CN205614488U - 一种粗金刚石砂轮的微磨粒出刃尖端修平修齐装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种粗金刚石砂轮的微磨粒出刃尖端修平修齐装置，包括粒度为600～3000目的研磨圆盘、空气轴，所述研磨圆盘装在空气轴上，所述空气轴固定在数控机床的水平工作台上，所述研磨圆盘为含铸铁微粉金刚石研磨圆盘，所述研磨圆盘的研磨表面均匀设置有与研磨圆盘旋转轴线同心的圆形微结构阵列。本实用新型通过控制研磨圆盘和金刚石砂轮的转速来控制磨粒研磨时的相对速度方向，使得研磨时磨粒的磨削力方向在正交的两个砂轮转速方向90度范围之内变化，在金刚石磨粒结晶易破坏方向对金刚石磨粒尖端进行修平修齐，保证研磨区域覆盖整个金刚石砂轮工作表面。

Description

一种粗金刚石砂轮的微磨粒出刃尖端修平修齐装置

技术领域

本实用新型涉及金刚石砂轮刀具修锐修齐领域，具体涉及一种粗金刚石砂轮的微磨粒出刃尖端修平修齐装置，是一种粗金刚石砂轮镜面磨削的微磨粒出刃尖端修平修齐的精密控制技术。

背景技术

一般情况下，提高硬脆性材料加工表面质量主要依赖于金刚石砂轮的精密镜面磨削。出厂砂轮在使用前要经过修平修齐，得到非常锋利并且突出的砂轮磨粒切削刃，但是磨粒切削刃并不是整齐等高的，这会导致磨削加工中加工表面质量不一，磨粒脱落对加工表面产生二次损伤，因此需要对磨粒切削刃进行修齐。然而，将微磨粒切削刃从结合剂中修整出来是很困难的，传统机械修整效率低，非机械结束式的激光及化学腐蚀存在着精度低、成本高、腐蚀液处理等问题。

因此，制作微结构阵列含铸铁微粉金刚石研磨圆盘对金刚石砂轮进行修平修齐，通过铁粉与金刚石磨粒的化学反应及受力方向的变化提高金刚石修平修齐的效率，且修整工具上的微结构阵列具有容屑散热的作用，可以提高修整性能，进而修整出可实现硬脆性材料精密镜面磨削的平整金刚石磨粒切削刃。

实用新型内容

为了克服上述现有技术的不足，本实用新型提供了一种粗金刚石砂轮的微磨粒出刃尖端修平修齐装置。本实用新型提供了使用含铸铁微粉金刚石的研磨圆盘正交研磨的方式对目标金刚石砂轮进行修齐，主要解决的技术问题是研磨圆盘的参数选用和通过研磨方式的设计和控制来保证研磨区域覆盖整个金刚石砂轮的工作表面。

本实用新型提供了一种粗金刚石砂轮的微磨粒出刃尖端修平修齐装置，包括粒度为600～3000目的研磨圆盘，空气轴，所述研磨圆盘装在空气轴上，所述空气轴固定在数控机床的水平工作台上，所述研磨圆盘为含铸铁微粉金刚石研磨圆盘，所述研磨圆盘的研磨表面均匀设置有与研磨圆盘2旋转轴线同心的圆形微结构阵列。

研磨圆盘上的微结构阵列，一方面可以保证在研磨过程中研磨圆盘和金刚石砂轮接触点时刻发生变化，使得金刚石磨粒受到不同方向的磨削力，进而使得金刚石砂轮金刚石磨粒在结晶易磨损方向进行修平修齐；另一方面，研磨圆盘上的微结构阵列具有容屑散热的作用，防止研磨圆盘磨粒间隙阻塞，确保更好的修平修齐效果。

