CN116786899A - 高精度锯齿后角加工工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高精度锯齿后角加工工艺，其属于金钢石圆锯片锯齿加工工艺。它主要包括根据待加工锯齿后角的形状大小要求，选择相应的激光振镜图形，并将激光振镜图形投影至锯齿后角面上，加工时，随着激光光束从锯齿后角面上端向下端移动，振镜发射的光束焦点所在焦平面与每一层待加工锯齿后角面均存在一个交点或一条交线，该交点或交线即为锯齿后角面每一层的扫描图形。本发明始终采用激光焦点加工锯齿后角的各个面，避免锯齿后角面发生烧伤、炭化等现象，且适用于各种后角形状，通用性强。本发明主要用于金钢石锯齿后角的高精度激光加工。
Description
技术领域
本发明属于金钢石圆锯片锯齿加工工艺，具体地说，尤其涉及一种高精度锯齿后角加工工艺。
背景技术
目前，圆锯片的金钢石锯齿主要采用电火花加工磨削，由于电火花加工轮廓度较差，存在微小崩口，导致金刚石锯齿加工质量难以保证，且金刚石锯齿的金刚石层导电性较差，采用电火花加工效率较低。为解决这个问题，申请人已申请了授权公告号为CN115673420B，名称为一种金刚石锯齿后角激光加工工艺的发明专利，该专利利用激光振镜扫描出与金刚石锯齿后角一致的图形，通过激光一次性完成金刚石锯齿后角的加工，相较于电火花加工，激光加工的效率更高，后角刃口的轮廓精度也得到大大提高。
但是，如图2所示，经过激光振镜发射的激光光束1为锥形光束，锥形光束存在一个激光焦点101，当激光振镜的场镜调试好后，激光焦点101的位置基本确定，即随着激光振镜移动，激光焦点101始终在一个平面内移动，该平面为焦平面4。而锯齿后角面2的切削刃3有多种形状，如梯形齿、平齿、梯平齿（如图1所示）、圆弧齿和斜齿（如图3所示）等。在实际使用过程中，上述专利还存在以下问题：1、以图2所示梯平齿为例说明，梯平齿相当于梯形齿和平齿的结合，在采用上述专利技术加工后角时，梯平齿、平齿及梯形齿只有切削刃3最前端的中部切削边301是采用激光焦点101磨削的，中部切削边301两侧的侧切削边302在磨削时，均是采用非焦点位置（焦深）加工的，采用非焦点位置加工的刃口锋利度差，影响产品质量，且刃口偏移焦平面超过焦深数值时，激光能量密度会降低到加工阈值之下，导致刃口发热、炭化，使得锯齿后角面2被烧坏、报废；同样的，如图3所示的斜齿，在加工时，只有最前端的刃尖是采用激光焦点101磨削的，其余位置均是采用非焦点位置加工的，也存在上述问题；2、所有锯齿后角面2均为具一定倾斜角度的斜面，因此，采用激光一次性磨削的方法，激光焦点101无法照顾到每个侧切削边302所在后角面，齿形，导致产品质量无法保证。
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，提供一种高精度锯齿后角加工工艺，该工艺在加工锯齿后角面时，始终采用激光焦点加工锯齿后角的各个面，避免锯齿后角面发生烧伤、炭化等现象，且适用于各种后角形状，通用性强。
所述的高精度锯齿后角加工工艺，包括以下步骤：
S1、安装锯片：将金刚石锯片安装到激光加工设备中固定，使金刚石锯片上的锯齿前角面与激光的发射方向相对；
S2、确定激光振镜角度：根据设定的后角调节激光振镜的相对角度，使激光振镜发射的激光光束与待加工的锯齿后角面呈夹角a，夹角a为3°～20°；
S3、确定锯齿后角面每一层的扫描图形：根据待加工锯齿后角的形状大小要求，选择相应的激光振镜图形，并将激光振镜图形投影至锯齿后角面上，加工时，随着激光光束从锯齿后角面上端向下端移动，振镜发射的光束焦点所在焦平面与每一层待加工锯齿后角面均存在一个交点或一条交线，该交点或交线即为锯齿后角面每一层的扫描图形；
S4、对刀：同步调整激光振镜和金刚石锯片的相对位置，使激光振镜发射的光束焦点所在焦平面与距离锯片基体最远端的待加工锯齿后角切削刃上的点或线接触；
S5、锯齿后角面第一层的加工：启动激光器，激光振镜控制激光光束，使光束焦点所在焦平面与待加工锯齿后角面最上端的切削边存在一个相交点或第一相交线，光束焦点沿着该相交点进行磨削或光束焦点沿着第一相交线一端向另一端来回移动逐行磨削，每一行磨削的扫描图形均为第一相交线的等距线，逐行磨削的同时光束焦点向远离锯片基体一侧移动，直到将待磨削的毛坯量全部磨削掉，其中，磨削深度记为A，磨削毛坯量的宽度记为B；完成锯齿后角面第一层的加工后，激光焦点回到第一相交线的端点位置；
