一种基于增材加工的树脂基砂轮制造方法及制造装置与流程

本发明涉及一种砂轮的制造方法及制造装置，尤其涉及一种树脂基砂轮的制作方法及制造装置。

背景技术：

树脂基砂轮是用树脂做成的砂轮，比如酚醛树脂、环氧树脂、聚氨酯及聚乙烯醇等。树脂基砂轮的强度较金属结合剂和陶瓷结合剂低，但由于树脂基砂轮的弹性及自锐性好等特点，被广泛应用于粗磨、荒磨、切断和自由磨削。

传统树脂基砂轮主要采用磨粒与结合剂混合，再通过压制、烧结等工艺得以实现。该树脂基砂轮的加工工艺存在以下问题：

1、由于加工工艺的限制，难以制作出复杂结构的树脂基砂轮，现有树脂基砂轮基于没有气孔、容屑槽等内部结构。

2、如果要制造出复杂结构的树脂基砂轮，则会大大提升砂轮的制造成本。

3、无法做到个性化定制砂轮。

技术实现要素：

为了解决现有树脂基砂轮制造方法难以制作出复杂结构的树脂基砂轮、加工成本高且难以个性化定制的技术问题，本发明提供一种基于增材加工的树脂基砂轮制造方法及制造装置。

本发明的技术解决方案如下：

一种基于增材加工的树脂基砂轮制造方法，其特殊之处在于,包括以下步骤：

1)建立待打印树脂基砂轮的数字模型；

2)对数字模型进行分层，形成多个树脂基砂轮切片图；

3)按照从下至上的顺序，对树脂基砂轮逐层累积打印，方法如下：

3.1)根据对应层的树脂基砂轮切片图，利用微滴喷射技术，单层铺设液态光敏树脂；

3.2)利用气载喷头输送磨粒至液态光敏树脂分布区域；

3.3)采用紫外光扫描磨粒及液态光敏树脂，使液态光敏树脂固化并与磨粒相结合。

进一步地，为了提高磨削加工性能，步骤3.2)中的金属磨粒的材质是金刚石或cbn磨粒。

进一步地，为了能够加工出非常好的表面质量，步骤3.2)中的磨粒的粒度范围由45/50到170/200区间可供选择，根据不同磨削要求选择不同粒度。

同时，本发明还提供了一种基于增材加工的树脂基砂轮制造装置，其特殊之处在于：包括工作腔室13及设置在工作腔室13中的成形工作台7、磨粒喷头1、磨粒喷头前后移动组件、磨粒喷头左右移动组件、微滴喷射头12、微滴喷头前后移动组件、微滴喷头左右移动组件、垂直移动组件8及固化装置；

所述工作腔室13内填充有保护气体；

所述成形件工作台7通过垂直移动组件8设置在工作腔室13的下部；

所述磨粒喷头前后移动组件、磨粒喷头左右移动组件均设置在成型工作台7的上方；

所述磨粒喷头1通过磨粒喷头前后移动组件实现在成型工作台7上方前后方向的移动；

所述磨粒喷头1通过磨粒喷头左右移动组件实现在成型工作台7上方左右方向的移动；

所述微滴喷头前后移动组件、微滴喷头左右移动组件均设置在成型工作台7的上方；

所述微滴喷射头12通过微滴喷头前后移动组件实现在成型工作台7上方前后方向的移动；

所述微滴喷射头12通过微滴喷头左右移动组件实现在成型工作台7上方左右方向的移动；

所述固化装置设置在工作腔室13的上部，所述固化装置用于液态光敏树脂的固化。

进一步地，所述磨粒喷头前后移动组件为丝杠导轨结构，包括磨粒喷头驱动丝杠a3、磨粒喷头主导轨4、磨粒喷头副导轨11、磨粒喷头前支撑16、磨粒喷头后支撑20、磨粒喷头联轴器a21以及磨粒喷头驱动电机a22；

所述磨粒喷头主导轨4及磨粒喷头副导轨11并行等高度设置，且分别对应位于工作腔室13的左右侧内壁处；

所述磨粒喷头驱动丝杠a3前后两端分别通过磨粒喷头前支撑16、磨粒喷头后支撑20与磨粒喷头主导轨4固定连接；

所述磨粒喷头驱动电机a22通过磨粒喷头联轴器a21驱动磨粒喷头驱动丝杠a3。

进一步地，所述磨粒喷头左右移动组件为丝杠导轨结构，包括磨粒喷头驱动丝杠b18、磨粒喷头左支撑17、磨粒喷头右支撑30、磨粒喷头联轴器b31、磨粒喷头驱动电机b32以及磨粒喷头支撑体34；

