CN112975753B - 一种基于微波诱导石墨颗粒爆裂效应的砂轮修锐装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于微波诱导石墨颗粒爆裂效应的砂轮修锐装置，该砂轮修锐装置包括工作基台、电主轴系统、砂轮安装装置、微波发生系统；待修锐的砂轮通过砂轮安装装置安装在工作基台上，电主轴系统与砂轮相连；微波发生系统包括喷射装置和微波发生元件，喷射装置和微波发生元件相对设置在砂轮两侧；喷射装置用于向砂轮表面磨削区域射击石墨颗粒；电主轴系统驱动砂轮旋转，使覆盖石墨颗粒的砂轮表面磨削区域旋至微波发生元件加热口下，微波发生元件加热磨削区域内的石墨颗粒，石墨颗粒受热爆裂对砂轮修锐。本发明利用微波诱导石墨颗粒爆裂效应高效完成砂轮高精度修锐，安全可靠并效率高，实用性强。

Description

一种基于微波诱导石墨颗粒爆裂效应的砂轮修锐装置

技术领域

本发明涉及一种用于砂轮修锐的数控设备，尤其涉及一种基于微波诱导石墨颗粒爆裂效应的砂轮修锐装置，适用于高精度精密工具设备的加工。

背景技术

目前，砂轮修锐具有很多种方法，如自由磨粒修锐、激光修锐和高压喷射修锐等，但受工作环境和设备的影响，这些方法很难推广应用，真正用于工业生产的修锐方法主要是油石修锐法和修整轮切入式修锐法。但油石修锐方式具有无法获得较大的磨粒突出高度的缺点，因此不能用于砂轮的大切削量磨削修锐，而修整轮切入式修锐虽然精度较高，能够进行大切削量的磨削修锐，但是加工效率较低，且修整轮损耗高。

随着科学技术的进步，对砂轮的各种磨料以及补偿要求越来越高，尤其是对超硬磨料砂轮进行大用量修锐时，现有的油石修锐以及修整轮切入式修锐已经无法满足要求。

发明内容

为解决上述现有技术中存在的问题，本发明提供一种基于微波诱导石墨颗粒爆裂效应的砂轮修锐装置，主要用于对数控磨床用砂轮的修锐，保证砂轮修锐的轮廓精度，同时提高生产效率。

为实现上述目的，本发明的具体技术方案如下：

一种基于微波诱导石墨颗粒爆裂效应的砂轮修锐装置，其特征在于，所述砂轮修锐装置包括工作基台、电主轴系统、砂轮安装装置、微波发生系统；待修锐的砂轮通过所述砂轮安装装置安装在所述工作基台上，所述电主轴系统与所述砂轮相连；

所述微波发生系统包括喷射装置和微波发生元件，所述喷射装置和所述微波发生元件相对设置在所述砂轮两侧；所述喷射装置用于向所述砂轮表面磨削区域射击石墨颗粒；所述电主轴系统驱动所述砂轮旋转，使覆盖所述石墨颗粒的所述砂轮表面磨削区域旋至所述微波发生元件加热口下，所述微波发生元件加热所述磨削区域内的所述石墨颗粒，所述石墨颗粒受热爆裂对所述砂轮修锐。

进一步地，所述喷射装置包括喷嘴、枪身、单向阀、储料筒、压力调节阀、进气口；所述枪身内设有通孔，所述通孔一端所述喷嘴安装在所述枪身端部，所述进气口设置在所述通孔另一端，所述压力调节阀设置在靠近所述进气口侧所述枪身上；所述通孔内设有固体颗粒引射处，存储在所述储料筒内的所述石墨颗粒经过所述单向阀到达所述固体颗粒引射处，通过所述枪身内的压缩空气将所述石墨颗粒高效喷射。

进一步地，所述微波发生元件包括微波源、透波耐压件、耐压波导，所述微波源安装在所述耐压波导上，所述透波耐压件伸入所述耐压波导内，所述透波耐压件与所述微波源相通；所述微波源产出的微波，透过所述透波耐压件进入所述耐压波导。