S6、锯齿后角面第二层的加工：调整激光振镜，使激光振镜沿着锯齿后角面向远离锯齿前角面的一侧移动A距离，光束焦点所在焦平面随之移动，焦平面与锯齿后角面产生一个新的相交线，记为第二相交线，光束焦点沿着第二相交线的一端向另一端来回移动逐行磨削，逐行磨削的同时光束焦点向远离锯片基体一侧移动，每一行磨削的扫描图形均为上一行扫描图形的等距线，直到完成锯齿后角面第二层的加工后，激光焦点回到第二相交线的端点位置；
S7、重复S6的动作，直到完成整个锯齿后角面的加工。
优选地，通过激光加工设备将金刚石锯片拨动或转动一个锯齿的距离并再次固定金刚石锯片，重复S2至S7的动作，直到完成金刚石锯片上所有锯齿后角面的加工后，取下金刚石锯片。
优选地，所述S5及S6中磨削完成后，光束焦点以最短距离回到相应相交线中与此时光束焦点最接近的端点位置。
优选地，所述S5及S6中每一行光束焦点向远离锯片基体一侧的移动量为0.005-0.03mm。
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。
优选地，所述S1中，激光加工设备采用立式激光加工机或卧式激光加工机。
优选地，所述光束焦点的移动速度为400-1600mm/s，激光频率为20-80KHz，脉冲宽度为30-500ns。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明通过将激光振镜图形投影在后角面上，并与焦平面相配合，从而重新设计锯齿后角面每一层的扫描图形，且每一层的扫描图形均一相同，实现了在激光磨削锯齿后角面时，始终采用激光焦点进行加工，使得锯齿后角加工精度更高，且产品质量得到保证，同时避免激光焦深加工不容易把握焦深大小，并从根本上避免了工件发热、烧伤炭化的现象发生，大大提高了产品合格率。
附图说明
图1为本发明方法的工艺流程图；
图2为焦平面与锯齿后角面在初始加工位置时配合示意图；
图3为斜齿的俯视图；
图4为焦平面与锯齿后角面在初始加工位置时侧面结构图；
图5为加工过程中焦平面与锯齿后角面的配合示意图；
图6为锯齿与锯片基体的结构示意图；
图7为四轴立式激光加工机的使用状态参考图；
图8为图7中A部分的局部放大图；
图9为五轴立式激光加工机的使用状态参考图；
图10为实施例一中激光焦点在第二层的磨削路线图。
图中，1、激光光束；101、激光焦点；2、锯齿后角面；3、切削刃；301、中部切削边；302、侧切削边；4、焦平面；5、锯齿；501、锯齿前角面；6、锯片基体；7、激光振镜；8、锯片夹紧气缸；9、平移机构二；10、升降机构；11、平移机构一；12、锯片旋转机构。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明：
在进行详细说明的段落中所涉及到的方位名词，仅为方便本领域的技术人员依照附图所展示的视觉方位理解本申请所记载的技术方案。除另有明确的规定和限定外，术语“设置”“安装”、“连接”等应做广义理解，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。
实施例一：该实施例适用于如梯形齿、平齿、梯平齿、圆弧齿及授权公告号为CN218657117U的一体式阶梯齿等锯齿后角最前端为一条切削边的齿形结构，如图2所示的梯平齿，其锯齿后角最前端为中部切削边301。如图6所示，锯齿5焊接在锯片基体6外周的齿座上。
如图1所示，高精度锯齿后角加工工艺，包括以下步骤：
S1、安装锯片：将金刚石锯片安装到激光加工设备中，并通过锯片夹紧气缸8夹紧固定，使金刚石锯片上的锯齿前角面501与激光的发射方向相对；其中，激光加工设备可以是立式激光加工机，也可以是卧式激光加工机，即金刚石锯片为配合不同的激光加工设备，可以竖放，也可以平放，而激光的发射方向与锯齿前角面501为相对位置关系，并不局限具体安装方位。
S2、确定激光振镜角度：根据设定的后角调节激光振镜7的相对角度，使激光振镜7发射的激光光束1与待加工的锯齿后角面2呈夹角a，夹角a为3°～20°；需要注意的是，锯齿后角面2为具有一定倾斜角度的斜面，因此，激光光束1与锯齿后角面2的夹角a为相对位置。
