CN116237588B - Pcd锯片锯齿刃口的精加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种PCD锯片锯齿刃口的精加工方法，其属于金刚石锯片生产领域。它主要包括调节激光振镜的摆动角度，使激光光束与待加工锯齿刃口处的锯齿侧面的夹角a为5‑20°,选择激光振镜的扫描图形，用扫描图形的中部位置磨削待加工锯齿刃口，加工出的锯齿刃口质量稳定、精度高。本发明采用激光加工代替原有的磨削或电火花加工方式，克服了PCD金刚石不导电难加工的现状，使得加工效率和加工精度大幅提升，避免了现有技术磨削液污染环境的问题。本发明主要用于锯齿刃口的激光精加工。

Description

PCD锯片锯齿刃口的精加工方法

技术领域

本发明属于金刚石锯片生产领域，具体地说，尤其涉及一种PCD锯片锯齿刃口的精加工方法。

背景技术

PCD锯片也称为金刚石锯片。现有的金刚石锯片主要包括锯片本体11，锯片本体11作为底座，用于安装锯齿5，如图2所示，锯片本体11的外周上焊接有多个锯齿5，锯片本体11主要采用钢板制作而成，锯齿5包括合金层52，合金层52上焊接有PCD金刚石层51，PCD金刚石层51因具有较高的耐磨性和硬度，所以锯齿5主要通过PCD金刚石层51切割固体材料。

如图3所示，锯齿5的PCD金刚石层51上远离合金层52的一侧为锯齿前角面1，锯齿前角面1两侧为锯齿侧面3，锯齿前角面1远离锯片本体11的一端为锯齿后角面2，锯齿侧面3、锯齿后角面2与锯齿前角面1的交线为锯齿刃口4。由于锯齿5上的PCD金刚石层51的硬度和耐磨性很高，因此其加工要求也较高，目前主要采用磨削或电火花的方式进行磨削加工，但是PCD金刚石的导电性差，甚至不导电，导致磨削或电火花加工效率很低，同时磨削或电火花加工出的锯齿轮廓度差，锯齿在存在微小崩口，产品质量难以得到保证。

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PCD锯片锯齿刃口的精加工方法，其采用激光加工代替原有的磨削或电火花加工方式，克服了PCD金刚石不导电难加工的现状，使得加工效率和加工精度大幅提升，避免了现有技术磨削液污染环境的问题。

所述的PCD锯片锯齿刃口的精加工方法，包括以下步骤：

S1、以激光加工设备为基准，建立三维坐标系，三维坐标系的X轴、Y轴和Z轴上分别安装可在相应坐标轴方向移动的激光平移机构、锯片平移机构和激光升降机构，X轴、Y轴和Z轴用于表示激光平移机构、锯片平移机构和激光升降机构在三维空间中的相对位置关系的参考坐标轴；

S2、将金刚石锯片反向安装到激光加工设备中并进行固定，即靠近激光处的金刚石锯片上的锯齿前角面的朝向与激光的发射方向相同；

S3、调节激光振镜的摆动角度，使激光光束与待加工锯齿刃口处的锯齿侧面的夹角a为5-20°；

S4、选择激光振镜的扫描图形，扫描图形的中部位置与锯齿的待加工锯齿刃口接触；激光在扫描时，会沿扫描图形迅速地逐行往复移动，与此同时，直到扫描完整个扫描图形所在的区域；

S5、加工时，实时调节激光光束与待加工锯齿刃口的相对位置，使激光振镜发射的激光光束从锯齿一侧，靠近锯片本体一端的刃口端点P1向后角方向的刃口加工，直到激光光束完全经过锯齿后角面处的刃口；

再次调节激光光束与待加工锯齿刃口的相对位置，同步调节激光振镜的摆动角度，满足S3的要求，使激光振镜发射的激光光束从锯齿另一侧，靠近锯片本体一端的刃口端点P4再次向后角方向的刃口加工，直到激光光束经过锯齿后角面处的刃口。