进一步地，所述微波发生元件还包括压紧装置，所述微波源通过所述压紧装置紧压在所述耐压波导上。

进一步地，所述电主轴系统包括电主轴和控制模块，所述电主轴与所述砂轮相连，所述控制模块控制所述电主轴带动所述砂轮转动。

进一步地，所述砂轮安装装置包括砂轮法兰、夹紧板、锁紧螺母；所述砂轮法兰和所述砂轮套接在砂轮主轴上，所述砂轮主轴通过联轴器与所述电主轴相连，所述砂轮法兰内设有锥孔，所述砂轮法兰通过所述锥孔与所述砂轮主轴的锥面配合固定，通过所述锁紧螺母与所述砂轮主轴的螺纹连接所述夹紧板定位锁紧所述砂轮法兰和所述砂轮。

进一步地，所述砂轮修锐装置还包括检测装置；所述检测装置包括机械支座和高清摄像头，所述高清摄像头通过所述机械支座安装在所述工作基台上；所述机械支座由所述电主轴系统驱动实现所述高清摄像头X向、Y向和Z向的移动，在修锐作业时，使所述高清摄像头与修锐后的所述砂轮修锐区域相对，用于观察所述砂轮表面形貌。

进一步地，所述工作基台包括底座、防护罩，所述电主轴系统安装在所述底座上的凸台上，在所述凸台前方所述防护罩固定在所述底座上；所述砂轮安装装置和所述微波发生系统安装在所述防护罩内。

进一步地，所述凸台后侧安装有X向导轨，所述电主轴系统通过所述X向导轨能够实现X向移动；所述防护罩内壁上安装Y向导轨，所述微波发生系统通过所述Y向导轨能够进行Y向移动。

进一步地，所述砂轮修锐装置还包括除尘装置和废屑收纳装置，所述除尘装置和所述废屑收纳装置在所述砂轮左右两侧相对设置在所述工作基台上。

本发明的有益效果：

本发明的砂轮修锐装置通过微波诱导石墨颗粒爆裂效应对砂轮高精度修锐，高效去除砂轮外圆周面粘附的磨屑及表层结合剂，操作简单，使用方便，安全可靠，实用性强，而且无需另外安装油石或修整轮，节约了传统修锐方式中安装上油石或修整轮及其和砂轮对刀的时间，极大地提高了生产效率，也避免了传统修锐过程中拆装砂轮时的装夹误差，而且本发明在修锐的过程中采用非接触式，在砂轮转动时，消除了砂轮主轴因磨削引起跳动而造成的误差，提高了生产精度。另外，本发明可通过数控技术控制修锐全程，达到自动化生产，极大降低了对操作员操作技术的要求。本发明还通过设立检测装置，实现砂轮修锐全程的在线检测，进一步提升了砂轮修锐精度。本发明还通过X向、Y向的调节，可使该砂轮修锐装置适应不同尺寸砂轮的修锐，大大提高了本发明的适用性。

附图说明

图1为本发明基于微波诱导石墨颗粒爆裂效应的砂轮修锐装置的整体结构示意图；

图2为本发明中工作基台的结构示意图；

图3为本发明中砂轮安装装置的结构示意图；

图4为本发明微波发生系统中喷射装置的结构示意图；

图5为本发明微波发生系统中微波发生元件的结构示意图；

图6为本发明中检测装置的结构示意图；

图7为本发明中除尘装置的结构示意图。

其中：1-工作基台、1.1-底座、1.2-定位凹槽、1.3-防护罩、1.3.1-防护罩门、1.4-挡风板、2-电主轴系统、2.1-电主轴、2.2-控制模块、3-砂轮安装装置、3.1-砂轮法兰、3.2-夹紧板、3.3-平衡块、3.4-锁紧螺母、4-微波发生系统、4.1-喷射装置、4.1.1-喷嘴、4.1.2-枪身、4.1.2.1-固体颗粒引射处、4.1.3-单向阀、4.1.4-储料筒、4.1.5-压力调节阀、4.1.6-进气口、4.2-微波发生元件、4.2.1-微波源、4.2.2-透波耐压件、4.2.3-耐压波导、4.2.4-压紧装置、5-检测装置、5.1-机械支座、5.2-高清摄像头、6-除尘装置、6.1-电动机、6.2-整流栅、6.3-导流板、6.4-扇叶组、6.5-铸铁外壳、6.6-安装支架、7-废屑收纳装置。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本申请的技术方案，以下将结合附图及实施例对本发明做进一步详细说明。

