CN113059508A - 一种磨粒排布系统优化磨具的制备装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种磨粒排布系统优化磨具的制备装置,从储液罐泵出的工作液体通过内径范围为2‑10mm的喷头注入圆盘中心,通过调节喷头与圆盘表面的垂直距离、调节液体泵的转速以及圆盘转速来控制液膜高度,实现磨粒在基板上的有序排列,而后通过涂布器涂布一层适当厚度的树脂层,并将其固化。本发明结构简单,使用方便,且磨粒排布过程快速可控,可以实现磨粒位置的精确控制,提高磨具寿命;并通过改变圆盘转速、流体介质、流体流速、流体喷出高度、喷头尺寸、喷头结构、辅助机械结构等不同的实验变量和参数,对磨粒的排布效果进行评价和优化。本发明还提供了上述制备装置的制备方法。

Description

一种磨粒排布系统优化磨具的制备装置及方法
技术领域
本发明涉及机械加工领域,尤其涉及磨削加工。
背景技术
磨削是利用磨具上粘结的磨粒进行切削的过程。磨削加工过程中,工件的加工质量决定于处于不同位置的磨粒的共同作用。磨具一般由磨粒和结合剂经过压制、烧结加工而成,此方法制成的磨具,其磨粒是随机分布的,容易使得磨粒分布不均匀、磨粒间距不合理,使得磨粒过早破碎或脱落。因而,合理控制磨具表面磨粒的排布位置,可以使磨具表面磨粒受力均匀、磨损合理,增加磨具工作表面的容屑空间,进而综合提高磨具的磨削性能和使用寿命。
磨粒有序排布磨具是近年来出现的一种新型磨具,能有效解决磨粒分布不均、利用率低的问题,国内外学者对此开展了大量研究。然而,由于影响有序排布磨具制造的因素较多,现有的磨粒排布方法还存在许多不足,如在排布技术方面普遍存在排布效率低,磨粒定位精度差,容易出现磨粒缺失等问题;在制造技术方面,也存在排布方式对磨具性能的影响无统一标准,磨具制造工艺复杂等问题。这些问题影响了有序排布磨具的制造精度,阻碍了有序排布工具应用领域的发展。因此,寻求精密有序排布磨具的制造新方法,对提高有序排布磨具制造水平和应用领域发展都具有重要的意义。
综上所述,需要设计并研制一套新型磨粒排布装置,该设备以旋转圆盘表面的液膜流动作为磨粒均匀分散及位置排布的驱动和控制手段,克服了现有技术存在的不足之处
发明内容
本发明所要解决的第一个技术问题是提供一种磨粒排布系统优化磨具,实现磨粒在工作层中高效快速、多层有序的排布。
本发明所要解决的第二个技术问题是提供一种磨粒排布系统优化方法,既能提高磨粒定位精度、减少磨粒缺失,又能实现多颗粒、小颗粒磨粒多层有序排布。
为了解决上述的技术问题,本发明提供了一种磨粒排布系统优化磨具的制备装置,包括旋转圆盘机构和外框架;
所述旋转圆盘机构包括供液系统、控制系统和测量系统;
所述供液系统包括液体泵、储液罐、搅拌器、集液槽和管道;所述搅拌器置于储液罐内;所述液体泵的入液口通过管道连接所述储液罐,出液口通过管道连接喷头,所述喷头设置在集液槽的上方;所述集液槽内设置有圆盘,圆盘的上表面设置有基板,圆盘的下表面设置有电机;
在控制系统中,单片机给电机驱动模块提供信号以驱动电机转动,通过电机上的编码器反馈调节转速;
所述测量系统中,光源固定在集液槽上方,采用高速摄像机对磨粒排布情况进行拍照,并通过图像分析技术对磨粒分散情况进行分析;
从储液罐流出的工作液体通过内径范围为2-10mm的喷头注入圆盘中心,通过调节喷头与圆盘表面的垂直距离、调节液体泵的转速以及圆盘转速来控制液膜高度,实现磨粒在基板上的有序排列,而后通过涂布器涂布一层适当厚度的树脂层,将其固化。
在一较佳实施例中:所述圆盘上设有若干规则排布的通心孔,以连接若干电磁铁,通过控制电磁铁的通断电将磨粒吸附在基板上。
在一较佳实施例中:所述喷头固定在外框架上,通过步进电机驱动丝杆升降以控制喷头与圆盘表面的垂直距离。
在一较佳实施例中:所述喷头为双层嵌套式结构。
在一较佳实施例中:所述光源和高速摄像机通过丝杆升降机构调节高度。
本发明还提供了一种如上所述制备装置的的制备方法,包括以下步骤:
1)调节喷头与圆盘表面的垂直距离,通过搅拌器搅拌将磨粒与工作液体混合均匀,用液体泵将工作液以一定体积流量输送至喷头喷出;