S3、确定锯齿后角面每一层的扫描图形：本发明方法的原理为始终采用激光焦点101进行加工，避免采用激光非焦点位置加工，从根本上避免工件发热、烧伤炭化，提高锯齿加工精度及质量。根据待加工锯齿后角的形状大小要求，选择相应的激光振镜图形，并将激光振镜图形投影至锯齿后角面2上，加工时，随着激光光束1从锯齿后角面2的上端向下端移动，激光振镜7发射的光束焦点101所在焦平面4与每一层待加工锯齿后角面2构成一条交线，该交线即为锯齿后角面2每一层的扫描图形；在实际加工时，锯齿后角面2每一层的扫描图形会通过激光加工设备的控制显示器提前设定好。
S4、对刀：如图2所示，同步调整激光振镜7和锯片基体6的相对位置，使激光振镜7发射的光束焦点101所在焦平面4与距离锯片基体6最远端的待加工锯齿后角切削刃3上的线（切削边）接触；该步骤中激光振镜7和锯片基体6相对位置的调节根据不同的激光加工设备各有不同。
本发明可采用图7和图8所示的四轴立式激光加工机，其工作原理参考CN218016487U。此时，锯片基体6所在平面竖向设置，锯片基体6安装在能够沿Y轴移动的平移机构一11上，激光振镜7安装在平移机构二9上，激光振镜7向锯片基体6一侧倾斜向下设置，使激光振镜7与垂平面的夹角控制在10-20°，平移机构二9安装在可上下移动的升降机构10，同步调节升降机构10、平移机构二9控制激光振镜7的位置，与此同时，调节平移机构一11控制锯片基体6的位置，实现激光振镜7和锯片基体6相对位置的调整。
本发明还可采用图9所示的五轴立式激光加工机，其工作原理参考CN116038154A，其在四轴立式激光加工机的基础上增加了能带动锯片基体6转动的锯片旋转机构12。除了控制升降机构10、平移机构二9，再通过调节锯片旋转机构12，实现激光振镜7和锯片基体6相对位置的调整。
本发明也可以采用卧式激光加工机，卧式激光加工机中锯片基体6平放，其它与立式激光加工机相同。
S5、锯齿后角面第一层的加工：如图4和图5所示，启动激光器，激光器为脉冲激光器，激光振镜7通过光纤与激光器连接，激光振镜7控制激光光束1，使光束焦点101所在焦平面4与待加工锯齿后角面2最上端的切削边相交形成一条相交线，记为第一相交线，圆弧齿的第一相交线为弧形线，其他齿形为一条线段，光束焦点101沿着第一相交线的一端（M点）向另一端（N点）来回移动逐行磨削，每一行磨削的扫描图形均为第一相交线的等距线，逐行磨削的同时光束焦点101向远离锯片基体6一侧逐渐移动，直到将待磨削的毛坯量全部磨削掉，其中，每一行光束焦点101向远离锯片基体6一侧的移动量控制在0.005-0.03mm，磨削深度记为A，磨削毛坯量的宽度记为B；完成锯齿后角面2第一层的加工后，激光焦点101以最短距离回到第一相交线中与此时光束焦点101最接近的端点位置；光束焦点101的移动速度为400-1600mm/s，激光频率为20-80KHz，脉冲宽度为30-500ns。
S6、锯齿后角面第二层的加工：如图10所示，调整激光振镜7，使激光振镜7沿着锯齿后角面2向远离锯齿前角面501的一侧移动A距离，光束焦点101所在焦平面4随之移动，焦平面4与锯齿后角面2产生一个新的相交线，记为第二相交线，梯形齿、梯平齿及一体式阶梯齿的第二相交线为折线段，平齿为线段，圆弧齿为带有圆弧的曲线或弧线，第二相交线根据齿形不同而不同。光束焦点101沿着第二相交线的一端（该端为与S5结束后光束焦点101所在端点最近的一端）向另一端来回移动逐行磨削，逐行磨削的同时光束焦点101向远离锯片基体6一侧移动，每一行磨削的扫描图形均为上一行扫描图形的等距线，每一行光束焦点101向远离锯片基体6一侧的移动量控制在0.005-0.03mm，直到完成锯齿后角面2第二层的加工后，激光焦点101以最短距离回到第二相交线中与此时光束焦点101最接近的端点位置。
S7、重复S6的动作，使光束焦点101沿着锯齿后角面2从靠近前角面一端向另一端、逐层来回移动，直到完成整个锯齿后角面2的加工。
S9、通过激光加工设备将金刚石锯片拨动或转动一个锯齿5的距离并再次固定金刚石锯片，重复S2至S8的动作，直到完成金刚石锯片上所有锯齿后角面2的加工后，取下金刚石锯片。
实施例二：该实施例适用于斜齿及授权公告号为CN218873977U的专利中带有齿尖为齿形结构。
高精度锯齿后角加工工艺，其中，S5、锯齿后角面第一层的加工：光束焦点101所在焦平面4与锯齿后角面2最上端的切削边相交形成一个或多个相交点，该相交点为齿尖，光束焦点101沿着相交点进行磨削；其他与实施例一相同。