本申请文件中的上、下、左、右、前和后等方位用语是基于附图所示的位置关系而建立的。附图不同，则相应的位置关系也有可能随之发生变化，故不能以此理解为对保护范围的限定。

本发明中，术语“安装”、“相连”、“相接”、“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，也可以是一体地连接，也可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通信，也可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接连接，可以是两个元器件内部的联通，也可以是两个元器件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本实施例记载了一种基于微波诱导石墨颗粒爆裂效应的砂轮修锐装置，利用石墨颗粒受热爆裂使得砂轮表面“开刃”或去除部分磨粒间结合剂，达到对砂轮的修锐。

如图1所示，该砂轮修锐装置包括工作基台1、电主轴系统2、砂轮安装装置3、微波发生系统4、检测装置5、除尘装置6和废屑收纳装置7。

砂轮通过砂轮安装装置3固定在工作基台1上，电主轴系统2驱动其旋转，由微波发生系统4对砂轮表面磨削区域进行修锐，由检测装置5对砂轮表面磨削区域进行在线观察。

如图2所示，工作基台1包括底座1.1、定位凹槽1.2、防护罩1.3、挡风板1.4，底座1.1为方台结构，底座1.1上凸台中心处加工有多个定位凹槽1.2，用于与电主轴系统2定位装配，且凸台后侧安装有X向导轨，通过X向导轨可实现电主轴系统2的X向移动。在凸台前方防护罩1.3固定在底座1.1上，在防护罩1.3周围的底座1.1上加工有滤孔，可避免磨屑等杂物在底座1.1上堆积。本实施例中防护罩1.3采用金属屏蔽板制成，可焊接固定在底座1.1上。防护罩1.3前方具有防护罩门1.3.1，防护罩门1.3.1选取透明玻璃材质，可方便查看防护罩1.3内情况，检测装置5置于防护罩1.3左侧，防护罩1.3左侧门亦具有开合功能，可在修锐完成后打开，继而通过检测装置5观测修锐后砂轮表面形貌。本实施例的砂轮修锐装置进行修锐作业时，防护罩门1.3.1需始终保持关闭状态，确保操作安全。底座1.1左右两端装有挡风板1.4，用于阻挡飞落的磨屑等杂物，在挡风板1.4内侧的底座1.1上加工有滤孔。本实施例定位凹槽1.2可为方形定位凹槽，更便于定位安装。

电主轴系统2包括电主轴2.1和控制模块2.2，电主轴2.1底部存在方形凸台，与工作基台1上的定位凹槽1.2配合，进行螺钉固定。控制模块2.2开启后，通过数控技术可自动控制电主轴2.1进行可调速转动。

砂轮安装装置3安装在防护罩1.3内，如图3所示，砂轮安装装置3包括砂轮法兰3.1、夹紧板3.2、平衡块3.3和锁紧螺母3.4，砂轮法兰3.1和砂轮套接在砂轮主轴上，砂轮主轴通过联轴器与电主轴2.1相连，砂轮法兰3.1内设有锥孔，砂轮法兰3.1通过锥孔与砂轮主轴的锥面配合固定，在砂轮外侧夹紧板3.2套接在砂轮主轴上，并通过锁紧螺母3.4与砂轮主轴螺纹定位锁紧固定。控制模块2.2操控电主轴2.1进而带动砂轮法兰3.1和砂轮一起实现可调控旋转。砂轮法兰3.1上在与砂轮相对侧装有平衡块3.3，以此来进行砂轮的平衡调节。本实施例中，优选地，砂轮内径与砂轮法兰3.1底座直径相同。

微波发生系统4安装在防护罩1.3内，在防护罩1.3内壁上安装有Y向导轨，可实现微波发生系统4的Y向移动。如图1所示，微波发生系统4包括喷射装置4.1和微波发生元件4.2，喷射装置4.1和微波发生元件4.2相对设置在砂轮两侧，喷射装置4.1用于向砂轮表面磨削区域射击石墨颗粒，之后旋转砂轮使该区域置于微波发生元件4.2加热口下，启动微波发生元件4.2进行局部加热，石墨颗粒受热形成爆裂效应，使得砂轮表面“开刃”或去除部分磨粒间结合剂，达到磨粒突出结合剂之外的效果，同时移除磨粒与结合剂间的磨屑。