2)调节圆盘转速来控制液膜高度,使得磨粒随着工作液均匀排布到基板上,接通电磁铁,将磨粒吸附在基板上,形成磨粒有序排布;
3)通过涂布器在基板上涂布一层适当厚度的树脂层;
4)对有序排布磨粒的树脂单层进行固化,形成固化单层;
5)于上述固化单层上重复步骤1)至步骤4),直至达到所需厚度。
在一较佳实施例中:所述磨粒选自金刚石、立方氮化硼、氧化铝、碳化硅中的一种或其组合。
在一较佳实施例中:所述磨粒由四氧化三铁包裹,使其具有磁性。
在一较佳实施例中:所述树脂为光固化树脂或环氧树脂。
相较于现有技术,本发明的技术方案具备以下有益效果:
本发明提供了一种磨粒排布系统优化磨具的制备装置,结构简单,使用方便,且磨粒排布过程快速可控,可以实现磨粒位置的精确控制,提高磨具寿命;本发明并通过改变圆盘转速、流体介质、流体流速、流体喷出高度、喷头尺寸、喷头结构、辅助机械结构等不同的实验变量和参数,对磨粒的排布效果进行评价和优化,可控性强。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图;
图2为本发明圆盘示意图,其中a为主视图,b为截面图;
图3为本发明旋转圆盘机构局部示意图。
附图标记:储液罐1,搅拌器2,集液槽3,电机4,电磁铁5,圆盘6,基板7,喷头8,光源9,高速摄像机10,步进电机11,丝杆12,管道13,液体泵14。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述;显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例,基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中,需要说明的是,术语“上”、“下”、“内”、“外”、“顶/底端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。此外,术语“第一”、“第二”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中,需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等,应做广义理解,例如“连接”,可以是壁挂连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接,可以是机械连接,也可以是电连接,可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通,对于本领域的普通技术人员而言,可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
参考图1-图3,本实施例提供了一种磨粒排布系统优化磨具的制备装置,包括旋转圆盘机构和外框架;
所述旋转圆盘机构包括供液系统、控制系统和测量系统;
所述供液系统包括液体泵14、储液罐1、搅拌器2、集液槽3和管道13;所述搅拌器2置于储液罐1内;所述液体泵14的入液口通过管道13连接所述储液罐1,出液口通过管道13连接喷头8,所述喷头8设置在集液槽3的上方;所述集液槽3内设置有圆盘6,圆盘6的上表面设置有基板7,圆盘6的下表面设置有电机4;
在控制系统中,单片机给电机驱动模块提供信号以驱动电机4转动,通过电机4上的编码器反馈调节转速;
所述测量系统中,光源固定在集液槽3上方,采用高速摄像机10对磨粒排布情况进行拍照,用MATLAB图像分析技术对磨粒分散情况进行分析;
从储液罐1流出的工作液体通过内径范围为2-10mm的喷头8注入圆盘6中心,通过调节喷头8与圆盘6表面的垂直距离、调节液体泵14的转速以及圆盘6转速来控制液膜高度,实现磨粒在基板7上的有序排列,而后通过涂布器涂布一层适当厚度的树脂层,将其固化。
所述圆盘6上设有若干规则排布的通心孔,以连接若干电磁铁5,通过控制电磁铁5的通断电将磨粒吸附在基板7上。所述喷头8固定在外框架上,通过步进电机4驱动丝杆升降以控制喷头8与圆盘6表面的垂直距离。
所述喷头8为双层嵌套式结构。所述光源和高速摄像机10通过丝杆升降机构调节高度。丝杆升降机构包括步进电机11和丝杆12。
