[發明專利]一種內嵌式激光輔助超精密外圓磨削裝置及其工作方法

有效

• 申請號: 201910065927.6
• 申請日: 2019-01-24
• 公開（公告）號: CN109605138B
• 公開（公告）日: 2020-09-04
• 發明（設計）人: 許金凱;任萬飛;于化東;于占江;劉啟蒙;廉中旭;張向輝;于朋;翟昌太
• 申請（專利權）人: 長春理工大學
• 主分類號: B24B1/00
• 分類號: B24B1/00;B24B5/04;B24B5/35;B24B41/02;B24B47/12;B24B55/00;B24B41/04;B23P25/00
• 代理公司: 長春市吉利專利事務所(普通合伙) 22206
• 代理人: 李曉莉

一種內嵌式激光輔助超精密外圓磨削裝置及其工作方法，屬于外圓磨削加工技術領域，包括機床主體、中央控制單元、砂輪架、滑臺系統、乳化液供給系統以及激光系統，所述滑臺系統包括X向往復運動滑臺、X向滑臺調節手輪、X向滑臺自動調節開關、Y向進給滑臺、Y向滑臺自動調節開關、Y向滑臺手動調節開關以及啟停開關，所述砂輪架設置在Y向進給滑臺上部，包括砂輪動力源、砂輪、砂輪主軸、皮帶輪以及皮帶保護罩。本發明采用主軸一體化設計模型，將激光系統從外圓磨床的主軸中心引入到砂輪中心，再通過砂輪中心的分光設計，將聚焦激光引入到加工死區中間，此種技術對擴展現有磨床的加工范圍，提高生產效率有顯著改善。

技術領域

本發明屬于外圓磨削加工技術領域，特別是涉及到一種激光輔助外圓磨削裝置及其工作方法。

背景技術

超精密外圓磨削是一種通用的加工設備，超精密加工技術是指加工的尺寸、形狀精度達到亞微米級，加工表面粗糙度Ra達到納米級的加工技術的總稱，而且這些加工技術指標也是隨著科學技術的發展而不斷更新。超精密磨床加工精度可以達到1nm～100nm，適用于圓柱面、圓錐面、階梯軸等樣件的超精密加工。

激光束激光表面刻蝕技術是指利用高亮度、方向性強、高強度的高能脈沖激光束直接作用于材料，屬于宏觀非接觸加工，該種激光可以通過調整激光功率、加工速度、加工間距等參數，在零件表面刻蝕出規則的微納結構，改善材料表面潤濕性能。根據脈沖寬度的不同，可分為納秒、皮秒、飛秒激光。激光加工具有無工具磨損、適用范圍廣、靈活性高、加工材料的熱影響區小等優勢。激光輔助電化學微增材制造技術正是憑借激光加工與電化學加工兩者優勢，而能獲得較為理想加工效果的一種新型功能表面的制造方法。

內嵌式激光輔助磨削就是通過激光加熱使超硬材料軟化從而進行磨削的一種技術，稱為輔助加熱磨削。激光輔助高效磨削加工的優點是激光傳熱的區域小，磨削的效率高，是磨削硬脆材料比較有潛力的加工方法。

現有激光輔助磨削都是外加激光頭，無法將激光直接照射到加工死區之內，對工件的左右影響很小，而內嵌式激光輔助外圓磨削裝置，將激光從砂輪的中心主軸方向引入，在砂輪中心進行分光，直接從砂輪的外緣進入到加工區域，砂輪隨即對已加熱區域進行磨削加工，加工質量和效率顯著提高，尤其是在對高硬材料的加工上效果顯著。此外，外圓磨削黑色金屬時，會有乳化液噴射到磨削區域內，激光輻照可以避免防止乳化液中的粒子產生團聚現象，提高磨削效率，防止工件燒傷。因此，現有技術中急需一種新穎的技術方案來改變高硬脆材料的外圓表面磨削問題。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是：提供一種內嵌式激光輔助超精密外圓磨削裝置及其工作方法，采用主軸一體化設計方法，將激光系統從外圓磨床的主軸中心引入到砂輪中心，再通過砂輪中心的分光設計，將聚焦激光引入到加工死區中間，此種技術對擴展現有磨床的加工范圍，提高生產效率有顯著改善。

一種內嵌式激光輔助超精密外圓磨削裝置，其特征是：包括機床主體、中央控制單元、砂輪架、滑臺系統、乳化液供給系統以及激光系統，

所述機床主體為成垂直型布置；

所述滑臺系統包括X向往復運動滑臺、X向滑臺調節手輪、X向滑臺自動調節開關、Y向進給滑臺、Y向滑臺自動調節開關、Y向滑臺手動調節開關以及啟停開關，所述X向往復運動滑臺設置在機床主體的長邊一側，X向往復運動滑臺上設置有磨床頭架以及磨床尾架；所述Y向進給滑臺設置在機床主體的短邊一側；所述X向滑臺調節手輪、X向滑自動臺調節開關、Y向滑臺自動調節開關、Y向滑臺手動調節開關以及啟停開關均設置在機床主體的側面；

所述砂輪架設置在Y向進給滑臺上部，包括砂輪動力源、砂輪、砂輪主軸、皮帶輪以及皮帶保護罩，所述砂輪動力源與皮帶輪連接，所述皮帶輪與砂輪主軸連接，皮帶輪外部設置有皮帶保護罩；所述砂輪主軸上設置有砂輪；所述砂輪包括粗磨區域、激光輔助磨削區域以及精密修整區域，砂輪的圓周面上設置有六個孔，且每個孔內均設置有端部為球頭光纖的透明紅寶石；