一种图案磨盘的制作装置的制作方法

本发明属于磨粒工具制备领域，具体涉及一种图案磨盘的制作装置。

背景技术：

借以磨粒的高硬度等优良物理机械性能，磨粒砂轮以其高效、稳定、耐用等优秀磨削特性，成为零件成型加工和高质量表面形成的关键手段，在金属、工程陶瓷、光学晶体、半导体及天然岩石等高效和精密磨削、硬质合金、光学晶体、工程陶瓷、航空航天钛合金等材料的高效和精密磨削加工中发挥着无可替代的支柱作用。

由于磨削技实际上是通过固结在磨轮表面的众多磨料对材料的微量去除从而实现工件材料的整体去除加工，因此磨轮表面磨粒的分布对磨轮性能影响巨大。一直以来，人们都在努力如何使得磨料或者微磨粒群能够按照一定的方式分布在磨轮表面，以确保磨粒间能够均匀的承担切削载荷，从而有效的提高磨粒的磨削性能，如中国实用新型专利公开号cn1528565a中公布了一种基于壳膜布料的带图案优化的磨料制备技术，中国实用新型专利cn101073882公布了一种磨料三维多层可控优化排布电镀工具制备方法等。这些方法从不同方面上针对磨粒图案排布磨轮制作中的磨料的排布实施问题进行了突破，但是所制工具依然与预期的设计目的相差甚远。究其原因，在于现有方法大都只是针对磨粒排布方式，而忽略了高性能磨轮的另一个重要问题——磨轮轮廓精度问题。磨轮轮廓的高精度是高精度工件成型的基本保证，但受结合剂层厚度的影响很大。cn105965408a公开了一种单层磨粒砂轮的制作方法，其核心点在于通过跳动补偿机构间接控制结合剂均匀涂敷以解决磨粒等高性问题，但是其设备复杂，操作繁琐。另一方面，现有的网筛，孔板，模板法材料主要是金属，陶瓷等，成本高且难加工，排布图案样式少，而且也仅是起到动磨粒位置限制的作用，并没有起到控制结合剂厚度的作用。因此，开发一种高效实现图案磨粒排布磨盘的制备设备具有重要的现实意义。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术缺陷，提供一种图案磨盘的制作装置。

本发明的具体技术方案如下：

一种图案磨盘的制作装置，包括龙门组件、xyz运动组件、工作台、工具库组件、夹取组件、控制系统和临时覆盖层；

所述龙门组件包括第一立柱、第二立柱、横梁和底座；第一立柱和第二立柱的下端固定在底座上，上端通过横梁连接；

所述xyz运动组件包括x轴驱动件、y轴驱动件和z轴驱动件，所述的x轴驱动件、y轴驱动件和z轴驱动件均包括滑块、驱动座；滑块沿着x轴或y轴或z轴往复运动；所述x轴的驱动座固定在横梁上，y轴的驱动座固定在x轴的滑块上，y轴的滑块运动方向与x的滑块运动方向在平行与底座的平面内垂直；z轴的驱动座固定在y轴的滑块上，z轴驱动件的滑块的运动方向与y轴的滑块运动方向相垂直；z轴滑块在x、y、z三轴运动控制下，实现xyz三维空间运动；

所述的驱动座设有螺杆、电机、导轨座和防尘盖；螺杆设于导轨座上，螺杆与滑块通过螺母连接，电机固定在导轨座上，并通过电机驱动丝杆正反转从而使滑块沿丝杆轴线方向往返运动，防尘盖固定在导轨座上；

所述工具库组件包括工具架、布粒头、涂料头、刮料头、雕刻头、固化头和检测头；工具架固定在底座上，布粒头、涂料头、刮料头、激光雕刻头、固化头和检测头分别卡持在工具架上；

夹取组件，包括电磁铁、卡爪和夹座，夹座固定在z轴驱动件的滑块上，定位卡爪和电磁铁均固定在夹座上，定位卡爪上与工具库组件中的各种工具头卡持连接；

所述的控制系统，与xyz运动组件、布粒头、涂料头、雕刻头、固化头和检测头电连接，用于控制这些模块工作。

所述临时覆盖层由面材、不干黏胶层和底纸构成，去除底纸后将所述不干黏胶层与磨盘基体的表面粘黏。

在一较佳实施例中：所述面材的材料包括铜版纸，pvc，pet，镭射纸，耐温纸，聚丙烯，聚碳酸酯，牛皮纸，荧光纸，镀金纸，镀银纸，合成纸，铝箔纸，易碎纸，防伪纸，美纹纸，布标纸，珠光纸，夹心铜版纸，热敏纸中的一种；所述面材厚度为25-500um；