使用的金刚石研磨圆盘中含铸铁微粉，修平修齐过程中，铁粉与金刚石磨粒发生化学反应，从而保证金刚石砂轮金刚石磨粒更容易被修平修齐。

进一步地，所述微结构阵列的横截面为锯齿形微沟槽，所述锯齿形微沟槽的夹角为40～150度，深度为50微米～5毫米，相邻锯齿形微沟槽间距为34.2微米～10毫米。

进一步地，所述微结构阵列的横截面为曲面微沟槽，所述曲面微沟槽的曲面直径为200微米～5毫米，深度为50微米～5毫米，间距为173.2微米～5毫米。

本方案因研磨圆盘具有微结构阵列，研磨过程中，金刚石砂轮来回进给使得接触点时刻变化，进一步保证金刚石砂轮金刚石磨粒受到磨削力的大小和方向随接触点的变化而变化，且研磨圆盘上的微结构阵列具有容屑散热的作用，进一步提高修平修齐效果，另外，在研磨过程中，研磨圆盘中的铁粉可以与金刚石砂轮中的金刚石磨粒发生化学反应，提高修整效率。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是提高了砂轮研磨修平修齐的稳定性、可控性和精确性。研磨圆盘与砂轮均采用数控方式，其转速、进给、切深均可以实现微米级别控制，能够获得十分平整的修平修齐效果。修平修齐后的大颗粒金刚石砂轮可用于硬脆材料的精密镜面磨削加工，能够获得较高质量光洁度的表面。

附图说明

图1粗金刚石砂轮磨粒修平修齐示意图。

图中所示为：1-金刚石砂轮；2-研磨圆盘；3-空气轴；4-工作台。

具体实施方式

为更好理解本实用新型，下面结合附图和实施例对本实用新型做进一步的说明，但是本实用新型要求保护的范围并不局限于实施例所表示的范围。

实施例一

如图1所示，一种粗金刚石砂轮的微磨粒出刃尖端修平修齐装置，包括粒度为600～3000目的研磨圆盘2，空气轴3，所述研磨圆盘2装在空气轴3上，所述空气轴3固定在数控机床的水平工作台4上，所述研磨圆盘2为含铸铁微粉金刚石研磨圆盘，所述研磨圆盘2的研磨表面均匀设置有与研磨圆盘2旋转轴线同心的圆形微结构阵列，所述微结构阵列的横截面为锯齿形微沟槽，所述锯齿形微沟槽的夹角为60度，深度为700微米，相邻锯齿形微沟槽间距为808微米。

研磨圆盘2上的微结构阵列，一方面可以保证在研磨过程中研磨圆盘2和金刚石砂轮1接触点时刻发生变化，使得金刚石磨粒受到不同方向的磨削力，进而使得金刚石砂轮1金刚石磨粒在结晶易磨损方向进行修平修齐；另一方面，研磨圆盘2上的微结构阵列具有容屑散热的作用，防止研磨圆盘2磨粒间隙阻塞，确保更好的修平修齐效果。使用的研磨圆盘2中含铸铁微粉，修平修齐过程中，铁粉与金刚石磨粒发生化学反应，从而保证金刚石砂轮1的金刚石磨粒更容易被修平修齐。

或者，所述微结构阵列的横截面为曲面微沟槽，所述曲面微沟槽的曲面直径为500微米，深度为100微米，间距为400微米。

所述金刚石砂轮1轴线方向和修整工具轴线方向垂直。所述研磨圆盘2沿自身轴线作旋转运动，金刚石砂轮1沿自身轴线作旋转运动的同时在研磨圆盘2表面作直线往复运动。

所述研磨圆盘2为含铸铁微粉金刚石研磨圆盘，金刚石砂轮1为粗金刚石砂轮，当金刚石砂轮1与研磨圆盘2接触时，金刚石砂轮1中的金刚石磨粒与研磨圆盘2中的铁粉发生化学反应，使得金刚石磨粒尖端腐蚀，形成金刚石砂轮切削刃，达到修平修齐的目的。

所述研磨圆盘2和金刚石砂轮1采用正交接触，随着转速比的变化，金刚石砂轮1磨粒所受到的磨削力在90度范围内发生变化，使得磨粒在结晶易磨损方向发生磨损，使得磨粒修平修齐效率更高。

所述研磨圆盘2表面具有微结构阵列，在研磨过程中金刚石砂轮1上的磨粒随着与微结构阵列接触点的不同，受到来自不同方向的冲击力，进一步提高金刚石砂轮1的修平修齐效率，并且具有容屑散热的作用，可以达到更好的修平修齐性能。