优选地，所述S1中，激光加工设备的工作平台水平放置，激光升降机构所在的Z轴垂直于工作平台。

优选地，所述S2中，锯片本体所在平面垂直于加工平台。

优选地，在S4之前，调整激光振镜的场镜大小，使激光光束的焦点处于激光振镜摆动轴的延长线上。

优选地，所述S5中，激光光束经过待加工锯齿刃口处的速度为200-1200mm/s，激光频率为80-200KHz，脉冲宽度为30-150ns。

优选地，所述S5中，经过待加工锯齿刃口处的激光光束速度处于均速状态。

优选地，所述S4中，扫描图形为矩形，扫描图形的发射方向与激光发射方向相同。

优选地，还包括S6，激光加工设备将金刚石锯片拨动一个锯齿的距离，重复S2至S5的动作，直到完成金刚石锯片上所有锯齿刃口的精加工，最后取下金刚石锯片。

优选地，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。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明主要用于锯齿激光粗加工后的锯齿刃口精磨加工，相对于锯齿激光粗加工，将金刚石锯片反向安装，使待加工锯齿刃口处的锯齿前角面的朝向与激光发射方向相同，利用脉冲激光沿两侧锯齿侧面的刃口从靠近锯片本体的后方向前方分别照射一遍，完成锯齿刃口的修磨，使修磨后的锯齿刃口（锯齿侧面及锯齿后角面与锯齿前角面的夹角）变成锋利的尖角结构；

2、本发明采用脉冲激光分两步加工金刚石锯齿的锯齿刃口, 大大提高了金刚石锯齿的加工精度和产品质量；

3、本发明采用扫描图形的中部位置磨削待加工锯齿刃口，扫描图形中部位置的激光处于匀速状态，加工出的刃口质量稳定，防止扫描图形两端位置与待加工锯齿刃口接触，从而避免激光换向停顿时激光长时间停留而导致的刃口过度磨削，大大提高了产品质量。

附图说明

图1为本发明的工艺流程图；

图2为PCD锯片的结构示意图；

图3为图2中A部分的局部放大图；

图4为激光加工设备的使用状态参考图；

图5为图4中B部分的局部放大图；

图6为梯型齿正向设置时的结构示意图；

图7为梯型齿与扫描图形的配合示意图；

图8为梯型齿精加工时的结构示意图。

图中，1、锯齿前角面；2、锯齿后角面；3、锯齿侧面；4、锯齿刃口；5、锯齿；51、PCD金刚石层；52、合金层；6、机架；7、激光升降机构；8、激光平移机构；81、滑动板；9、旋转组件；91、伺服电机；92、回转减速机；93、回转板；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、激光光束；14、拨齿器；141、拨齿针；15、扫描图形。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：

如图6所示，本发明主要用于锯齿5激光粗加工后的锯齿刃口4精磨加工，即锯齿5在完成激光粗加工后，其锯齿侧面3和锯齿后角面2均已磨削完成，但是锯齿侧面3及锯齿后角面2与锯齿前角面1的交接处的锯齿刃口4仍为圆弧结构，需要对锯齿刃口4进行修磨，使修磨后的锯齿刃口4，即锯齿侧面3及锯齿后角面2与锯齿前角面1的夹角变成锋利的尖角结构。

实施例一

如图1所示，所述的PCD锯片锯齿刃口的精加工方法，包括以下步骤：

S1、以激光加工设备为基准，建立三维坐标系，三维坐标系的X轴、Y轴和Z轴上分别安装可在相应坐标轴方向左右移动的激光平移机构8、锯片平移机构12和激光升降机构7，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轴用于表示激光平移机构8、锯片平移机构12和激光升降机构7在三维空间中的相对位置关系的参考坐标轴，该参考坐标轴并不限定具体的方向；

S2、将金刚石锯片反向安装到激光加工设备中并固定，即靠近激光处的金刚石锯片上的锯齿前角面1的朝向与激光的发射方向相同；若激光向下发射，则锯齿前角面1向下；若激光从左向右发射，则锯齿前角面1同样面向右设置；

S3、调节激光振镜13的摆动角度，使激光光束131与待加工锯齿刃口4处的锯齿侧面3或锯齿后角面2的夹角a呈为5-20°，倾斜设置的激光光束131更容易加工锯齿刃口4；

S4、如图7所示，将激光振镜的扫描图形调整为矩形，扫描图形为矩形，扫描图形的发射方向与激光发射方向相同，将扫描出的矩形进行投影，矩形的一部分会投影至锯齿侧面3上，矩形的长边与待加工锯齿刃口呈30-60°，优选为45°，矩形的长度中部位置与锯齿的待加工锯齿刃口接触，振镜后的激光会沿扫描的矩形长边方向迅速往复移动，同时激光会沿矩形短边方向逐行扫描，直到扫描完整个扫描图形所在区域；

S5、加工时，如图7所示，实时调节激光光束131与待加工锯齿刃口4的相对位置，使激光振镜13发射的激光光束131，从锯齿5一侧靠近锯片本体1一端的刃口端点P1，向后角方向的刃口加工，直到激光光束131完全经过锯齿后角面2处的刃口；

