以及影响工件表面的磨削质量。因此，对超硬磨料砂轮的修整显得极为重要。目前砂轮修整法很多，针对氧化铝、碳化硅砂轮主要采用金刚石笔车削修整法，该方法针对普通砂轮的修整，且金刚笔为脆性材料，在修整过程中因硬接触容易被磨钝甚至脆裂变形，用于高硬度磨料砂轮时效果较差；针对树脂CBN砂轮、金刚石砂轮主要采用SiC杯形砂轮修整法，该方法在修整高硬度磨料砂轮方面有良好的效果，但修整方式采用硬接触方式，对砂轮轴线和砂轮轮廓的精度要求以及对修整装置的刚性要求都非常高，以防止接触不平整造成砂轮共振。为此，电火花加工技术不断引入修整技术，尤其是对金属结合剂超硬磨料砂轮的修整。
目前，从对金属结合剂超硬磨料砂轮修整的相关文献来看，电火花修整大多采用平面式电极或成型电极，这种修整方式基本采用线面或面面接触的方式，利用这样的电极去接触磨损变形的砂轮，可能会造成电极的不均匀性损耗，以致电极失去其原来形貌，需要多次重复加工电极，增加了工时和成本。
发明内容
本发明的目的是提供一种锯齿加工用金属结合剂超硬磨料成型砂轮的电火花修整装置，利用电火花放电来蚀除粘结超硬磨料的金属结合剂并结合数控装置，以达到成型砂轮的精密修整。
本发明的构思源于金属结合剂砂轮具有导电性，放电加工原理以及现有的成熟的数控术。所以金属结合剂超硬磨料成型砂轮通过电刷连接高频电源的正极，工具电极连接高频电源的负极，在电极靠近砂轮时形成放电间隙，产生电火花。工具电极与金属结合剂超硬磨料成型砂轮之间进行点电蚀，在数控联动作用下，可以对整个砂轮的型面进行修整；一方面电火花修整采用的非接触修整方式能有效避免了因硬接触所造成的损伤，另一方面避免了金属结合剂超硬磨料成型砂轮与成型工具电极之间的接触面积过大而造成的电弧放电现象。放电修整时，电火花只会电蚀去除成型砂轮中的金属结合剂，但火花温度不能过高，以免烧伤超硬磨料，当金属结合剂被蚀除后超硬磨料会自然脱落，未脱落的超硬磨料可作为磨削刀刃进行加工用。
本发明的实现过程是：一种锯齿加工用金属结合剂超硬磨料成型砂轮电火花修整装置，它的步骤为：
1.准备工具电极，直径在0.3～5mm之间，配备绝缘电极夹具；
2.CCD在线检测装置扫描磨损后砂轮轮廓，比对原始砂轮轮廓，将轮廓曲线生成CNC代码；
3.数控操作装置根据CNC代码自动进给，高频脉冲电源在工具电极与金属结合剂砂轮之间放电腐蚀；
4.随着砂轮修整与工具电极的变化实时调整加工程序。
上述长工具电极的材料选用黄铜、紫铜或石墨，工具电极的直径以金刚石修整笔中的金刚石尺寸为参考，选择0.3～5mm范围内，主要用于粗修和精修。
上述的CCD在线检测装置受环境的影响，由于电火花修整需要专用工作液的辅助，因此为防止专用工作液对CCD在线检测装置的影响，CCD镜头安装于砂轮的顶部，并在镜头之间加装水雾驱散装置。
上述的砂轮放电加工的线速度应控制在0.1～0.25米/秒，最佳放电线速度为0.15米/秒左右。
上述的高频脉冲电源和数控操作装置可以是数控电火花成型机床电气设备，也可以是开放式数控设备和高频脉冲电源的组合，运动模组可以采用单轴模组的自由组合，以此来实现放电加工。
本发明在实际应用中的具体程序：
1.选用黄铜、紫铜或石墨材料来制作直径0.3～5mm范围内的工具电极；
2.选用有机玻璃或ABS制作工具电极夹具，以保证绝缘；
3.调整CCD在线检测装置，以保证成像清晰，开启水雾驱散装置；
4.砂轮安装在装置主轴上，以0.15米/秒的线速度做旋转运动；
5.数控运动模组做伺服进给运动，进行放电修整；
6.实时监测砂轮形貌，根据砂轮轮廓和工具电极的损耗实时修改CNC代码，保证修整精度。
放电修整过程中，先开启水雾驱散装置，再将CCD在线检测装置开启，调整聚焦，然后开启装置主轴，使砂轮随装置主轴做旋转运动，旋转线速度保持在0.1～0.25米/秒范围内，防止甩液情况发生，最后将CCD在线检测装置的数据传输给数控装置，由数控装置驱动数控运动模组做伺服进给运动。修整过程应时刻注意CCD装置所反馈的砂轮形貌，及时调整CNC代码，同时观察工具电极放电情况，需要适当调整，放电过大，温度过高，会使得超硬磨料烧伤，放电过小，电蚀去除量少，加工效率降低。
本发明已可以用于表面磨损的金属结合剂超硬磨料成型砂轮，尤其是锯齿加工用金属结合剂超硬磨料成型砂轮的修整。该方法与已有的金刚笔修整法和电解修整法相比，具有控制精度高，修整轮廓可观察性，修整过程无需反复拆卸，操作方便，对成型面的加工范围广，适合于金属结合剂超硬磨料成型砂轮的修整。
附图说明
图1是金属结合剂超硬磨料成型砂轮修整的示意图；
图中：1.X方向数控运动模组，2.Y方向数控运动模组，3.Z方向数控运动模组，4.绝缘夹具，5.细长工具电极，6.电火花专用工作液，7.金属结合剂超硬磨料成型砂轮，8.CCD在线检测装置。
图2是将磨损的金属结合剂超硬磨料成型砂轮修整过程示意图。