本发明还提供了一种如上所述制备装置的的制备方法,包括以下步骤:
1)调节喷头8与圆盘6表面的垂直距离,通过搅拌器2搅拌将磨粒与工作液体混合均匀,用液体泵14将工作液以一定体积流量输送至喷头8喷出;
2)调节圆盘6转速来控制液膜高度,使得磨粒随着工作液均匀排布到基板7上,接通电磁铁5,将磨粒吸附在基板7上,形成磨粒有序排布;
3)通过涂布器在基板7上涂布一层适当厚度的树脂层;
4)对有序排布磨粒的树脂单层进行固化,形成固化单层;
5)于上述固化单层上重复步骤1)至步骤4),直至达到所需厚度。
本实施例中,所述磨粒选自金刚石、立方氮化硼、氧化铝、碳化硅中的一种或其组合。所述磨粒由四氧化三铁包裹,使其具有磁性。所述树脂为光固化树脂或环氧树脂。
上述的磨粒排布系统优化磨具的制备装置,结构简单,使用方便,且磨粒排布过程快速可控,可以实现磨粒位置的精确控制,提高磨具寿命;本发明可并通过改变圆盘6转速、流体介质、流体流速、流体喷出高度、喷头8尺寸、喷头8结构、辅助机械结构等不同的实验变量和参数,对磨粒的排布效果进行评价和优化,可控性强。
以上所述,仅为本发明较佳的具体实施方式,但本发明的设计构思并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,利用此构思对本发明进行非实质性的改动,均属于侵犯本发明保护范围的行为。

Claims (9)

1.一种磨粒排布系统优化磨具的制备装置,其特征在于包括旋转圆盘机构和外框架;
所述旋转圆盘机构包括供液系统、控制系统和测量系统;
所述供液系统包括液体泵、储液罐、搅拌器、集液槽和管道;所述搅拌器置于储液罐内;所述液体泵的入液口通过管道连接所述储液罐,出液口通过管道连接喷头,所述喷头设置在集液槽的上方;所述集液槽内设置有圆盘,圆盘的上表面设置有基板,圆盘的下表面设置有电机;
在控制系统中,单片机给电机驱动模块提供信号以驱动电机转动,通过电机上的编码器反馈调节转速;
所述测量系统中,光源固定在集液槽上方,采用高速摄像机对磨粒排布情况进行拍照,并通过图像分析技术对磨粒分散情况进行分析;
从储液罐流出的工作液体通过内径范围为2-10mm的喷头注入圆盘中心,通过调节喷头与圆盘表面的垂直距离、调节液体泵的转速以及圆盘转速来控制液膜高度,实现磨粒在基板上的有序排列,而后通过涂布器涂布一层适当厚度的树脂层,将其固化。
2.根据权利要求1所述的一种磨粒排布系统优化磨具的制备装置,其特征在于:所述圆盘上设有若干规则排布的通心孔,以连接若干电磁铁,通过控制电磁铁的通断电将磨粒吸附在基板上。
3.根据权利要求1所述的一种磨粒排布系统优化磨具的制备装置,其特征在于:所述喷头固定在外框架上,通过步进电机驱动丝杆升降以控制喷头与圆盘表面的垂直距离。
4.根据权利要求1所述的一种磨粒排布系统优化磨具的制备装置,其特征在于:所述喷头可根据实际需求更换不同种类。
5.根据权利要求1所述的一种磨粒排布系统优化磨具的制备装置,其特征在于:所述光源和高速摄像机通过丝杆升降机构调节高度。
6.一种权利要求2-5中任一项制备装置的的制备方法,其特征在于包括以下步骤:
1)调节喷头与圆盘表面的垂直距离,通过搅拌器搅拌将磨粒与工作液体混合均匀,用液体泵将工作液以一定体积流量输送至喷头喷出;
2)调节圆盘转速来控制液膜高度,使得磨粒随着工作液均匀排布到基板上,接通电磁铁,将磨粒吸附在基板上,形成磨粒有序排布;
3)通过涂布器在基板上涂布一层适当厚度的树脂层;
4)对有序排布磨粒的树脂单层进行固化,形成固化单层;
5)于上述固化单层上重复步骤1)至步骤4),直至达到所需厚度。
7.根据权利要求6所述的一种磨粒排布系统优化磨具的制备方法,其特征在于:所述磨粒选自金刚石、立方氮化硼、氧化铝、碳化硅中的一种或其组合。
8.根据权利要求6所述的一种磨粒排布系统优化磨具的制备方法,其特征在于:所述磨粒由四氧化三铁包裹,使其具有磁性。
9.根据权利要求6所述的一种磨粒排布系统优化磨具的制备方法,其特征在于:所述树脂为光固化树脂或环氧树脂。
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