CN103770006A - 电火花修整金刚石砂轮的方法、使用的盘状电极和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电火花修整金刚石砂轮的方法、使用的盘状电极和装置。现有技术存在不能修整复杂曲面金刚石砂轮、修整工具易损耗从而降低修整精度的问题。本发明提供一种数控电火花修整金刚石砂轮的方法及装置，让电极端面与金刚石砂轮表面点接触方式进行放电，加工（一次电火花放电蚀除）量细微，实现高精度修锐，多次电火花单点加工可实现点的高精度蚀除（修形）；采用数控技术，实现盘状电极的复杂曲线运动，高精度复杂曲面的修整；电蚀时作用产生的整体作用是修圆，会使盘状电极外形圆形精度更高，实现工具（盘状电极）与工件（金刚石砂轮）的互励。本发明的优点是可以轻松能修整复杂曲面金刚石砂轮、修整工具易损耗从而降低修整精度的问题。

Description

电火花修整金刚石砂轮的方法、使用的盘状电极和装置

技术领域

本发明涉及金刚石砂轮修整领域，具体涉及一种电火花修整金刚石砂轮的方法、使用的盘状电极和装置。

背景技术

现代机械加工业对精度的要求越来越高，许多硬脆难加工材料如硬质合金、光学晶体、陶瓷、单晶硅等通常采用金刚石砂轮进行磨削加工，金刚石砂轮是将金刚石颗粒用金属结合剂粘合成的盘状加工工具。在磨削加工过程中，金刚石砂轮工作表面会逐渐损伤，出现表面形状改变和磨粒钝化现象。磨粒钝化会使加工磨削力增大，磨削温度上升，导致被加工工件工作表面出现微裂和烧伤色，降低了工件表面的完整性；金刚石砂轮的工作表面也失去了原有的轮廓形状，使加工精度降低。为了保证加工质量，必须使砂轮保持锋利和正确的轮廓形状，因此对磨损后的砂轮进行修整才能再次使用。金刚石砂轮的修整包括修锐和修形两个方面，修锐是指使金刚石磨粒裸露出来，修形是指使砂轮的轮廓形状修整到设计形状一致。目前常用的修整方法有机械修整方法和电火花修整方法等。

机械修整法是采用修整工具与金刚石砂轮对磨方式来实现对砂轮的修锐或者平面圆柱面等简单形状修形。平面加工时，金刚石砂轮静止不动，修整工具沿金刚石砂轮表面进行王府往复运动形成对磨，对磨的同时修整工具也会发生磨损，致使修整工具的轮廓形状变化而发生改变，所以不能进行高精密的修整；圆柱面加工时，金刚石砂轮做旋转运动，修整工具做直线往复运动，与金刚石砂轮外圆柱面形成对磨，对磨的同时修整工具也会发生磨损，致使修整工具的轮廓形状变化而发生改变。专利CN202780833介绍了一种数控外圆磨床金刚石砂轮修整装置，可实现对金刚石砂轮的外圆和端面进行形状修整；专利CN102019585介绍一种基于数控对磨成型的金刚石砂轮V形尖角精密修整方法，采用边缘为V形盘状修整工具，修正工件做往复直线运动使V形侧面与金刚石砂轮V尖侧面形成对磨，用同样方法对磨金刚石砂轮V尖的另一侧面，从而实现整个V尖的修锐。总体来讲，目前的机械式修整法均是依靠修整工具与砂轮的简单运动达到简单型面的修整目的的一种修整方法。

电火花修整法是利用电极放电实现工件表面材料的去除从而达到修整的目的。电火花修整过程中，利用修整电极表面与金刚石砂轮表面的面接触或者线接触微细间隙实现电火花放电，电火花蚀除金刚石砂轮表面的金属结合剂，当金属结合剂被蚀除较多时，会使粘合在上面的金刚石颗粒脱落，从而达到金刚石砂轮表面修形目的；作用同样会使修整电极发生电蚀损耗，致使修整条件因为修整电极的轮廓形状变化而发生改变，所以不能进行高精密的修整。专利CN102490121介绍了一种气中放电对磨的金属基金刚石砂轮V形尖角修整方法，采用V形边缘电极，利用电极边缘表面沿与金刚石砂轮V尖侧面往复直线运动，进行接触，其接触微细间隙差生放电作用，从而对金刚石砂轮表面的修形，用同样的方法实现V尖另一侧面修形，从而实现V尖的修锐。采用了电火花放电技术依然是只能实现简单平面和圆柱面的修形，而不能修整复杂曲面金刚石砂轮。同时电蚀会使修整工具产生损耗，致使修整条件因为修整工具的轮廓形状变化而发生改变，从而降低了修整精度。当修整工具损耗到一定程度时，需要更换新的修正工具。

