CN115519185B - 利用激光加工pcd金刚石锯齿双侧的加工工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用激光加工PCD金刚石锯齿双侧的加工工艺，其属于PCD金刚石锯片研磨加工领域。它主要采用激光磨削锯齿侧面，选择振镜扫描图形为矩形，使振镜后的激光沿矩形长度方向往复移动，与此同时激光沿矩形宽度方向逐行加工，直到激光加工完成整个矩形所在面积，矩形宽度为加工一次的磨削量；激光相对于锯齿的侧面从靠近后角面的一端向另一端移动进行磨削。本发明采用激光磨削实现PCD金刚石锯齿双侧的自动化加工，加工精度高，无污染，大大提高了加工效率，加工效率是电火花加工的5倍。本发明主要用于PCD金刚石锯齿双侧的加工。

Description

利用激光加工PCD金刚石锯齿双侧的加工工艺

技术领域

本发明属于PCD金刚石锯片研磨加工领域，具体地说，尤其涉及一种利用激光加工PCD金刚石锯齿双侧的加工工艺。

背景技术

PCD金刚石锯片的硬度和耐磨性较高，如图1所示，PCD金刚石锯片包括锯片本体11，锯片本体11上焊接有多个锯齿5，锯片本体11采用钢板制作而成；如图2所示，锯齿5包括PCD金刚石层51和合金层52。常用锯齿5的形状主要有梯形齿、平齿和斜齿，如图3和图4所示，以梯型齿为例进行说明，锯齿5的PCD金刚石层51上设有前角面1，锯齿5的外侧设有后角面2，锯齿5两侧分别设有侧面3，前角面1与后角面2及两个侧面3的交接处构成刃口4。PCD金刚石锯片在使用时，通过锯齿5的刃口4、后角面2和两侧的侧面3进行辅助切削。如图4所示，侧面3为具有一定倾斜角度的斜面，现有的PCD金刚石锯片的侧面3在加工时，主要使用电火花加工，而电火花加工需要配备专用的侧面加工设备，由于锯齿5中PCD金刚石层的导电性差，甚至不导电，导致电火花加工效率低下，且电火花加工后的刃口轮廓度差，有微小崩口，其产品加工精度不高，质量无法保证。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种利用激光加工PCD金刚石锯齿双侧的加工工艺，其采用激光磨削实现PCD金刚石锯齿双侧的自动化加工，加工精度高，无污染，大大提高了加工效率，加工效率是电火花加工的5倍。

所述的利用激光加工PCD金刚石锯齿双侧的加工工艺，包括以下步骤：

S1安装锯片：将PCD金刚石锯片安装到激光加工设备中，使PCD金刚石锯片上的锯齿前角面与激光的发射方向相对，并固定PCD金刚石锯片；

S2对刀：同步调整激光振镜和PCD金刚石锯片的相对位置，使激光振镜发射的光束焦点能落在锯齿一侧的侧面上；激光振镜和PCD金刚石锯片位置的调整通过激光加工设备实现；

S3初步确定激光振镜角度：调整激光振镜的摆动角度，使激光振镜发射的光束与待加工的锯齿侧面夹角a控制在5°-20°，夹角a的具体角度可根据加工精度要求确定；

S4确定振镜图形：选择激光振镜的扫描图形，使振镜后的激光沿扫描图形逐行往复移动，直到激光加工完成整个扫描图形所在面积；

S5锯齿侧面第一层的加工：激光振镜发射激光，使激光相对于锯齿的侧面从靠近后角面的一端向另一端移动进行磨削，磨削深度记为A，磨削宽度记为B,待磨削完该处侧面另一端时，此时完成锯齿侧面第一层的加工；

S6锯齿侧面第二层的加工：调整激光向下移动A距离，且激光振镜发射的激光位于锯齿侧面靠近后角面的一端，并实时调整激光振镜的摆动角度，激光振镜沿Y轴方向摆动，并始终满足S3的要求后，重复S5的动作，完成锯齿侧面第二层的加工；

S7重复S6的动作，直到完成整个锯齿侧面的加工。

优选地，还包括S8锯齿另一侧面的加工：重复S2动作,使激光振镜发射的光束焦点落在锯齿另一侧的侧面上，重复S3至S7的动作，直到完成另一侧整个锯齿侧面的加工。此时锯齿两侧的侧面分别加工完成。

