CN109015131B - 一种激光辅助天然金刚石刻划刀研磨方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种激光辅助天然金刚石刻划刀研磨方法，属于金刚石刀具磨抛领域，包括天然金刚石刻划刀研磨单元、激光辅助加工单元、温度闭环控制单元、研磨力反馈单元。所述天然金刚石刻划刀研磨单元，通过夹具调节天然金刚石刻划刀角度使研磨面与铸铁研磨盘接触并传递压力，由电机带动铸铁研磨盘旋转进行研磨。所述激光辅助加工单元，通过激光器发出的激光束对金刚石表面涂料区进行照射，并通过热传导对研磨面加热。所述温度闭环系统，监测整个涂料加热区的温度信息并反馈调节激光器的输出工艺参数。所述研磨力反馈单元，根据研磨力的变化实时监控研磨状态，本发明有益效果，通过激光选择性加热实现天然金刚石刻划刀的高效率、高质量热化学研磨。

Description

一种激光辅助天然金刚石刻划刀研磨方法
技术领域
本发明属于天然金刚石刀具磨抛领域，具体涉及一种激光辅助天然金刚石刻划刀研磨方法。
背景技术
天然金刚石具有硬度高、导热性好等优点，被广泛应用于精密和超精密加工刀具领域。但其优异的性能同时给天然金刚石的加工带来很大的困难，其加工效率低、加工成本高、表面质量差等诸多问题都需要先进的金刚石平整化技术来解决。机械研磨是一种传统、常见的金刚石加工方法，但该方法研磨效率低，而且会使金刚石研磨表面产生较厚的变质层，影响后续金刚石刀具使用寿命。随着金刚石研磨技术的不断发展，后续出现了利用热化学抛光的方法来提高研磨效率和研磨质量，其原理是利用电热丝加热真空中放置的研磨装置，在高温下使金刚石的碳原子活化挣脱晶格束缚被研磨盘上的铁原子吸附，加速金刚石石墨化进程，可极大的提高研磨效率并可以将变质层厚度降到几纳米以下，但这种加工方式在全局加热的过程中会导致铸铁研磨盘受热变形而影响金刚石的加工精度，此外装置内的高温会熔化刀杆与金刚石的钎焊层材料，从而影响研磨质量；而且该方法加工条件苛刻，过程工艺很难控制。后续有人提出利用动摩擦原理研磨金刚石的方法，通过调节加工工艺参数，利用摩擦热效应在金刚石被研磨面与铸铁盘之间形成高温，提供热化学反应所需的热量，提高研磨效率降低变质层厚度，但这种研磨方式对加工过程中的工艺参数设定要求极为苛刻，同样很难控制且仍处于理论研究阶段。本发明提出了一种激光辅助天然金刚石刻划刀研磨方法，将易于吸收激光能量的涂料涂抹在金刚石研磨区域所对应的上表面，并通过闭环反馈控制的辅助激光照射涂料区域，产生的热量通过热传导对金刚石研磨区域进行选择性有效加热，使之达到热化学反应所需温度，并通过三向力传感器监控研磨力状态，以提高金刚石的研磨质量和效率。
发明内容
为了实现天然金刚石刻划刀具的高质量、高效率的热化学研磨，本发明提供一种激光辅助天然金刚石刻划刀研磨方法，包括天然金刚石刻划刀研磨单元、激光辅助加工单元、温度闭环控制单元和研磨力反馈单元；所述天然金刚石刻划刀研磨单元由天然金刚石刻划刀、刻刀夹具、铸铁研磨盘组成，其中天然金刚石刻划刀通过螺纹连接固定在刻刀夹具上，刻刀夹具可调整天然金刚石刻划刀的位置与角度，并使天然金刚石刻划刀上天然金刚石的研磨面与铸铁研磨盘接触，铸铁研磨盘安装在电动机上，电机可带动铸铁研磨盘旋转，可对天然金刚石刻划刀具进行研磨；所述激光辅助加工单元由易于吸收激光能量的涂料、激光器调整平台、激光器夹具、激光器和激光束组成，其中易于吸收激光能量的涂料涂抹在天然金刚石刻划刀的天然金刚石上，激光器夹具安装在激光器调整平台上，激光器调整平台包括线性移动平台和旋转平台，可调整激光器的角度适应不同的加热区，激光器发射的激光束照射在天然金刚石的涂料区，涂料吸收激光能量产生高温，并将温度传递给天然金刚石；所述温度闭环控制单元由非接触式温度传感器输出端口与工控机通过导线连接组成，安装在易于监测整个激光束加热区域的位置，根据加热区的温度信息变化进行实时反馈并调节激光器的输出工艺参数；所述研磨力反馈单元由载重块、三向力传感器和工控机组成，载重块安装在便于为研磨装置提供压力的一端，通过改变载重块的质量为装置提供不同的压力。三向力传感器利用螺纹连接安装在载重块前方的连接杆中间，连杆的两端分别与载重块和刻刀夹具连接，三向力传感器和工控机利用导线连接，通过工控机实时监控研磨状态。所述三向力传感器连接的工控机与非接触式温度传感器输出端口连接的工控机为同一台机器。
本发明相对于现有技术的有益效果是：
本发明提出了一种激光辅助天然金刚石刻划刀研磨方法，利用激光束照射易于吸收激光能量的涂料并以热传导的方式实现天然金刚石刻划刀具的热化学研磨，可提高天然金刚石刻划刀具的研磨质量与效率，且加热过程快速有效、容易控制，同时不影响刀具的其他部位。通过实时检测到的温度与研磨力的变化情况对研磨进行实时的反馈并相应调节，控制更加精确化。
附图说明
图1为本发明一种激光辅助天然金刚石刻刀研磨的示意图；
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达到预定发明目的所提供的设计和想法有效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的一种激光辅助天然金刚石刻划刀研磨方法具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如下：
1.参阅图1，本发明一种激光辅助天然金刚石刻划刀研磨方法，在本实施方式中，所述一种激光辅助天然金刚石刻划刀研磨方法，其特征在于，包括包括载重块(1)、刻刀夹具(2)、旋转平台(3)、激光器(4)、线性移动平台(5)、激光束(6)、铸铁研磨盘(7)、易于吸收激光能量的涂料(8)、非接触式温度传感器(9)、天然金刚石刻划刀(10)、工控机(11)、三向力传感器(12)；所述三向力传感器(12)通过螺纹连接固定在载重块(1)前方的连接杆中间，连杆的另一端与刻刀夹具(2)相连接，使三向力传感器(12)能够感知研磨装置力的变化情况，并反馈到工控机(11)来实时监控研磨状态。所述天然金刚石刻划刀(10)与刻刀夹具(2)用螺纹连接固定在一起，刻刀夹具(2)可调整天然金刚石刻划刀具位置与角度，并使天然金刚石的研磨面与铸铁研磨盘(7)接触，满足刀具研磨的位置要求；所述易于吸收激光能量的涂料(8)用来涂抹在天然金刚石刻划刀(10)上的天然金刚石研磨面的相邻上表面上，而涂抹位置、涂线的粗细、长短和轨迹要根据天然金刚石刻划刀(10)的具体结构形式和实际情况来确定，以适应刀刃的形状并远离天然金刚石与刀柄钎焊处。所述激光器(4)发出激光束(6)垂直照射到天然金刚石刻划刀(10)涂料区，通过旋转平台(3)和线性移动平台(5)调整激光器(4)的位姿以适应不同的加热区选择；所述非接触式温度传感器(9)通过工控机(11)监测整个天然金刚石刻划刀(10)热涂料区的温度分布情况和大小，将采集的温度信息实时传送到与非接触式温度传感器(9)输出端口连接的工控机(11)上，通过工控机(11)的显示功能将温度信息以数值的形式显示，并调节激光器(4)输出工艺参数。所述铸铁研磨盘(7)其上表面要涂覆一层金刚石粉与橄榄油的混合研磨膏辅助研磨，通过电机带动铸铁研磨盘(7)旋转，实现天然金刚石刻划刀(10)超精密研磨，同时带走天然金刚石刻划刀(10)研磨面多余的热量。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做任何形式的限制，凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (5)