发明内容

    本发明要克服现有技术存在的不能修整复杂曲面金刚石砂轮、修整工具易损耗从而降低修整精度的问题。

为了克服目前技术的缺点，本发明提供一种数控电火花修整金刚石砂轮的方法，包括下述步骤：

一、盘状电极与金刚石砂轮轴线平行安装；

二、控制数控系统，使盘状电极与金刚石砂轮均高速旋转；

三、控制数控系统使盘状电极沿着金刚石砂轮的复杂型面轨迹移动，盘状电极边缘接近与金刚石砂轮点接触；

四、盘状电极与金刚石砂轮形成微小对磨，产生微小的切屑与砂轮的金属结合剂之间的产生放电，从而砂轮的表面金属结合剂被蚀除，使金刚石颗粒裸露出来，达到修锐目的；

五、切屑因高速旋转产生的离心作用而甩掉，结束本次放电作用；

六、重复过程三、四和五蚀除较多的金属，从而将粘合在金属结合剂上的金刚石颗粒蚀除，达到修形目的。

上述方法中所用盘状电极的形状为圆盘形，整体导电，中部加厚，边缘薄，边缘处截面为矩形。矩形的两个边形成两个尖端。

上述方法中所用盘状电极的形状为圆盘形，整体导电，中部加厚，边缘薄，边缘处截面为V尖形。V尖形有一个尖端，磨损后修形容易。

上述方法中所用盘状电极的形状为圆盘形，整体导电，中部加厚，边缘薄，边缘处的端部为圆弧形。圆弧形在于平面接触时，具有多个尖端。

一种使用上述盘状电极的装置，包括二维数控工作台和修整机构，二维数控工作台包含X轴和Y轴的平台，可沿X轴和Y轴两个方向移动，盘状电极与第一电机连接，金刚石砂轮与第二电机连接，电源的一端通过导线与金刚石砂轮相连接，电源的另一端通过导线和盘状电极相连接。

1）    上述电源是脉冲电源、交流电源或直流电源。

与现有技术相比，本发明的优点是：

1）本发明创造性地提出，在砂轮旋转的同时转动修整工具，采用中间厚边缘薄的盘状电极作为修整工具，让电极端面与金刚石砂轮表面点接触方式进行放电，加工（一次电火花放电蚀除）量细微，可实现高精度修锐，多次电火花单点加工可实现点的高精度蚀除（修形）；

2）采用数控技术，实现盘状电极的复杂曲线运动，从而实现高精度复杂曲面的修整；

3）电蚀时修整工具盘状电极同样被损耗，但是因为盘状电极是圆盘形，因为盘状电极的高速旋转运动，其电蚀作用产生的整体作用是修圆，会使盘状电极外形圆形精度更高，实现了工具（盘状电极）与工件（金刚石砂轮）的互励。

附图说明：

图1是装置结构示意图；

图2为盘状电极与金刚石砂轮接触局部位置放大图；

图3为本发明盘状电极与金刚石砂轮气中对磨和放电原理图；

图4为本发明盘状电极径向示意图；

图5为本发明盘状电极轴向示意图；

图6为边缘形状为矩形的盘状电极边缘局部放大示意图；

图7为边缘形状为V尖形的盘状电极边缘局部放大示意图；

图8为边缘形状为圆弧形的盘状电极边缘局部放大示意图；

图9为用边缘形状为矩形的盘状电极进行普通外侧面工作型金刚石砂轮的修整示意图；

图10为用边缘形状为V尖形的盘状电极进行凹面工作型金刚石砂轮的修整示意图；

图11为用边缘形状圆弧形的盘状电极进行凹面工作型金刚石砂轮的修整示意图；

图12为用边缘形状为V尖形边缘形状圆弧形的盘状电极进行圆柱凸面工作型金刚石砂轮的修整示意图；

图13为用边缘形状圆弧形的盘状电极进行圆柱凸面工作型金刚石砂轮的修整示意图；

图14为用边缘形状为矩形的盘状电极尖角磨损后用金刚石砂轮的修复示意图；

图15为用边缘形状为V尖的盘状电极尖角磨损后用金刚石砂轮的修复示意图；

附图标记为：

1二维数控工作台，2第一电机，3金刚石砂轮； 4第二电机，5为电源，6为导线，7为盘状电极；8切屑；9为放电；10金刚石砂轮表面金属结合剂；11金刚石颗粒，12金刚石砂轮外侧面，13金刚石砂轮弧形端面。