图中：71.磨损的成型砂轮，72.修整时成型砂轮电蚀去除部分，73.修整后的成型砂轮。
具体实施方式
如图1所示，本发明的总体装置，包括X方向数控运动模组1，Y方向数控运动模组2，Z方向数控运动模组3，绝缘夹具4，工具电极5，CCD在线检测装置8，数控操作装置以及高频电源。
X方向数控运动模组1，Y方向数控运动模组2，Z方向数控运动模组3全部连接到数控装置，CCD在线检测装置8检测砂轮端面形状并将数据信息传送到数控装置，数控系统实时调整加工状态。工具电极5安装在绝缘夹具4上，并与高频脉冲电源的负极连接。砂轮7安装在修整装置主轴上，由主轴带动旋转，砂轮7端面通过电刷连接到高频脉冲电源的正极。
砂轮形貌的改变有多种形式，一般我们称为均匀式磨损和非均匀式磨损（如磕碰形成的缺口），不管哪种方式的磨损，首先利用CCD在线检测装置对砂轮形貌进行检测，确定修整路径。如图2所示，砂轮为均匀式磨损，将磨损后的成型砂轮71与磨损前的成型砂轮进行比对，确定磨损的成型砂轮需要修整的部分72，采用工具电极从底部放电修整的方式，沿拟合曲线由下往上进行电蚀修整，由于电极在修整过程有损耗，因此在修整过程，应根据电极损耗进行实时补偿。
在放电修整过程中，先开启水雾驱散装置，再将CCD在线检测装置8开启，调整聚焦，然后开启修整装置主轴，使砂轮7随主轴做旋转运动，最后将CCD在线检测装置8的数据传输给数控装置，由数控装置驱动数控运动模组做伺服进给运动。修整过程应时刻注意CCD装置所反馈的砂轮形貌，及时调整CNC代码，同时观察工具电极放电情况，需要适当调整，放电过大，温度过高，会使得超硬磨料烧伤，放电过小，电蚀除量少，加工效率降低。
本发明所采用的工具电极5的材料选用黄铜、紫铜或石墨，工具电极5的直径以金刚石修整笔中的金刚石尺寸为参考，选择0.3～5mm范围内，分别用于粗修和精修。
本发明所采用的CCD在线监测装置8受环境的影响，由于电火花修整需要专用工作液的辅助，因此为防止专用工作液对CCD在线监测装置8的影响，CCD安装于砂轮的顶部，并在镜头之间加装水雾驱散装置。
本发明所采用的砂轮7放电加工的线速度应控制在0.1～0.25米/秒，最佳放电线速度为0.15米/秒。
本发明所采用的高频脉冲电源和数控操作装置可以是数控电火花成型机床电气设备，也可以是开放式数控设备和高频脉冲电源的组合，运动模组可以采用单轴模组的自由组合，以此来实现放电加工。
本发明在生产加工过程中具备以下优点：
1.无需制备成型工具电极，利用工具电极代替成型电极，既起到了粗修和精修的作用，又降低了耗材成本。
2.本装置以成型电火花机床为背景，操作简单方便，工作强度低。
3.采用数控系统结合CCD在线检测装置联合控制，不仅使修整过程可观察，也使修整精度得到提升。
4.本修整方法适用于金属结合剂超硬磨料成型砂轮的修整。

Claims (5)

1.一种锯齿加工用金属结合剂超硬磨料成型砂轮电火花修整装置，包括X方向数控运动模组1，Y方向数控运动模组2，Z方向数控运动模组3，绝缘夹具4，工具电极5，CCD在线检测装置8，数控操作装置以及高频电源，其特征在于：所述细长工具电极5通过绝缘定位夹具安装在Z方向数控运动模组3上，而数控操作装置根据砂轮7最初形貌以及CCD在线检测装置的实时形貌生成CNC代码，用以控制X方向数控运动模组1，Y方向数控运动模组2，Z方向数控运动模组3联动，CCD在线检测装置8可以做到，一方面观察砂轮7形貌的实时变化，另一方面根据电极的消耗实时修正CNC代码以维持原轮廓不变。
2.根据权利1所述的锯齿加工用金属结合剂超硬磨料成型砂轮电火花修整装置，其特征在于：所述的工具电极5的材料选用黄铜、紫铜或石墨，工具电极5的直径以金刚石修整笔中的金刚石尺寸为参考，选择0.3～5mm范围内。
3.根据权利1所述的锯齿加工用金属结合剂超硬磨料成型砂轮电火花修整装置，其特征在于：所述的CCD在线检测装置8受环境的影响，电火花修整需要专用工作液的辅助，因此为防止专用工作液对CCD装置的影响，CCD镜头安装于砂轮7的顶部，并在镜头之间加装水雾驱散装置。
4.根据权利3所述的锯齿加工用金属结合剂超硬磨料成型砂轮电火花修整装置，其特征在于：所述的砂轮7在放电修整时其线速度控制在0.1～0.25米/秒，最佳线速度为0.15米/秒左右。
5.根据权利1、2、3、4所述的锯齿加工用金属结合剂超硬磨料成型砂轮电火花修整装置，其特征在于：所述的X方向数控运动模组1，Y方向数控运动模组2，Z方向数控运动模组3均带有伺服电机和伺服控制器，其运动由数控操作装置控制和CCD在线检测装置联合控制，所述的工具电极5和被修整砂轮之间的放电电源由数控操作装置与高频脉冲电源箱联合控制。
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