在修平修整过程中，如果采用合适的转速、进给深度、进给速度、轴向距离和合适的微结构阵列，可以有效地提高金刚石砂轮1的修平修齐效率。

实施例二

如图1所示，本实施例采用正交研磨的方式，将研磨圆盘2安在工作台上，旋转轴为Y轴，金刚石砂轮1旋转轴为Z轴，金刚石砂轮1沿研磨圆盘2表面做来回进给运动，实现砂轮的正交研磨修整修齐，具体过程为：

一种采用所述装置的粗金刚石砂轮的微磨粒出刃尖端修平修齐方法，包括步骤：

1)将粒度为46目的金刚石砂轮1(直径135毫米，厚8毫米)安装在空气静压转轴的平面磨床(PSG52DX)的砂轮轴上，将装有含铸铁微粉金刚石的研磨圆盘2(直径160毫米，厚度15毫米)的空气轴3固定在磨床的水平工作台4上，使金刚石砂轮1的轴线与研磨圆盘2相互垂直；

2)研磨圆盘2沿自身轴线作旋转运动，金刚石砂轮1沿自身轴线作旋转运动的同时在研磨圆盘2表面作直线往复运动，实现砂轮的正交研磨修整修齐，其中所述研磨圆盘2和金刚石砂轮1的转速关系满足：

$V=\sqrt{V_1^2+V_2^2},$

$\mathrm{\θ}=\arctan \frac{V_1}{V_2}=\arctan \frac{N_1{D}_1}{N_2{D}_2}~\arctan \frac{N_1{D}_1}{N_2(D_2-2d)},$

其中，金刚石砂轮1的直径为D₁、转速为N₁、速度为V₁、研磨圆盘2的直径为D₂、厚度为d、转速为N₂、速度为V₂，根据矢量叠加原理，切削点的实际速度为V，θ为V和V₂之间的夹角且位于V₁和V₂所正交的90度范围之内，本方案通过设定研磨圆盘和金刚石砂轮的转速关系，来控制磨粒切削速度的方向，使得磨粒受力在一定范围内变化，从而保证修整区域覆盖整个金刚石砂轮的工作区域，本实施例的金刚石砂轮1和研磨圆盘2接触修整过程中，金刚石砂轮1转速N₁＝3000r/min，进给速度v_f＝3000mm/min，进给深度a＝1μm，砂轮轴向移动间距为1mm；研磨圆盘2的粒度为600目，研磨圆盘2的转速N₂＝300r/min；所述微结构阵列的横截面为锯齿形微沟槽，所述锯齿形微沟槽的夹角为60度，深度为700微米，相邻锯齿形微沟槽间距为808微米，锯齿形微沟槽一方面可以使得金刚石磨粒多个方向和研磨圆盘2接触，使得金刚石磨粒受到来自不同方向的磨削力，提高修平修齐效率；另一方面，锯齿形微沟槽可以起到容屑散热性能，提高修平修齐性能。

如果采用以上修平修齐参数，可以提高砂轮修平修齐效率和效果，金刚石磨粒可以修平修齐得到整齐的切削刃，可用于硬脆性材料的精密镜面磨削。

实施例三

如图1所示，本实施例采用正交研磨的方式，将研磨圆盘2安在工作台上，旋转轴为Y轴，金刚石砂轮1旋转轴为Z轴，金刚石砂轮1沿研磨圆盘2表面做来回进给运动，实现砂轮的正交研磨修整修齐，具体过程为：

一种采用所述装置的粗金刚石砂轮的微磨粒出刃尖端修平修齐方法，包括步骤：

1)将粒度为120目的金刚石砂轮1(直径150毫米，厚5毫米)安装在CNC数控磨床(SMART-B818)的砂轮轴上，将装有含铸铁微粉金刚石的研磨圆盘2(直径100毫米，厚度10毫米)的空气轴3固定在磨床的水平工作台4上，使金刚石砂轮1的轴线与研磨圆盘2相互垂直；