在一较佳实施例中：所述不干黏胶层具有胶黏剂，胶黏剂包括丙烯酸乳胶，或热熔胶，或橡胶基类乳胶，或溶剂型丙烯酸中的一种或多种。

在一较佳实施例中：所述底纸为涂有硅保护层的底纸，包括格拉辛纸、蒜皮纸、牛皮纸、聚酯pet、铜版纸、聚乙烯、塑料薄膜中的一种。

在一较佳实施例中：所述磨盘为磨轮、端面磨盘、滚轮、修整器、cmp修整器、磨垫、钻头中的一种。

在一较佳实施例中：所述的雕刻头包括快换柄、固定座和雕刻器；

所述雕刻器为激光雕刻系统，能发出光斑直径为0.01-0.5mm直径的高能量激光束；或者，所述雕刻器为电主轴雕刻系统，包括电主轴、雕刻刀及夹头，雕刻刀通过夹头固定在电主轴的主轴上，雕刻刀在电主轴驱动下可以以0.1-10万转/每分钟旋转，单次进给雕刻宽度为0.1-1mm。

在一较佳实施例中：所述的涂料头包括快换柄、固定座、挤料嘴、挤料器和连接管；所述挤料嘴通过连接管和挤料器连接；

所述的刮料头包括快换柄、固定座、刮料片和弹簧；所述刮片固定在固定座下方，固定座的上方固定在快换柄上，弹簧套于固定座、刮片之间；

所述的布料头包括快换柄、固定座、粒仓、导料板和振动器；所述粒仓中的磨粒通过快换柄落入固定座中，所述振动器驱动固定座振动，使得磨粒沿着导料板掉落；

所述的检测头包括快换柄、固定座、摄像头；

所述的固化头包括快换柄、固定座、和固化发生器；

在一较佳实施例中：所述的固化发生器为光固化发生器，其发出波长为0.01-0.40微米紫外光；或者，所述固化发生器为热固化发生器，其产生辐射热。

在一较佳实施例中：所述快换柄设有卡持定位台阶，所述定位卡爪上设有与卡持定位台阶配合的卡槽。

本发明的有益效果是：

1)采用工具库模块化设计，将图案磨盘制备过程的多个工序所需的工具头自动化集成，从而实现多工序集成式一体化完成。2)临时覆盖层以及其图案的镂空处理成本低且速度快，磨粒表面图案更换自由。3)依据临时覆盖层的厚度来控制结合剂厚度，从根源上避免了因加工制造、制备及使用装配基准不一致等误差所造成的结合剂涂覆层厚度不一致，有效提高了砂轮表面结合剂厚度均匀性，极大改进了砂轮的轮廓精度。4)集结合剂涂覆、结合剂定厚、磨粒布植、结合剂固化等功能为一体的集成式设备，一站式实现磨料图案分布磨盘的高质量、高精度、高效制备，极大提高了磨盘的制备效率与工艺稳定性控制。

附图说明

图1为本发明优选实施例中图案磨盘制作装置的结构示意图之一；

图2为本发明优选实施例中图案磨盘制作装置的结构示意图之二；

图3为本发明优选实施例中图案磨盘制作装置的结构示意图之三；

图4为本发明优选实施例中x轴、y轴、z轴的结构示意图；

图5为本发明优选实施例中雕刻头的结构示意图；

图6为本发明优选实施例中电主轴雕刻的结构示意图；

图7为本发明优选实施例中涂料头的结构示意图；

图8为本发明优选实施例中刮料头的结构示意图；

图9为本发明优选实施例中布粒头的结构示意图；

图10为本发明优选实施例中固化头的结构示意图；

图11为本发明优选实施例中检测头的结构示意图。

图12为本发明优选实施例中夹取组件的结构示意图

图13为本发明优选实施例中临时覆盖层的结构示意图

图14为本发明优选实施例中临时覆盖层贴在磨盘基体上的示意图

图15为本发明优选实施例中临时覆盖层雕刻镂空后的示意图

图16为本发明优选实施例中刮料处理后图案磨盘的结构示意图

图17为本发明优选实施例中布粒后的图案磨盘的结构示意图

图18为本发明优选实施例所制备的图案磨盘的结构示意图

具体实施方式

以下通过具体实施方式结合附图对本发明的技术方案进行进一步的说明和描述。

如图1-3所示，一种图案磨盘的制作装置，所述磨盘为磨轮、端面磨盘、滚轮、修整器、cmp修整器、磨垫、钻头中的一种；该制作装置设有龙门组件1、xyz运动组件2、工具库组件3、夹取组件4，工作台5，控制系统10，临时覆盖层6。所述的龙门组件1，包括底座11，立柱一12、立柱二13、横梁14，立柱一12和立柱二13下端固定在底座11上，上端通过横梁14连接。