具体实施方式：

    下面将结合附图对本发明进行详细地说明。

本发明提供的一种电火花修整金刚石砂轮的方法，包括下述步骤：

一、盘状电极7与金刚石砂轮3轴线平行安装；

二、控制数控系统，使盘状电极7与金刚石砂轮3均高速旋转；

三、控制数控系统使盘状电极7沿着金刚石砂轮的复杂型面轨迹移动，盘状电极7边缘接近与金刚石砂轮点接触；

四、盘状电极7与金刚石砂轮3形成微小对磨，产生微小的切屑8与金刚石砂轮表面金属结合剂10之间的产生放电9，从而金刚石砂轮表面金属结合剂10被蚀除，使金刚石颗粒11裸露出来，达到修锐目的；

五、被蚀除的金属结合剂和导电粉末因高速旋转产生的离心作用而甩掉，结束本次放电9作用；

六、重复过程3）、4）和5）蚀除较多的金属，从而将粘合在金刚石砂轮的表面金属结合剂10上的金刚石颗粒11蚀除，达到修形目的。

参见图3，加工原理如下：

盘状电极7的边缘与金刚石砂轮3距离较远时不能形成放电9，不加工；达到一定间隙时可实现放电9加工，从而实现对金刚石砂轮表面金属结合剂10的电蚀；如果接触形成对磨时，盘状电极7表面与金刚石砂轮3表面产生对磨，从而产生切屑8，切屑8在金刚石颗粒11之间的空隙处产生放电9，实现放电9作用，同时对金刚石表面金属结合剂10进行电蚀，实现修锐；当放电9作用加强，金刚石表面金属结合剂10蚀除较多时，金刚石颗粒11脱离，实现修形。

该方法中使用数控系统都控制盘状电极7和金刚石砂轮3的转动是关键，实现的机构可以有很多。参见图1，本发明提供一种使用上述盘状电极7的装置，包括二维数控工作台1和修整机构，二维数控工作台1包含X轴和Y轴的平台，可沿X轴和Y轴两个方向移动，盘状电极7与第一电机2连接，金刚石砂轮3与第二电机4连接，电源5的一端通过导线6与金刚石砂轮3相连接，电源5的另一端通过导线6和盘状电极7相连接。

上述电源5是脉冲电源、交流电源或直流电源。

本方法中所用的电极为盘状的，具体为以下的三种：

参见图6：所用盘状电极7的形状为圆盘形，整体导电（材料为紫铜、黄铜或导电塑料等良导体），中部加厚，边缘薄，边缘处截面为矩形。矩形的两个边形成两个尖角，矩形的尖角部分与金刚石砂轮3点接触放电；盘状电极7损耗（尖角被蚀除）后，可用金刚石砂轮3修复。修复方法简单易行，所以可多次反复使用。金刚石砂轮3与盘状电极7可以互相加工，为最常用的一种电极。

参见图7：所用盘状电极7的形状为圆盘形，整体导电，中部加厚，边缘薄，边缘处截面为V尖形。V尖形有一个尖端，磨损后修形容易。一般用于复杂曲面的加工，主要用在使用边缘为矩形的盘状电极7加工时可能会产生干涉（电极非加工部分与金刚石砂轮3接触）的情况，利用V尖端与金刚石砂轮3的点接触放电作用来进行修整；但其V尖被蚀除后电极的修复需要进行两侧修磨后再次使用，比边缘为矩形的盘状电极7复杂。

参见图8：上述方法中所用盘状电极7的形状为圆盘形，整体导电，中部加厚，边缘薄，边缘处的端部为圆弧形。圆弧形在于平面接触时，具有多个尖端。

实施例1：

金刚石砂轮3工作表面为金刚石砂轮外侧面12，采用边缘为矩形的盘状电极7。具体实施步骤如下（图9）：

1）        盘状电极7与金刚石砂轮3轴线平行安装；

2）        控制系统控制盘状电极7与金刚石砂轮3高速旋转；

3）        控制系统使盘状电极7沿着金刚石砂轮3的复杂型面轨迹移动，使盘状电极7边缘矩形尖角与金刚石砂轮外侧面12点接触；

4）        盘状电极7与金刚石砂轮3形成微小对磨，产生微小的切屑8与金刚石砂轮的金属结合剂10之间的产生放电，从而金刚石砂轮表面金属结合剂10被蚀除，使金刚石颗粒11裸露出来，达到修锐目的；