再次调节激光光束131与待加工锯齿刃口4的相对位置，同步调节激光振镜13的摆动角度，满足S3的要求，使激光振镜13发射的激光光束131从锯齿5另一侧，靠近锯片本体1一端的刃口端点P4再次向后角方向的刃口加工，直到激光光束131再次经过锯齿后角面2处的刃口，使激光振镜发射的激光光束131用扫描图形的中部位置对待加工锯齿刃口4完成精加工。

实施例二

如图4所示，本实施例中的激光加工设备的工作平台水平放置，激光升降机构所在的Z轴垂直于工作平台；S2中锯片本体所在平面垂直于加工平台；S5中激光光束131经过待加工锯齿刃口4处的速度为200-1200mm/s，激光速度可根据加工要求进行调整，激光频率为80-200KHz，优选为100 KHz，脉冲宽度为30-150ns，优选为45 ns；S5中选取扫描图形中部0.5-2mm的范围的激光加工锯齿刃口4，经过待加工锯齿刃口4处的激光光束131速度处于均匀状态。

还包括S6，激光加工设备将金刚石锯片拨动一个锯齿5的距离，重复S2至S5的动作，直到完成金刚石锯片上所有锯齿刃口的精加工，最后取下金刚石锯片。其它与实施例一相同。

本实施例中，激光振镜通过光纤与激光器连接，激光器为脉冲激光器。

如图6所示，本实施例以梯型齿为例进行说明，如图4所示，激光加工设备包括机架6，机架6上的工作台水平设置，Z轴垂直于工作台，机架6上安装激光升降机构7，激光升降机构7沿Z轴方向进行升降；PCD锯片安装于锯片平移机构12上，锯片平移机构12可沿Y轴方向移动，激光升降机构7上安装激光平移机构8，激光平移机构8的滑板81上设有能够旋转摆动的旋转组件9，激光平移机构8可沿X轴方向来回移动。

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高。锯片平移机构12上设有锯片悬挂机构和锯片夹持机构10，PCD锯片的中心孔悬挂在锯片悬挂机构上，PCD锯片通过锯片夹持机构10上的气缸夹紧固定，PCD锯片的轴线方向与X轴平行。

激光平移机构8的滑板81上设有能够旋转摆动的旋转组件9，旋转组件9的旋转轴与Y轴方向平行，即旋转组件9可绕Y轴方向摆动。如图5所示，旋转组件9包括伺服电机91和回转板93，伺服电机91固定在滑板81上，伺服电机91的输出端通过回转减速机92与回转板93连接，旋转组件9的回转板93上安装激光振镜13和拨齿器14，拨齿器14上安装拨齿针141，拨齿针141向上倾斜设置，即激光振镜13和拨齿器14可随回转板93转动而进行转动，从而进行激光沿Y轴摆动角度的调节，同时由于激光焦点越靠近回转板93的回转轴延长线，激光的切削精度越高，可调节激光振镜13的场镜，使激光光束131的激光焦点位于回转板93转动的中心轴线上，即激光焦点处于回转减速机92的回转轴的延长线上，从而提高切削精度。

同时，激光振镜13与垂直面的夹角为0°，即激光振镜13发射的激光光束131竖直向下，加工时，调整激光振镜13围绕Y轴的旋转摆动角度，使扫描图形15的中部与待加工锯齿刃口4接触，用经过扫描图形15中部的激光焦点磨削待加工锯齿刃口4，这样避免激光焦点停顿，高温磨损锯齿刃口4，提高了产品加工质量。

如图4所示，精加工时，将PCD锯片反向安装在锯片悬挂机构上，并通过锯片夹持机构10上的气缸夹紧锯片本体11，此时，锯片前角面1向下，通过锯片平移机构12、激光平移机构8和激光升降机构7协同作用，实时调节整旋转组件9，调整激光振镜13与待加工锯齿刃口4的相对位置，如图8所示，使扫描图形的中部位置与待加工锯齿刃口4接触，同时激光光束131与锯齿侧面呈夹角a，夹角a的具体值根据加工要求调整。