最后，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (7)
1.一种高精度锯齿后角加工工艺，其特征在于，包括以下步骤：
S1、安装锯片：将金刚石锯片安装到激光加工设备中固定，使金刚石锯片上的锯齿前角面与激光的发射方向相对；
S2、确定激光振镜角度：根据设定的后角调节激光振镜的相对角度，使激光振镜发射的激光光束与待加工的锯齿后角面呈夹角a，夹角a为3°～20°；
S3、确定锯齿后角面每一层的扫描图形：根据待加工锯齿后角的形状大小要求，选择相应的激光振镜图形，并将激光振镜图形投影至锯齿后角面上，加工时，随着激光光束从锯齿后角面上端向下端移动，振镜发射的光束焦点所在焦平面与每一层待加工锯齿后角面均存在一个交点或一条交线，该交点或交线即为锯齿后角面每一层的扫描图形；
S4、对刀：同步调整激光振镜和金刚石锯片的相对位置，使激光振镜发射的光束焦点所在焦平面与距离锯片基体最远端的待加工锯齿后角切削刃上的点或线接触；
S5、锯齿后角面第一层的加工：启动激光器，激光振镜控制激光光束，使光束焦点所在焦平面与待加工锯齿后角面最上端的切削边存在一个相交点或第一相交线，光束焦点沿着该相交点进行磨削或光束焦点沿着第一相交线一端向另一端来回移动逐行磨削，每一行磨削的扫描图形均为第一相交线的等距线，逐行磨削的同时光束焦点向远离锯片基体一侧移动，直到将待磨削的毛坯量全部磨削掉，其中，磨削深度记为A，磨削毛坯量的宽度记为B；完成锯齿后角面第一层的加工后，激光焦点回到第一相交线的端点位置；
S6、锯齿后角面第二层的加工：调整激光振镜，使激光振镜沿着锯齿后角面向远离锯齿前角面的一侧移动A距离，光束焦点所在焦平面随之移动，焦平面与锯齿后角面产生一个新的相交线，记为第二相交线，光束焦点沿着第二相交线的一端向另一端来回移动逐行磨削，逐行磨削的同时光束焦点向远离锯片基体一侧移动，每一行磨削的扫描图形均为上一行扫描图形的等距线，直到完成锯齿后角面第二层的加工后，激光焦点回到第二相交线的端点位置；
S7、重复S6的动作，直到完成整个锯齿后角面的加工。
2.根据权利要求1所述的高精度锯齿后角加工工艺，其特征在于：通过激光加工设备将金刚石锯片拨动或转动一个锯齿的距离并再次固定金刚石锯片，重复S2至S7的动作，直到完成金刚石锯片上所有锯齿后角面的加工后，取下金刚石锯片。
3.根据权利要求2所述的高精度锯齿后角加工工艺，其特征在于：所述S5及S6中磨削完成后，光束焦点以最短距离回到相应相交线中与此时光束焦点最接近的端点位置。
4.根据权利要求1所述的高精度锯齿后角加工工艺，其特征在于：所述S5及S6中每一行光束焦点向远离锯片基体一侧的移动量为0.005-0.03mm。
5.根据权利要求1所述的高精度锯齿后角加工工艺，其特征在于：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。
6.根据权利要求1所述的高精度锯齿后角加工工艺，其特征在于：所述S1中，激光加工设备采用立式激光加工机或卧式激光加工机。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的高精度锯齿后角加工工艺，其特征在于：所述光束焦点的移动速度为400-1600mm/s，激光频率为20-80KHz，脉冲宽度为30-500ns。
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|---|---|---|---|---|
| CN117161477A (zh) * | 2023-10-31 | 2023-12-05 | 临沂友诚制锯技术服务有限公司 | 圆弧光路锯齿加工工艺 |
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Cited By (2)
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| CN117161477A (zh) * | 2023-10-31 | 2023-12-05 | 临沂友诚制锯技术服务有限公司 | 圆弧光路锯齿加工工艺 |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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