5）        被蚀除的金刚石砂轮表面金属结合剂10和导电粉末因高速旋转产生的离心作用而甩掉，结束本次放电9作用；

6）        重复过程3）、4）和5）蚀除较多的金属，从而将粘合在金属结合剂上的金刚石颗粒11蚀除，完成金刚石砂轮3修形；

7）        控制盘状电极7和金刚石砂轮3停止运动，取下盘状电极7和金刚石砂轮3。

实施例2：

金金刚石砂轮3工作表面为内凹面，采用边缘为V尖形的盘状电极7。具体实施步骤如下（图10）：

1）        盘状电极7与金刚石砂轮3轴线平行安装；

2）        控制系统控制盘状电极7与金刚石砂轮3高速旋转；

3）        控制系统使盘状电极7沿着金刚石砂轮3的复杂型面轨迹移动，使盘状电极7边缘V形尖角与金刚石砂轮弧形端面13点接触；

4）        盘状电极7与金刚石砂轮3形成微小对磨，产生微小的切屑8与金刚石砂轮表面金属结合剂10之间的产生放电9，从而金刚石砂轮表面金属结合剂10被蚀除，使金刚石颗粒裸露11出来，达到修锐目的；

5）        被蚀除的金刚石砂轮表面金属结合剂10和导电粉末因高速旋转产生的离心作用而甩掉，结束本次放电9作用；

6）        重复过程3）、4）和5）蚀除较多的金属，从而将粘合在金刚石砂轮表面金属结合剂10上的金刚石颗粒11蚀除，完成金刚石砂轮3修形；

7）  控制盘状电极7和金刚石砂轮3停止运动，取下盘状电极7和金刚石砂轮3。

实施例3：

金金刚石砂轮3工作表面为内凹面，采用边缘为圆弧的盘状电极7。具体实施步骤如下（图11）：

1）        盘状电极7与金刚石砂轮3轴线平行安装；

2）        控制系统控制盘状电极7与金刚石砂轮3高速旋转；

3）        控制系统使盘状电极7沿着金刚石砂轮3的复杂型面轨迹移动，使盘状电极7边缘圆弧与金刚石砂轮弧形端面13点接触；

4）        盘状电极7与金刚石砂轮形成微小对磨，产生微小的切屑8与金刚石砂轮表面金属结合剂10之间的产生放电9，从而金刚石砂轮表面金属结合剂10被蚀除，使金刚石颗粒11裸露出来，达到修锐目的；

5）        被蚀除的金属结合剂3和导电粉末1因高速旋转产生的离心作用而甩掉，结束本次放电9作用；

6）        重复过程3）、4）和5）蚀除较多的金属，从而将粘合在金刚石砂轮表面金属结合剂10上的金刚石颗粒11蚀除，完成金刚石砂轮3修形；

7）  控制盘状电极7和金刚石砂轮3停止运动，取下盘状电极7和金刚石砂轮3。

实施例4：

金金刚石砂轮3工作表面为外圆柱凸面，采用边缘为V尖形的盘状电极7。具体实施步骤如下（图12）：

1）        盘状电极7与金刚石砂轮3轴线平行安装；

2）        控制系统控制盘状电极7与金刚石砂轮3高速旋转；

3）        控制系统使盘状电极7沿着金刚石砂轮3的复杂型面轨迹移动，使盘状电极7边缘V形尖角与金刚石砂轮弧形端面13点接触；

4）        盘状电极7与金刚石砂轮3形成微小对磨，产生微小的切屑8与金刚石砂轮表面金属结合剂10之间的产生放电9，从而金刚石砂轮表面金属结合剂10被蚀除，使金刚石颗粒11裸露出来，达到修锐目的；

5）        被蚀除的金刚石砂轮表面金属结合剂10和导电粉末因高速旋转产生的离心作用而甩掉，结束本次放电9作用；

6）        重复过程3）、4）和5）蚀除较多的金属，从而将粘合在金刚石砂轮表面金属结合剂10的金刚石颗粒11蚀除，完成金刚石砂轮3修形；

7）  控制盘状电极7和金刚石砂轮3停止运动，取下盘状电极7和金刚石砂轮3。

实施例5：

金刚石砂轮3工作表面为外圆柱凸面，采用边缘为圆弧的盘状电极7。具体实施步骤如下（图13）：

1）        盘状电极7与金刚石砂轮3轴线平行安装；

2）        控制系统控制盘状电极7与金刚石砂轮3高速旋转；

3）        控制系统使盘状电极7沿着金刚石砂轮3的复杂型面轨迹移动，使盘状电极7边缘圆弧与金刚石砂轮弧形端面13点接触；

4）        盘状电极7与金刚石砂轮3形成微小对磨，产生微小的切屑8与金刚石砂轮表面金属结合剂10之间的产生放电9，从而金刚石砂轮表面金属结合剂10被蚀除，使金刚石颗粒11裸露出来，达到修锐目的；