微波发生系统4中石墨颗粒的喷射数量及加热温度等可随砂轮表面硬度、修锐轮廓等进行调整，如超硬磨料砂轮表面硬度高，修锐轮廓深等，可增大磨削区域内石墨颗粒数量，以增大石墨颗粒爆裂效应，反之，如砂轮表面硬度低，修锐轮廓浅等，可减小石墨颗粒数量，降低石墨颗粒爆裂效应。经适当调整后，可大大提高修锐效率。本实施例中，如修锐超硬磨料砂轮，优选地，微波发生系统4的输出功率为120W、240W和360W，石墨颗粒的单次喷射量为10g、20g和30g。

如图4所示，喷射装置4.1包括喷嘴4.1.1、枪身4.1.2、单向阀4.1.3、储料筒4.1.4、压力调节阀4.1.5、进气口4.1.6，枪身4.1.2内设有通孔，通孔一端喷嘴4.1.1螺纹连接在枪身4.1.2端部，另一端为进气口4.1.6，在枪身4.1.2的通孔内设有固体颗粒引射处4.1.2.1，存储在储料筒4.1.4内的石墨颗粒经过单向阀4.1.3到达固体颗粒引射处4.1.2.1，等待进气口4.1.6压缩空气进入，将石墨颗粒喷射而出。设置在靠近进气口4.1.6侧枪身4.1.2上的压力调节阀4.1.5用于调节压缩空气的进气量，以实现石墨颗粒的高效喷射。本实施例中喷射装置4.1优选为颗粒喷枪。

如图5所示，微波发生元件4.2包括微波源4.2.1、透波耐压件4.2.2、耐压波导4.2.3和压紧装置4.2.4，微波源4.2.1通过压紧装置4.2.4紧压在耐压波导4.2.3上，并与设置在耐压波导4.2.3内的透波耐压件4.2.2相通，微波通过微波源4.2.1产出，并透过透波耐压件4.2.2进入耐压波导4.2.3，压紧装置4.2.4能够提高微波源4.2.1将微波馈入到耐压波导4.2.3过程中的密封性。

微波源4.2.1的馈能天线置于透波耐压件4.2.2中，馈能天线与透波耐压件4.2.2共同接入到耐压波导4.2.3内，在耐压波导4.2.3内形成谐振并传输送至砂轮表面，令砂轮表面耦合产生热量，使砂轮表面喷射聚集的大量石墨颗粒爆裂成细小碎片，碎片进一步发生爆裂，去除部分磨粒间结合剂，露出磨粒，以此增加砂轮表面单位面积内有效切削刃数，来减轻磨屑堵塞间隙对砂轮造成的损害。

本实施例中优选地，透波耐压件4.2.2为阶梯沿管口的圆底结构，在受到目标腔体传递过来的气体压力时，通过圆底结构抗压，圆底结构扩大了与气流的接触面积，并且通过逐步扩大的外径尺寸将受到的气流压力逐级分解，抗压能力更强，可由一体式压模成型。透波耐压件4.2.2的壁体为全氟烷氧基树脂壁(PFA)，具有介电常数低、介质损耗低，既耐压又透波的特点。

如图6所示，检测装置5包括机械支座5.1和高清摄像头5.2，机械支座5.1通过螺栓固定在防护罩1.3外左侧的底座1.1上，机械支座5.1可实现X向、Y向和Z向调节。高清摄像头5.2由机械支座5.1上端夹持正对砂轮修锐区域，用于修锐作业时，观察砂轮表面形貌，通过控制模块2.2可驱动机械支座5.1带动高清摄像头5.2实现X向、Y向和Z向的移动，待修锐完成，打开防护罩1.3左侧门后进行观察。本实施例中，高清摄像头5.2镜头放大倍数优选为5倍、10倍、20倍。

