[發(fā)明專利]一種微型PCD車齒刀的激光刃磨裝置及工藝

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010711943.0
• 申請日: 2020-07-22
• 公開（公告）號: CN112091433A
• 公開（公告）日: 2020-12-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 崔健磊;方旭陽;梅雪松;王文君;凡正杰;劉斌;孫崢;段文強(qiáng)
• 申請（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類號: B23K26/36
• 分類號: B23K26/36;B23K26/082;B23K26/064;B23K26/70
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司 61200
• 代理人: 閔岳峰

本發(fā)明公開了一種微型PCD車齒刀的激光刃磨裝置及工藝，該激光刃磨裝置主要包括激光光路部分、刀具裝夾定位部分以及分度部分。其中激光采用紫外納秒激光，刀具的裝夾定位采用特別設(shè)計(jì)的定制軸；微型PCD車齒刀通過定制軸安裝于分度裝置，通過計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)特殊的激光刃磨路徑及工藝參數(shù)，配合掃描振鏡對車齒刀具的每個齒依次進(jìn)行刃磨，并通過CCD對刃磨情況進(jìn)行實(shí)時在線觀察，該刃磨裝置與工藝同樣適用于其他微型回轉(zhuǎn)類超硬刀具的刃磨。本發(fā)明與傳統(tǒng)機(jī)械刃磨工藝相比，成本低、效率高、工藝簡單、自動化可控程度高，并可以刃磨出具有鋒利刃口的PCD車齒刀。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于激光加工技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種微型PCD車齒刀的激光刃磨裝置及工藝。

背景技術(shù)

隨著航空航天、軍事、3C、模具、電子等領(lǐng)域的快速發(fā)展，對零件的表面質(zhì)量、形狀精度、穩(wěn)定性、可靠性等都提出了更高的要求，各種難加工材料如高溫結(jié)構(gòu)陶瓷、高溫合金、鈦合金、復(fù)合材料等不斷涌現(xiàn)，且現(xiàn)代制造業(yè)對高速切削加工的需求也與日俱增，傳統(tǒng)的切削刀具已無法滿足越來越高的切削需求。而超硬刀具的出現(xiàn)極大程度上的解決了上述難點(diǎn)，其中聚晶金剛石(PCD)刀具得到了極為廣泛的應(yīng)用。PCD材料擁有極高的硬度、耐磨性好、強(qiáng)度高、導(dǎo)熱性好、熱膨脹系數(shù)低、可以刃磨出極其鋒利的刀刃、加工范圍廣，尤其適用于對難加工有色金屬材料和難加工非金屬材料的切削，且PCD材料可人工大批量制造，成本低，是一種極為出色的、不可代替的超硬刀具材料。

齒輪作為傳遞動力與運(yùn)動的基礎(chǔ)機(jī)械元件，它的質(zhì)量、壽命、精度直接關(guān)系到整臺設(shè)備的性能，因此高精度齒輪的加工極為重要。車齒法可以連續(xù)切削，具有很高的效率以及加工精度，近年來受到越來越多的關(guān)注，因此對PCD車齒刀的制造研究有著很好意義以及應(yīng)用前景。

PCD刀具的制造主要包括PCD毛胚的燒結(jié)、切割、焊接以及刃磨。其中刃磨工藝直接影響刀具刃口的鋒利程度以及切削精度。而金剛石的高硬度、高強(qiáng)度、高耐磨性、化學(xué)穩(wěn)定性等特性，使得金剛石的刃磨及其困難。目前，PCD刀具的刃磨主要采用金剛石砂輪刃磨工藝，但這種工藝方法效率極低、砂輪磨損量大，而且當(dāng)刃磨具有復(fù)雜軌跡的刀具如漸開線齒廓等，尤其是微型復(fù)雜軌跡刀具時，金剛石砂輪刃磨工藝難以實(shí)施，無法達(dá)到刀具質(zhì)量要求。

發(fā)明內(nèi)容

為解決現(xiàn)有技術(shù)在PCD車齒刀具刃磨中所存在的問題，本發(fā)明提出了一種微型PCD車齒刀的激光刃磨裝置及工藝，該方法加工效率高、精度高、自動化程度高，可以刃磨出具有鋒利刃口的PCD車齒刀具，且該刃磨裝置及工藝同樣適用于其他回轉(zhuǎn)類超硬刀具的刃磨。

本發(fā)明采用如下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的：

一種微型PCD車齒刀的激光刃磨裝置，包括激光光路、掃描振鏡、CCD、夾緊螺母、微型PCD車齒刀、定制軸、分度臺和三軸數(shù)控平移臺；其中，分度臺設(shè)置在三軸數(shù)控平移臺(8)，定制軸的一端連接在分度臺上，微型PCD車齒刀套裝在定制軸的另一端，并通過夾緊螺母夾緊，激光經(jīng)過激光光路的處理及傳播，射入掃描振鏡，隨后掃描振鏡控制激光對微型PCD車齒刀進(jìn)行刃磨，同時在一側(cè)使用CCD對刃磨過程進(jìn)行實(shí)時在線觀察。

本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，激光光路包括激光器、擴(kuò)束鏡、四分之一波片、小孔光闌以及若干反射鏡，激光器輸出激光為紫外納秒激光，波長355nm，脈寬11ns，重復(fù)頻率40-150kHz，功率12W；激光器輸出的激光首先通過擴(kuò)束鏡減小光束發(fā)散角，提高焦深；其次經(jīng)過四分之一波片用于將激光轉(zhuǎn)變?yōu)閳A偏振激光，使光斑能量分布更為均勻；隨后，激光經(jīng)過小孔光闌濾去光斑的衍射光圈，提高光斑質(zhì)量；最后處理過的激光經(jīng)過若干反射鏡改變傳播方向，并射入掃描振鏡用于加工；經(jīng)過此激光光路獲得質(zhì)量優(yōu)異的激光光斑，從而保證對刀具的精細(xì)刃磨。

本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，定制軸的一端是帶外螺紋的軸頸，用于與分度臺配合，另一端擁有一段長度小于刀具厚度的光軸用于與微型PCD車齒刀中心孔配合，微型PCD車齒刀通過軸肩進(jìn)行定位，再向外是一段用于夾緊的外螺紋軸，其螺紋大徑小于刀具中心孔，便于微型PCD車齒刀的安裝與拆卸。