优选地，通过激光加工设备将PCD金刚石锯片拨动一个锯齿的距离，重复S2至S8的动作，直到完成PCD金刚石锯片上所有锯齿侧面的加工后，取下PCD金刚石锯片。

优选地，所述所述激光振镜通过光纤与激光器连接，激光器为脉冲激光器，S4中振镜扫描的矩形宽度与磨削宽度方向相同。

优选地，所述S5中激光从侧面上的M点移动到N点，激光相对于锯齿侧面的移动速度为200-1200mm/s，激光频率为30-60KHz，脉冲宽度为350-500ns。

优选地，所述激光加工设备包括设备本体，设备本体上设有可沿Z轴方向移动的激光升降机构，激光升降机构上设有可沿X轴方向移动的激光平移机构，设备本体设有可沿Y轴方向移动的锯片平移机构，激光平移机构的滑动板上设有可绕Y轴方向摆动的摆动组件，摆动组件上安装激光振镜和拨齿器，摆动组件带动激光振镜沿Y轴进行实时摆动，使加工时，激光振镜发射的激光与待加工的锯齿的侧面始终保持为夹角a。

X轴、Y轴和Z轴仅用作描述激光平移机构、锯片平移机构和激光升降机构相对位置关系的参考轴，不具体指代某一方向。本方案通过激光加工设备可实时调整激光振镜沿Z轴移动及沿X轴方向微调进刀，加工时，并控制PCD金刚石锯片沿Y轴方向移动，进行侧面的磨削加工。

优选地，所述摆动组件包括动力机构和摆动板，动力机构与滑动板固定连接，动力机构的输出端通过回转减速机与摆动板连接。

摆动组件控制激光振镜沿Y轴方向旋转摆动，使激光振镜发射的激光与倾斜的侧面保持夹角a的角度不变，从而保证加工精度。

优选地，激光振镜与竖直面的夹角为10°～20°，激光振镜发射的光束的激光焦点位于摆动板转动的中心轴线上。激光焦点越接近摆动板转动的中心轴线，其加工精度越高。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明工艺采用脉冲激光振镜发射激光进行PCD金刚石锯片的磨削，加工效率高，可达到1分钟加工完成一个锯齿，相较于传统的电火花加工，加工效率提高5倍。

2、本发明工艺在锯片加工过程中，激光可根据锯齿侧面的倾斜角度，通过摆动组件自动调整激光角度，使发射的激光始终与锯齿侧面呈夹角a，使整个侧面保持统一的加工标准。

3、本发明工艺加工出的PCD金刚石锯齿侧面精度更高，轮廓度可达到5微米，大大提高了产品质量。

附图说明

图1为现有的PCD金刚石锯片的结构示意图；

图2为图1中A部分的局部放大图；

图3为梯型锯齿的结构示意图；

图4为梯型锯齿的左视图；

图5为梯型锯齿在俯视状态下与扫描图形的配合示意图；

图6为激光加工设备的使用状态参考图；

图7为激光加工设备的正面结构示意图；

图8为图7中B部分的局部放大图；

图9为本发明方法的工艺流程图。

图中，1、前角面；2、后角面；3、侧面；4、刃口；5、锯齿；51、PCD金刚石层；52、合金层；6、设备本体；7、激光升降机构；8、激光平移机构；81、滑动板；9、摆动组件；91、动力机构；92、回转减速机；93、摆动板；10、锯片夹持机构；11、锯片本体；12、锯片平移机构；13、激光振镜；131、光束；14、拨齿器；141、拨齿针；15、矩形。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：

如图1所示，PCD金刚石锯片的外周上均匀焊接有多个锯齿5，如图2、图3和图4所示，锯齿5上的后角面2和侧面3与前角面1相交处形成刃口4，锯齿5通过刃口4进行切削。PCD金刚石锯片的加工，主要涉及后角面2、两侧的侧面3及刃口4的加工，本发明改进PCD金刚石锯片侧面3的加工工艺，采用脉冲激光代替现有的电火花加工PCD金刚石锯片的侧面3，以提高其加工质量和效率。

实施例1：

如图9所示，所述的利用激光加工PCD金刚石锯齿双侧的加工工艺，包括以下步骤：

S1安装锯片：将PCD金刚石锯片的锯片本体11安装到激光加工设备中，使PCD金刚石锯片上的锯齿5的前角面1与激光的发射方向相对，同时固定住锯片本体11；若发射的激光向下或斜向下，则前角面1朝向上方；若发射的激光向左，则前角面1朝向右侧；