在防护罩1.3前方一侧，除尘装置6设置在底座1.1上，用于去除砂轮磨削表面附着的残留杂物，可采用鼓风机等气流输出装置。如图7所示，除尘装置6包括电动机6.1、整流栅6.2、导流板6.3、扇叶组6.4、铸铁外壳6.5和安装支架6.6，除尘装置6通过安装支架6.6固定在底座1.1上，电动机6.1接通电源启动后，带动与之联接的同轴扇叶组6.4转动。整流栅6.2与导流板6.3由内向外依次叠加固定在铸铁外壳6.5一侧，令气流均匀且有规律的进入铸铁外壳6.5内部，然后从出风口吹出。强大的气流输出，有利于砂轮磨削表面附着杂物的去除。

在防护罩1.3前方另一侧，废屑收纳装置7通过螺栓安装在底座1.1上，用于收纳底座1.1上存积的废屑。废屑收纳装置7的开口与除尘装置6相对设置，废屑收纳装置7优选为废屑收纳盒。废屑收纳装置7在砂轮修锐作业结束时，可拆卸并清洗。

本实施例的砂轮修锐装置对砂轮进行修锐作业时，过程如下：

步骤1，将待修锐砂轮通过砂轮安装装置3固定，微波发生系统4安装在防护罩1.3中；电主轴2.1可通过X向导轨进行X向移动，微波发生系统4可通过Y向导轨进行Y向移动，以适应不同尺寸砂轮；

步骤2，微波发生系统4中的喷射装置4.1向砂轮表面磨削区域射击石墨颗粒，利用控制模块2.2操控电主轴2.1带动砂轮和砂轮法兰3.1一起可调控旋转，使该磨削区域转至微波发生元件4.2的加热口处；

步骤3，启动微波发生元件4.2对砂轮磨削区域进行局部加热，石墨颗粒受热发生爆裂效应，去除砂轮表面磨屑及部分结合剂；

步骤4，重复完成步骤2、3一个圆周后，停止运行微波发生系统4，打开防护罩1.3左侧门，同时利用控制模块2.2操控机械支座5.1调整，将高清摄像头5.2调至与砂轮相对位置，并利用高清摄像头5.2观察砂轮磨削区域表面形貌；最后启动除尘装置6，去除附着在砂轮磨削表面上的残留杂物。

虽然上面结合本发明的优选实施例对本发明的原理进行了详细的描述，本领域技术人员应该理解，上述实施例仅仅是对本发明的示意性实现方式的解释，并非对本发明包含范围的限定。实施例中的细节并不构成对本发明范围的限制，在不背离本发明的精神和范围的情况下，任何基于本发明技术方案的等效变换、简单替换等显而易见的改变，均落在本发明保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于微波诱导石墨颗粒爆裂效应的砂轮修锐装置，其特征在于，所述砂轮修锐装置包括工作基台（1）、电主轴系统（2）、砂轮安装装置（3）、微波发生系统（4）；待修锐的砂轮通过所述砂轮安装装置（3）安装在所述工作基台（1）上，所述电主轴系统（2）与所述砂轮相连；

所述微波发生系统（4）包括喷射装置（4.1）和微波发生元件（4.2），所述喷射装置（4.1）和所述微波发生元件（4.2）相对设置在所述砂轮两侧；所述喷射装置（4.1）用于向所述砂轮表面磨削区域射击石墨颗粒；所述电主轴系统（2）驱动所述砂轮旋转，使覆盖所述石墨颗粒的所述砂轮表面磨削区域旋至所述微波发生元件（4.2）加热口下，所述微波发生元件（4.2）加热所述磨削区域内的所述石墨颗粒，所述石墨颗粒受热爆裂对所述砂轮修锐；

所述喷射装置（4.1）包括喷嘴（4.1.1）、枪身（4.1.2）、单向阀（4.1.3）、储料筒（4.1.4）、压力调节阀（4.1.5）、进气口（4.1.6）；所述枪身（4.1.2）内设有通孔，所述通孔一端所述喷嘴（4.1.1）安装在所述枪身（4.1.2）端部，所述进气口（4.1.6）设置在所述通孔另一端，所述压力调节阀（4.1.5）设置在靠近所述进气口4.1.6侧所述枪身（4.1.2）上；所述通孔内设有固体颗粒引射处（4.1.2.1），存储在所述储料筒（4.1.4）内的所述石墨颗粒经过所述单向阀（4.1.3）到达所述固体颗粒引射处（4.1.2.1），通过所述枪身（4.1.2）内的压缩空气将所述石墨颗粒高效喷射。