所述的xyz运动组件2，包括x轴驱动件21、y轴驱动件22和z轴驱动件23，图所述的x轴驱动件21、y轴驱动件22和z轴驱动件23均包括滑块i、驱动座ii，滑块i沿着x轴或y轴或z轴往复运动，x轴驱动件21的驱动座ii固定在横梁14上，y轴22的驱动座ii固定在x轴21的滑块i上，y轴22的滑块i运动方向与x轴21的滑块i运动方向在平行于底座11的平面内相垂直。z轴23的驱动座ii固定在y轴22的滑块i上，z轴23的滑块i的运动方向与y轴22的滑块i运动方向相垂直。z轴23的滑块i在x、y、z三轴运动控制下，可以实现在底座11上方的xyz三维空间内运动。

所述的驱动座ii包括螺杆ii-1、电机ii-2、导轨座ii-3和防护盖iii-4；螺杆ii-2沿着导轨座ii-3的长度方向设置于导轨座ii-3上，螺杆ii-2与滑块i通过丝杆螺母传动连接，电机ii-2固定在导轨座ii-3上并与螺杆ii-2连接；通过电机ii-2驱动螺杆ii-1正反转从而使滑块i沿螺杆轴向作往返运动，防护盖iii-4固定在导轨座ii-3，见图4.

所述的工具库组件3，包括工具架31、雕刻头32、涂料头33、刮料头34、布粒头35、固化头36和检测头37。工具架31固定在底座11上，其上设有系列卡持口。

雕刻头32，包括快换柄32-1、固定座32-2和雕刻器32-3，雕刻器32-3通过固定座32-2固定在快换柄32-1上，雕刻器32-3可以是可发出光斑直径为0.01-0.5mm的高能量激光束的激光雕刻系统32-3，见图5

涂料头33，包括快换柄33-1、固定座33-2、挤料嘴33-3、挤料器33-4和连接管33-5。挤料嘴33-3通过固定座33-2固定在快换柄33-1上，挤料器33-4固定在底座11上并与挤料嘴33-3通过连接管33-5连接，见图7。

刮料头34，设置有快换柄34-1、固定座34-2、刮片34-3和弹簧34-4，刮片34-3固定在固定座34-2下方，固定座34-2的上方固定在快换柄34-1上，弹簧34-4套于固定座34-2、刮片34-3之间，见图8。

布粒头35，包括快换柄35-1、固定座35-2、粒仓35-3、导料板35-4和振动器35-5。所述粒仓35-3中的磨粒通过快换柄落入固定座35-2中，所述振动器35-5驱动固定座35-2振动，使得磨粒沿着导料板35-4掉落,见图9；

固化头36，包括快换柄36-1、固定座36-2和固化发生器36-3，所述的固化发生器为光固化发生器，其发出波长为0.01-0.40微米紫外光；或者，所述固化发生器为热固化发生器，其产生辐射热，见图10。

检测头37，包括快换柄37-1、固定座37-2、摄像头37-3，见图11。

所述控制系统10，与xyz运动组件2、布粒头35、涂料头33、雕刻头32、固化头36和检测头37电连接，用于控制这些模块工作。

所述夹取组件4包括电磁铁41、定位卡爪42和夹座43，夹座43固定在z轴驱动件23的滑块ii上，定位卡爪42和电磁铁41均固定在夹座43上，定位卡爪42上与工具库组件中的各种工具头卡持连接；本实施例中，所述快换柄设有卡持定位台阶，所述定位卡爪42上设有与卡持定位台阶配合的卡槽，见图12。

所述临时覆盖层6由面材61、不干黏胶层62和底纸63构成，去除底纸63后将所述不干黏胶层62与磨盘基体7的表面粘黏，将图13。

用上述制作装置在磨粒图案磨盘的具体方法如下：

磨粒9的材质为硬质材料，优选为金刚石、聚晶金刚石、立方氮化硼、聚晶立方氮化硼、硬质合金、碳化硅、氧化铝；所述磨粒直径为1-2000um；所述结合剂8为光固化树脂，优先为含有1-20％光引发剂的光敏树脂；所述的光敏树脂在紫外线照射下会发生固化行为；所述的光敏树脂包括但不局限于丙烯酰氧基，甲基丙烯酰氧基，丙烯基，环氧基团和乙烯基醚。