2)研磨圆盘2沿自身轴线作旋转运动，金刚石砂轮1沿自身轴线作旋转运动的同时在研磨圆盘2表面作直线往复运动，实现砂轮的正交研磨修整修齐，其中所述研磨圆盘2和金刚石砂轮1的转速关系满足：

$V=\sqrt{V_1^2+V_2^2},$

$\mathrm{\θ}=\arctan \frac{V_1}{V_2}=\arctan \frac{N_1{D}_1}{N_2{D}_2}~\arctan \frac{N_1{D}_1}{N_2(D_2-2d)},$

其中，金刚石砂轮1的直径为D₁、转速为N₁、速度为V₁、研磨圆盘2的直径为D₂、厚度为d、转速为N₂、速度为V₂，根据矢量叠加原理，切削点的实际速度为V，θ为V和V₂之间的夹角且位于V₁和V₂所正交的90度范围之内，本方案通过设定研磨圆盘和金刚石砂轮的转速关系，来控制磨粒切削速度的方向，使得磨粒受力在一定范围内变化，从而保证修整区域覆盖整个金刚石砂轮的工作区域，本实施例的金刚石砂轮1和研磨圆盘2接触修整过程中，金刚石砂轮1的转速N₁＝2500r/min，进给速度v_f＝2500mm/min，进给深度a＝5μm，砂轮轴向移动间距为1.5mm；研磨圆盘2的粒度为3000目，研磨圆盘2的转速N₂＝400r/min；所述微结构阵列的横截面为曲面微沟槽，所述曲面微沟槽的曲面直径为500微米，深度为100微米，间距为400微米，所述曲面微沟槽一方面可以使得金刚石磨粒多个方向和研磨圆盘2接触，使得金刚石磨粒受到来自不同方向的磨削力，提高修平修齐效率；另一方面，曲面微沟槽可以起到容屑散热性能，提高修平修齐性能。

如果采用以上修平修齐参数，可以提高砂轮修平修齐效率和效果，金刚石磨粒可以修平修齐得到整齐的切削刃，可用于硬脆性材料的精密镜面磨削。

实施例一和实施例二提供的微磨粒出刃尖端修平修齐方法通过控制N₁和N₂的大小，使得切削点的实际速度为V的方向角θ在0到90度范围内波动变化，一方面保证砂轮的磨粒尖端受到各个方向的切削力，使得磨粒沿着金刚石结晶易磨损方向进行修齐，达到更好的修平修齐的效果。另一方面，V₁和V₂的变化，可以避免研磨区域的周期性重复，可以避免重复的研磨圆盘2的某一区域，降低研磨圆盘2的磨损，可以保证研磨区域覆盖砂轮的整个工作区域。因研磨圆盘2具有微结构阵列，研磨过程中，金刚石砂轮来回进给使得接触点时刻变化，进一步保证金刚石砂轮1的金刚石磨粒受到磨削力的大小和方向随接触点的变化而变化，且研磨圆盘2上的微结构阵列具有容屑散热的作用，进一步提高修平修齐效果。

本实用新型的上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种粗金刚石砂轮的微磨粒出刃尖端修平修齐装置，其特征在于：包括粒度为600~3000目的研磨圆盘(2)，空气轴(3)，所述研磨圆盘(2)装在空气轴(3)上，所述空气轴(3)固定在数控机床的水平工作台(4)上，所述研磨圆盘(2)为含铸铁微粉金刚石研磨圆盘，所述研磨圆盘(2)的研磨表面均匀设置有与研磨圆盘(2)旋转轴线同心的圆形微结构阵列。

2.根据权利要求1所述的粗金刚石砂轮的微磨粒出刃尖端修平修齐装置，其特征在于：所述微结构阵列的横截面为锯齿形微沟槽，所述锯齿形微沟槽的夹角为40~150度，深度为50微米~5毫米，相邻锯齿形微沟槽间距为34.2微米~10毫米。

3.根据权利要求1所述的粗金刚石砂轮的微磨粒出刃尖端修平修齐装置，其特征在于：所述微结构阵列的横截面为曲面微沟槽，所述曲面微沟槽的曲面直径为200微米~5毫米，深度为50微米~5毫米，间距为173.2微米~5毫米。