1.一种激光辅助天然金刚石刻划刀研磨方法，其特征在于，包括载重块(1)、刻刀夹具(2)、旋转平台(3)、激光器(4)、线性移动平台(5)、激光束(6)、铸铁研磨盘(7)、易于吸收激光能量的涂料(8)、非接触式温度传感器(9)、天然金刚石刻划刀(10)、工控机(11)、三向力传感器(12)；易于吸收激光能量的涂料(8)涂抹在天然金刚石刻划刀(10)研磨面的相邻上表面上激光加热位置；所述天然金刚石刻划刀(10)通过刻刀夹具(2)的固定与铸铁研磨盘(7)上表面进行接触刃磨；所述激光器(4)发出激光束(6)垂直照射到天然金刚石刻划刀(10)涂料区，通过旋转平台(3)和线性移动平台(5)调整激光器位姿以适应不同位置的加热区选择；所述涂料(8)吸收激光束(6)的能量并产生热量，通过热传导的方式将热量快速传递给激光束加热区所对应的天然金刚石刻划刀(10)的研磨面，使研磨面达到发生热化学反应的温度，并通过铸铁研磨盘(7)的旋转将多余的热量带走，防止影响天然金刚石刻划刀(10)的钎焊区；所述非接触式温度传感器(9)通过工控机(11)监测整个天然金刚石刻划刀(10)的激光加热区温度变化情况并反馈调节激光器的输出工艺参数；所述三向力传感器(12)利用螺纹连接固定在载重块(1)前方的连杆中间，通过工控机(11)接收研磨装置力的变化情况。
2.根据权利要求1所述的一种激光辅助天然金刚石刻划刀研磨方法，其特征在于，所述刻刀夹具(2)由天然金刚石刻划刀的装卡装置和调整装置组成，能夹紧刀具和精确调整刀具角度。
3.根据权利要求1所述的一种激光辅助天然金刚石刻划刀研磨方法，其特征在于，所述易于吸收激光能量的涂料(8)根据所选激光束(6)的波长、功率工艺参数而选定，而涂抹位置、涂线的粗细、长短和轨迹根据天然金刚石刻划刀(10)的具体结构形式和实际情况来确定，以适应刀刃的形状并远离天然金刚石与刀柄钎焊处，同时涂抹位置即为激光束(6)的加热位置。
4.根据权利要求1所述的一种激光辅助天然金刚石刻划刀研磨方法，其特征在于，所述工控机(11)包含多个控制模块，具有显示和调控功能，通过导线分别与非接触式温度传感器(9)和三向力传感器(12)连接，通过不同的控制模块根据接收到的信号作出相应的反应。
5.根据权利要求1所述的一种激光辅助天然金刚石刻划刀研磨方法，其特征在于，所述非接触式温度传感器(9)的检测区域为易于吸收激光能量的涂料(8)表面，实时将采集到的温度信息传送到与非接触式温度传感器(9)输出端口连接的工控机(11)上，通过工控机(11)显示功能将温度信息以数值的形式显示，并调节激光器(4)的激光输出工艺参数。
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