2.根据权利要求1所述的基于微波诱导石墨颗粒爆裂效应的砂轮修锐装置，其特征在于，所述微波发生元件（4.2）包括微波源（4.2.1）、透波耐压件（4.2.2）、耐压波导（4.2.3），所述微波源（4.2.1）安装在所述耐压波导（4.2.3）上，所述透波耐压件（4.2.2）伸入所述耐压波导（4.2.3）内，所述透波耐压件（4.2.2）与所述微波源（4.2.1）相通；所述微波源（4.2.1）产出的微波，透过所述透波耐压件（4.2.2）进入所述耐压波导（4.2.3）。

3.根据权利要求2所述的基于微波诱导石墨颗粒爆裂效应的砂轮修锐装置，其特征在于，所述微波发生元件（4.2）还包括压紧装置（4.2.4），所述微波源（4.2.1）通过所述压紧装置（4.2.4）紧压在所述耐压波导（4.2.3）上。

4.根据权利要求1所述的基于微波诱导石墨颗粒爆裂效应的砂轮修锐装置，其特征在于，所述电主轴系统（2）包括电主轴（2.1）和控制模块（2.2），所述电主轴（2.1）与所述砂轮相连，所述控制模块（2.2）控制所述电主轴（2.1）带动所述砂轮转动。

5.根据权利要求4所述的基于微波诱导石墨颗粒爆裂效应的砂轮修锐装置，其特征在于，所述砂轮安装装置（3）包括砂轮法兰（3.1）、夹紧板（3.2）、锁紧螺母（3.4）；所述砂轮法兰（3.1）和所述砂轮套接在砂轮主轴上，所述砂轮主轴通过联轴器与所述电主轴（2.1）相连，所述砂轮法兰（3.1）内设有锥孔，所述砂轮法兰（3.1）通过所述锥孔与所述砂轮主轴的锥面配合固定，通过所述锁紧螺母（3.4）与所述砂轮主轴的螺纹连接所述夹紧板（3.2）定位锁紧所述砂轮法兰（3.1）和所述砂轮。

6.根据权利要求1所述的基于微波诱导石墨颗粒爆裂效应的砂轮修锐装置，其特征在于，所述砂轮修锐装置还包括检测装置（5）；所述检测装置（5）包括机械支座（5.1）和高清摄像头（5.2），所述高清摄像头（5.2）通过所述机械支座（5.1）安装在所述工作基台（1）上；所述机械支座（5.1）由所述电主轴系统（2）驱动实现所述高清摄像头（5.2）X向、Y向和Z向的移动，在修锐作业时，使所述高清摄像头（5.2）与修锐后的所述砂轮修锐区域相对，用于观察所述砂轮表面形貌。

7.根据权利要求1所述的基于微波诱导石墨颗粒爆裂效应的砂轮修锐装置，其特征在于，所述工作基台（1）包括底座（1.1）、防护罩（1.3），所述电主轴系统（2）安装在所述底座（1.1）上的凸台上，在所述凸台前方所述防护罩（1.3）固定在所述底座（1.1）上；所述砂轮安装装置（3）和所述微波发生系统（4）安装在所述防护罩（1.3）内。

8.根据权利要求7所述的基于微波诱导石墨颗粒爆裂效应的砂轮修锐装置，其特征在于，所述凸台后侧安装有X向导轨，所述电主轴系统（2）通过所述X向导轨能够实现X向移动；所述防护罩（1.3）内壁上安装Y向导轨，所述微波发生系统（4）通过所述Y向导轨能够进行Y向移动。

9.根据权利要求1所述的基于微波诱导石墨颗粒爆裂效应的砂轮修锐装置，其特征在于，所述砂轮修锐装置还包括除尘装置（6）和废屑收纳装置（7），所述除尘装置（6）和所述废屑收纳装置（7）在所述砂轮左右两侧相对设置在所述工作基台（1）上。

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