S2对刀：同步调整激光振镜13和PCD金刚石锯片的相对位置，激光振镜13通过光纤与激光器连接，激光器采用脉冲激光器，激光器发射的脉冲激光经光纤传递给激光振镜13，最后使激光振镜13发射出的光束131焦点能落在锯齿一侧的侧面上，该场镜的焦距为50～100mm；

S3初步确定激光振镜角度：调整激光振镜13的摆动角度，使激光振镜13发射的光束131与待加工锯齿5的侧面3呈夹角a，即光束131在侧面3上的投影与光束131的夹角a，夹角a的范围为5°-20°，夹角a为人为预设值，可根据加工要求进行调整，夹角a的值越小，加工出的侧面3越光滑，锯齿5也越锋利；

S4确定振镜图形：如图5所示，选择振镜扫描图形为矩形15，扫描图形投影至前角面1上，使振镜后的激光沿矩形15长度方向往复移动，与此同时激光沿矩形15宽度方向逐行加工，直到激光加工完成整个矩形15所在面积，矩形15宽度为加工一次的磨削量；该矩形15的长度方向与待加工侧面3与前角面1相交处的刃口4平行，矩形15的长度为0.5-1mm，矩形15的宽度为侧面3加工一次的磨削量；矩形15的长度和宽度大小可根据锯齿毛坯大小和磨削要求进行调整；

S5锯齿侧面第一层的加工：如图4和图5所示，激光振镜13发射激光，使激光相对于侧面3远离锯片本体11一端向另一端移动进行磨削，即激光光束131的焦点从M点磨削至N点，磨削深度记为A，磨削宽度记为B，完成侧面3第一层的加工；

S6锯齿侧面第二层的加工：激光迅速返回到M点方向，在此过程中，控制激光振镜13向下移动A距离，与此同时，调节激光振镜13的摆动角度，使激光振镜13发射的激光与侧面3保持夹角a，光束131返回到初始位置方向，重复S5的动作，完成锯齿5侧面3第二层的加工；

S7重复S6的动作，直到整个锯齿5的一侧侧面3全部加工完成；

S8锯齿另一侧面的加工：调节激光振镜13的摆动角度，重复S2动作,使激光振镜13发射的光束131焦点落在锯齿5另一侧的侧面3上，重复S3至S7的动作，直到完成另一侧整个锯齿5侧面3的加工。

S9拨齿：松开PCD金刚石锯片，将PCD金刚石锯片拨动一个锯齿5的距离，并重复S2至S8的动作，如此循环工作，直到完成PCD金刚石锯片上所有锯齿5上侧面3的加工后，取下PCD金刚石锯片。

实施例2：

本实施例建立三维参考坐标系进行说明，在三维参考坐标系中，X轴垂直于Y轴和Z轴所在平面，Y轴垂直于X轴和Z轴所在平面，Z轴垂直于X轴和Y轴所在平面。X轴、Y轴和Z轴分别表示激光振镜13沿X轴、PCD金刚石锯片沿Y轴和激光振镜13沿Z轴在三维空间中相对位置关系的参考坐标轴，并不指代具体某一方向，X轴、Y轴和Z轴的方向可根据需要进行调整。

本实施例方法可采用现有的激光加工设备，如图6所示，激光加工设备的工作台水平设置，以Z轴垂直于工作台为例进行说明，激光加工设备包括设备本体6，设备本体6上设有可沿Z轴方向上下移动的激光升降机构7，激光升降机构7上设有可沿X轴方向前后移动的激光平移机构8，设备本体6设有可沿Y轴方向左右移动的锯片平移机构12，锯片平移机构12上设有用于安装PCD金刚石锯片的锯片悬挂机构、用于PCD金刚石锯片夹紧固定的锯片夹持机构10，安装时，PCD金刚石锯片正向安装于锯片平移机构12上并通过锯片夹持机构10的气缸将锯片本体11固定，即待加工的前角面1向上设置。

激光平移机构8的滑动板81上设有可围绕Y轴方向旋转摆动的摆动组件9，如图7和图8所示，摆动组件9包括动力机构91和摆动板93，动力机构91与滑动板81固定连接，动力机构91的输出端通过回转减速机92与摆动板93连接，摆动组件9的摆动板93上安装激光振镜13和拨齿器14，激光振镜13为脉冲激光振镜，摆动组件9通过动力机构91和回转减速机92带动摆动板93和激光振镜13沿Y轴方向进行实时摆动，同时加工时，可实现激光振镜13发射的激光光束131与待加工的锯齿5侧面3始终保持为夹角a，夹角a为5°～20°，加时夹角a的具体角度可根据加工要求进行调整。