5）        被蚀除的金刚石砂轮表面金属结合剂10和导电粉末因高速旋转产生的离心作用而甩掉，结束本次放电9作用；

6）        重复过程3）、4）和5）蚀除较多的金属，从而将粘合在金金刚石砂轮表面金属结合剂10上的金刚石颗粒11蚀除，完成金刚石砂轮3修形；

7）  控制盘状电极7和金刚石砂轮3停止运动，取下盘状电极7和金刚石砂轮3。

对盘状电极7磨损后的修复过程，描述如下：

边缘为矩形的盘状电极7尖角磨损时的修复具体实施步骤（如图14）：

1）        选择端面为平面的金刚石砂轮3作为修复工具；

2）        盘状电极7与金刚石砂轮3轴线平行安装；

3）        控制系统控制盘状电极7与金刚石砂轮3高速旋转；

4）        控制盘状电极7沿金刚石砂轮3径向移动，控制盘状电极7沿金刚石砂轮3轴线方向往复做直线运动，使盘状电极7整个端面被磨平；

5）        直到整个盘状电极7边缘圆弧部分被磨除为止。

6）  控制盘状电极7和金刚石砂轮3停止运动，取下盘状电极7与金刚石砂轮3。

实施例7：

边缘为V尖形的盘状电极7尖角磨损时的修复具体实施步骤（如图15）：

1）        选择工作面为侧平面的金刚石砂轮3作为修复工具；

2）        盘状电极7与金刚石砂轮3轴线平行安装；

3）        控制系统控制盘状电极7与金刚石砂轮3高速旋转；

4）        控制盘状电极7沿金刚石砂轮3径向移动；

5）        控制盘状电极7沿金刚石砂轮3侧面方向往复做直线运动，使盘状电极7整个侧面被磨平；

6）        控制盘状电极7沿金刚石砂轮3径向移动，使盘状电极7的V尖另一侧面与金刚石砂轮外侧面12接触对磨；

7）        控制盘状电极7沿金刚石砂轮外侧面12方向往复做直线运动，使盘状电极7整个侧面被磨平；从而使尖端变成V形；

8）        控制盘状电极7和金刚石砂轮3停止运动，取下盘状电极7与金刚石砂轮3。

Claims (6)

1.一种使用数控电火花修整金刚石砂轮的方法及装置，其特征在于：包括下述步骤

一、盘状电极与金刚石砂轮轴线平行安装；

二、控制数控系统，使盘状电极与金刚石砂轮均高速旋转；

三、控制数控系统使盘状电极沿着金刚石砂轮的复杂型面轨迹移动，盘状电极边缘接近与金刚石砂轮点接触；

四、盘状电极与金刚石砂轮形成微小对磨，产生微小的切屑与砂轮的金属结合剂之间的产生放电，从而砂轮的表面金属结合剂被蚀除，使金刚石颗粒裸露出来，达到修锐目的；

五、切屑因高速旋转产生的离心作用而甩掉，结束本次放电作用；

六、重复过程三、四和五蚀除较多的金属，从而将粘合在金属结合剂上的金刚石颗粒蚀除，达到修形目的。

2.根据权利要求1所述方法制作的盘状电极，其特征在于：其形状为圆盘形，整体导电，中部加厚，边缘薄，边缘处截面为矩形。

3.根据权利要求1所述方法制作的盘状电极，其特征在于：其形状为圆盘形，整体导电，中部加厚，边缘薄，边缘处截面为V尖形。

4.根据权利要求1所述方法制作的盘状电极，其特征在于：其形状为圆盘形，整体导电，中部加厚，边缘薄，边缘处的端部为圆弧形。

5.根据权利要求2、3、4任意权利要求中所述的盘状电极适用的装置，其特征在于：包括二维数控工作台（1）和修整机构，二维数控工作台（1）包含X轴和Y轴的平台，可沿X轴和Y轴两个方向移动，盘状电极（7）与第一电机（2）连接，金刚石砂轮（3）与第二电机（4）连接，电源（5）的一端通过导线（6）与金刚石砂轮（3）相连接，电源（5）的另一端通过导线（6）和盘状电极（7）相连接。

6.根据权利要求5中所述的盘状电极适用的装置，其特征在于：所述电源是脉冲电源、交流电源或直流电源。

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