磨盘基体7可以是金属基体、陶瓷基体、复合材料、塑料等。

临时覆盖层6优先由面材61、不干黏胶层62和底纸63构成，所述面材61的材料包括优先采用但不限于：铜版纸，pvc，pet，镭射纸，耐温纸，聚丙烯，聚碳酸酯，牛皮纸，荧光纸，镀金纸，镀银纸，合成纸，铝箔纸，易碎纸，防伪纸，美纹纸，布标纸，珠光纸，夹心铜版纸，热敏纸中的一种；所述面材61厚度为25-500um；所述不干黏胶层62具有胶黏剂，优先采用但不限于丙烯酸乳胶，或热熔胶，或橡胶基类乳胶，或溶剂型丙烯酸；所述底纸63为涂有硅保护层的底纸，优先采用但不限于格拉辛纸、蒜皮纸、牛皮纸、聚酯pet、铜版纸、聚乙烯、塑料薄膜。

具体步骤为：

(1)使用时，将磨盘基体7固定在工作台5上，将临时覆盖层6去除底纸63后粘覆在磨盘基体7表面，临时覆盖层6厚度根据所需结合剂厚度确定，见图14。

(2)卡爪42在x轴驱动件21、y轴驱动件22、z轴驱动件23的联合驱动下，运动到工具架3卡取雕刻头32，再依据磨粒图案排布对临时覆盖层6进行镂空雕刻，使得要放置结合剂和磨粒的区域内临时覆盖层6材料被清空，形成镂空区，见图15。

(3)卡爪42回到工具架3放下雕刻头32，并卡取涂料头33，将结合剂涂覆在临时覆盖层6上。

(4)卡爪42回到工具架3放下涂料头33，并卡取刮料头34，将刮片通过弹簧弹性压紧于临时覆盖层上，将镂空区外的结合剂8刮除，使得的镂空区内填充满与临时覆盖层6等高的结合剂8，见图16。

(5)卡爪42回到工具架3放下刮料头34，并卡取布粒头35，储存于磨粒仓的磨粒9在振动作用经导料板均匀落下，结合卡爪42在工作台上方运动，使得磨粒9均匀在临时结合层和镂空区的结合剂上，见图17。

(6)卡爪42回到工具架3放下布粒头35，并卡取检测头36，通过摄像头对磨盘基体7上的磨粒9进行拍照和分析，判断磨粒9排布均匀性及浓度。若未及预期要求，可以重复上述(6)步骤。

(7)卡爪42回到工具架3放下检测头36，并卡取固化头37，使得固化发生器发出紫外光，然后通过xyz运动对磨盘基体7表面的结合剂8进行固化处理，使得结合剂8将位于其上的磨粒9牢固连接在磨盘基体7上，然后去除临时覆盖层6，得到磨粒9图案排布磨盘。也可以先将临时覆盖层6及其上的磨粒9移除，然后进行固化处理，得到磨料9图案排布磨盘，见图18。

在实施案例的实施方法的基础上，进一步：结合剂8为热固化剂，优先为所述的热敏树脂包括但不局限于酚醛树脂，脲醛树脂，三聚氰胺－甲醛树脂，环氧树脂，不饱和树脂，聚氨酯，聚酰亚胺，呋喃树脂，聚丁二烯树脂，有机硅树脂，在上步骤(7)中的固化头中固化发生器为热固化发生器，通过发热的热辐射作用使得结合剂8发生热固化从而实现结合剂8热固化。

在实施案例的实施方法的基础上，进一步：雕刻器32-3可以是电主轴雕刻系统，包括电主轴、雕刻刀及夹头，雕刻刀通过夹头固定在电主轴的主轴上，雕刻刀在电主轴驱动下可以以0.1-10万转/每分钟旋转，单次进给雕刻宽度为0.1-1mm，见图6。

在实施案例的实施方法的基础上，进一步：结合剂8为含有一种或多种能与磨粒发生化学键合元素(co、ti、fe、w、cr)的高温熔点合金(300-1200摄氏度)，在完成上述(1)-(6)，将磨盘基体放入专门加热装置进行加热固化，包括感应加热、激光加热或炉中辐射加热。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。