磨削时，启动激光器，激光器通过激光振镜13使发射的激光光束131焦点能落在待加工锯齿刃口4上，如图7所示，激光光束131在扫描时，沿矩形长边方向迅速往复移动，同时激光沿矩形短边方向逐行扫描，直到扫描完整个扫描图形所在区域；同时激光加工设备实现调整激光光束131与待加工锯齿刃口4的相对位置，使激光光束131从而刃口P1向后角刃口移动，如图7所示，激光光束131依次经过P1点、P2点、P6点和P3点，完成一侧刃口的加工。通过伺服电机91带动回转板93旋转，继而带动激光振镜13和拨齿器14随回转板93旋转，从而调节激光振镜13的摆动角度，使激光振镜13发射的激光光束131与另一侧锯齿侧面呈夹角a，再次启动激光器，使激光光束131依次经过P4点、P5点、P3点和P6点，完成另一侧刃口的加工。

然后，锯片夹持机构10松开锯片本体11，激光升降机构7通过带动拨齿针141向上移动，拨齿针141将金刚石锯片向上拨动一个锯齿5的距离，即PCD锯片顺时针转动一个锯齿5的距离，然后进行下一个锯齿5上锯齿刃口4的精加工，如此循环工作，直到完成金刚石锯片上所有锯齿刃口4的精加工，最后取下金刚石锯片。

Claims (9)

1.一种PCD锯片锯齿刃口的精加工方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、以激光加工设备为基准，建立三维坐标系，三维坐标系的X轴、Y轴和Z轴上分别安装在相应坐标轴方向移动的激光平移机构（8）、锯片平移机构（12）和激光升降机构（7），X轴、Y轴和Z轴用于表示激光平移机构（8）、锯片平移机构（12）和激光升降机构（7）在三维空间中的相对位置关系的参考坐标轴；

S2、将金刚石锯片反向安装到激光加工设备中并进行固定，即靠近激光处的金刚石锯片上的锯齿前角面（1）的朝向与激光的发射方向相同；

S3、调节激光振镜（13）的摆动角度，使激光光束（131）与待加工锯齿刃口（4）处的锯齿侧面的夹角a为5-20°；

S4、选择激光振镜的扫描图形，扫描图形的中部位置与锯齿的待加工锯齿刃口（4）接触；激光在扫描时，会沿扫描图形迅速地逐行往复移动，与此同时，直到扫描完整个扫描图形所在的区域；

S5、加工时，实时调节激光光束（131）与待加工锯齿刃口（4）的相对位置，使激光振镜（13）发射的激光光束（131）从锯齿（5）一侧，靠近锯片本体（1）一端的刃口端点向后角方向的刃口加工，直到激光光束（131）完全经过锯齿后角面（2）处的刃口；

再次调节激光光束（131）与待加工锯齿刃口（4）的相对位置，同步调节激光振镜（13）的摆动角度，满足S3的要求，使激光振镜（13）发射的激光光束（131）从锯齿（5）另一侧，靠近锯片本体（1）一端的刃口端点再次向后角方向的刃口加工，直到激光光束（131）经过锯齿后角面（2）处的刃口。

2.根据权利要求1所述的PCD锯片锯齿刃口的精加工方法，其特征在于：所述S1中，激光加工设备的工作平台水平放置，激光升降机构（7）所在的Z轴垂直于工作平台。

3.根据权利要求2所述的PCD锯片锯齿刃口的精加工方法，其特征在于：所述S2中，锯片本体所在平面垂直于加工平台。

4.根据权利要求1所述的PCD锯片锯齿刃口的精加工方法，其特征在于：在S4之前，调整激光振镜（13）的场镜大小，使激光光束（131）的焦点处于激光振镜（13）摆动轴的延长线上。

5.根据权利要求1所述的PCD锯片锯齿刃口的精加工方法，其特征在于：所述S5中，激光光束（131）经过待加工锯齿刃口（4）处的速度为200-1200mm/s，激光频率为80-200KHz，脉冲宽度为30-150ns。

6.根据权利要求1所述的PCD锯片锯齿刃口的精加工方法，其特征在于：所述S5中，经过待加工锯齿刃口（4）处的激光光束（131）速度处于均速状态。

7.根据权利要求1所述的PCD锯片锯齿刃口的精加工方法，其特征在于：所述S4中，扫描图形为矩形，扫描图形的发射方向与激光发射方向相同。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的PCD锯片锯齿刃口的精加工方法，其特征在于：还包括S6，激光加工设备将金刚石锯片拨动一个锯齿（5）的距离，重复S2至S5的动作，直到完成金刚石锯片上所有锯齿刃口（4）的精加工，最后取下金刚石锯片。

9.根据权利要求8所述的PCD锯片锯齿刃口的精加工方法，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。