其中，X轴、Y轴和Z轴为表示激光平移机构8、锯片平移机构12和激光升降机构7在三维空间中相对位置关系的参考坐标轴，PCD金刚石锯片的中心轴线与X轴平行。

如图7所示，激光振镜13在安装时，与竖直面的夹角为10°～20°，优选15°，即摆动板93的安装面为垂直平面，激光振镜13与摆动板93的夹角控制在10°～20°，该角度便于激光可以更好的进行磨削加工；且通过调节激光振镜13的场镜，使发射的光束131的激光焦点位于摆动板93转动的中心轴线上，即回转减速机92的回转轴的延长线上，激光焦点越靠近该回转轴的延长线，激光的切削精度越高，通过调节场镜，使激光焦点位于摆动板93回转中心轴线上，可大大提高激光的切削精度。

具体地说，激光加工设备上设有控制器，激光升降机构7、激光平移机构8和锯片夹持机构10上的动力机构分别与控制器连接，控制器控制锯片平移机构12，使锯片平移机构12带动PCD金刚石锯片向激光振镜13方向移动，与此同时，控制器控制激光平移机构8带动激光振镜13和拨齿器14与锯齿5的任一侧面3对齐。

本实施例中，S5锯齿侧面第一层的加工：如图5所示，加工时，激光振镜13发射激光的初始位置落在侧面3的M点或M点的左侧上，如图6所示，锯片平移机构12带动PCD金刚石锯片向激光振镜13方向移动，激光在激光平移机构8的协同作用下，对侧面3进行磨削加工，待激光磨削完该处锯齿5侧面3的N点后，此时完成侧面3第一层的加工，此时，激光的磨削宽度为B，由于锯齿5上侧面3的加工量较小，通常情况下，激光的磨削宽度B等于振镜扫描的矩形15宽度。在此过程中，激光相对于侧面3的移动速度为200-1200mm/s，移动速度根据加工要求进行调整，激光频率为30-50KHz，优选为40KHz，脉冲宽度为400-600ns，优选为500ns。

S6锯齿侧面第二层的加工：控制器控制锯片平移机构12迅速返回初始位置，即激光迅速返回到M点方向，在此过程中，控制器控制激光升降机构7带动激光平移机构8和激光振镜13向下移动A距离，与此同时，通过控制动力机构91，使动力机构91带动回转减速机92转动，回转减速机92带动摆动板93及摆动板93上的激光振镜13和拨齿器14进行转动，从而调节激光振镜13发射的激光与侧面3保持夹角a，待锯片平移机构12带动PCD金刚石锯片回到初始位置，重复S5的动作，完成锯齿5侧面3第二层的加工。

S7重复S6的动作，直到整个锯齿5的一侧侧面3全部加工完成。

S8锯齿另一侧面的加工：启动动力机构91，动力机构91带动激光振镜13沿Y轴向PCD金刚石锯片另一侧摆动，重复S2动作,使激光振镜13发射的光束131焦点落在锯齿5另一侧的侧面3上，重复S3至S7的动作，直到完成另一侧整个锯齿5侧面3的加工。

S9拨齿：控制器控制锯片夹持机构10松开PCD金刚石锯片，并启动激光升降机构7，激光升降机构7带动拨齿器14向下移动，使拨齿器14通过拨齿针141将PCD金刚石锯片逆时针拨动一个锯齿5的距离，并重复S2至S8的动作，如此循环工作，直到完成PCD金刚石锯片上所有锯齿5上侧面3的加工后，取下PCD金刚石锯片。其它与实施例1相同。

本发明中激光加工设备上的激光升降机构7、激光平移机构8和锯片平移机构12均包括滑板，滑板背部设置相配合滑轨和滑块，滑轨与设备本体6连接，滑块与相应的滑板固定连接，该结构为现有技术，不再赘述。

激光升降机构7、激光平移机构8和锯片平移机构12分别通过直线电机进行驱动，激光升降机构7、激光平移机构8和锯片平移机构12分别与直线电机的动子连接，直线电机13的定子与机架1固定连接，这种驱动方式各机构的移动精度高，从而使锯齿的加工精度更好。

激光加工设备上的锯片夹持机构10通过气缸配合夹持块夹紧锯片，避免激光加工过程中锯片移动，该结构为现有技术，不再赘述。

Claims (8)

1.一种利用激光加工PCD金刚石锯齿双侧的加工工艺，其特征在于，包括以下步骤：

S1安装锯片：将PCD金刚石锯片安装到激光加工设备中，使PCD金刚石锯片上的锯齿（5）的前角面（1）与激光的发射方向相对，并固定PCD金刚石锯片；

S2对刀：同步调整激光振镜（13）和PCD金刚石锯片的相对位置，使激光振镜（13）发射的光束（131）焦点落在锯齿（5）一侧的侧面（3）上；

S3初步确定激光振镜角度：调整激光振镜（13）的摆动角度，使激光振镜（13）发射的光束（131）与待加工的锯齿（5）的侧面（3）夹角a为5°-20°；

S4确定振镜图形：选择激光振镜（13）的扫描图形，使振镜后的激光沿扫描图形逐行往复移动，直到激光加工完成整个扫描图形所在面积；

S5锯齿侧面第一层的加工：激光振镜（13）发射激光，使激光相对于锯齿（5）的侧面（3）从靠近后角面（2）的一端向另一端移动进行磨削，磨削深度记为A，磨削宽度记为B,待磨削完该处锯齿（5）的侧面（3）另一端时，此时完成侧面（3）第一层的加工；

S6锯齿侧面第二层的加工：调整激光振镜（13）向下移动A距离，且激光振镜（13）发射的激光位于侧面（3）靠近后角面（2）的一端，并实时调整激光振镜（13）的摆动角度，始终满足S3的要求后，重复S5的动作，完成侧面（3）第二层的加工；

S7重复S6的动作，直到完成整个锯齿（5）的一侧侧面（3）的加工。

2.根据权利要求1所述的利用激光加工PCD金刚石锯齿双侧的加工工艺，其特征在于，还包括S8锯齿另一侧面的加工：重复S2动作,使激光振镜（13）发射的光束（131）焦点落在锯齿（5）另一侧的侧面（3）上，重复S3至S7的动作，直到完成整个锯齿（5）另一侧侧面（3）的加工。

3.根据权利要求2所述的利用激光加工PCD金刚石锯齿双侧的加工工艺，其特征在于，通过激光加工设备将PCD金刚石锯片拨动一个锯齿（5）的距离并固定PCD金刚石锯片，重复S2至S8的动作，直到完成PCD金刚石锯片上所有锯齿（5）的侧面（3）的加工后，取下PCD金刚石锯片。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的利用激光加工PCD金刚石锯齿双侧的加工工艺，其特征在于，所述激光振镜（13）通过光纤与激光器连接，激光器为脉冲激光器，S4中振镜扫描的矩形宽度与磨削宽度方向相同。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的利用激光加工PCD金刚石锯齿双侧的加工工艺，其特征在于，所述S5中激光从侧面（3）上的M点移动到N点，激光相对于侧面（3）的移动速度为200-1200mm/s，激光频率为30-60KHz，脉冲宽度为350-500ns。

6.根据权利要求1至3中任一项所述的利用激光加工PCD金刚石锯齿双侧的加工工艺，其特征在于，所述激光加工设备包括设备本体（6），设备本体（6）上设有可沿Z轴方向移动的激光升降机构（7），激光升降机构（7）上设有可沿X轴方向移动的激光平移机构（8），设备本体（6）设有可沿Y轴方向移动的锯片平移机构（12），激光平移机构（8）的滑动板（81）上设有可绕Y轴方向摆动的摆动组件（9），摆动组件（9）上安装激光振镜（13）和拨齿器（14），摆动组件（9）带动激光振镜（13）沿Y轴进行实时摆动，使加工时，激光振镜（13）发射的激光与待加工的锯齿（5）的侧面（3）始终保持为夹角a。

7.根据权利要求6所述的利用激光加工PCD金刚石锯齿双侧的加工工艺，其特征在于，所述摆动组件（9）包括动力机构（91）和摆动板（93），动力机构（91）与滑动板（81）固定连接，动力机构（91）的输出端通过回转减速机（92）与摆动板（93）连接。

8.根据权利要求7所述的利用激光加工PCD金刚石锯齿双侧的加工工艺，其特征在于，激光振镜（13）与竖直面的夹角为10°～20°，激光振镜（13）发射的光束（131）的激光焦点位于摆动板（93）转动的中心轴线上。

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