所述磨粒喷头支撑体34的一端与磨粒喷头驱动丝杠a3上的滑块固定连接，另一端与磨粒喷头副导轨11滑动连接；

所述磨粒喷头驱动丝杠b18与磨粒喷头支撑体34并行设置且固定连接；

所述磨粒喷头驱动电机b32通过磨粒喷头联轴器b31驱动磨粒喷头驱动丝杠b18；

所述磨粒喷头1连接在磨粒喷头驱动丝杠b18上。

进一步地，所述微滴喷头前后移动组件为丝杠导轨结构，包括微滴喷头驱动丝杠a10、微滴喷头主导轨9、微滴喷头副导轨2、微滴喷头前支撑33、微滴喷头后支撑25、微滴喷头联轴器a24以及微滴喷头驱动电机a23；

所述微滴喷头主导轨9、微滴喷头副导轨2并行等高度设置，微滴喷头主导轨9位于工作腔室13的右侧内壁处，微滴喷头副导轨2位于工作腔室13的左侧内壁处；

所述微滴喷头驱动丝杠a10前后两端分别通过微滴喷头前支撑33、微滴喷头后支撑25与微滴喷头主导轨9固定连接。

所述微滴喷头驱动电机a23通过微滴喷头联轴器a24驱动微滴喷头驱动丝杠a10。

进一步地，所述微滴喷射头左右移动组件为丝杠导轨结构，包括微滴喷头左支撑19、微滴喷头驱动丝杠b29、微滴喷头右支撑28、微滴喷头联轴器b27、微滴喷头驱动电机b26以及微滴喷头支撑体35；

所述微滴喷头支撑体35的一端与微滴喷头驱动丝杠a10上的滑块固定连接，另一端与微滴喷头副导轨2滑动连接；

所述微滴喷头驱动丝杠b29与微滴喷头支撑体35并行设置且固定连接；

所述微滴喷头驱动电机b26通过微滴喷头联轴器b27驱动微滴喷头驱动丝杠b29；

所述微滴喷射头12连接在微滴喷头驱动丝杠b29上。

进一步地，所述磨粒喷头主导轨4、磨粒喷头副导轨11、微滴喷头主导轨9及微滴喷头副导轨2并行等高度设置。

进一步地，所述固化装置包括紫外光纤激光器14及扫描系统15，所述扫描系统15设置在紫外光纤激光器14的出射光路上；

所述扫描系统15的扫描窗口正对成形件工作台7。

进一步地，所述垂直移动组件8为丝杠导轨结构。

本发明与现有技术相比，有益效果是：

1、本发明基于增材加工的树脂基砂轮制造方法，采用逐层加工的形式进行砂轮制造，能够根据砂轮磨削时加工状态的不同，制造出满足磨削需求的气孔、容屑槽以及砂轮磨削外形；并且在提升磨削效果的前提下，缩短了砂轮个性化制造周期，降低了树脂基砂轮制造成本。

2、本发明基于增材加工的树脂基砂轮制造方法，综合利用微滴喷射技术、气载喷头粉料输送技术及紫外固化技术进行树脂基砂轮的制作，所制作完成的树脂基砂轮内部结构尺寸精度高，能够更好的满足砂轮的加工要求。

3、本发明基于增材加工的树脂基砂轮制造装置，结构简单，易于实现。

附图说明

图1本发明实施例树脂基砂轮的数字模型图；

图2为本发明实施例树脂基砂轮切片图；

图3为本发明基于增材加工的树脂基砂轮制造方法的流程图；

图4为本发明实施例基于增材加工的树脂基砂轮制造装置的结构示意图；

图5为图4中磨粒喷头及树脂微滴喷射头的移动结构图；

其中附图标记为：1-磨粒喷头；2-微滴喷头副导轨；3-磨粒喷头驱动丝杠a；4-磨粒喷头主导轨；5-导轨压块；6-砂轮；7-成型工作台；8-垂直移动组件；9-微滴喷头主导轨；10-微滴喷头驱动丝杠a、11-磨粒喷头副导轨、12-微滴喷射头、13-工作腔室、14-紫外光纤激光器、15-扫描系统、16-磨粒喷头前支撑、17-磨粒喷头左支撑、18-磨粒喷头驱动丝杠b、19-微滴喷头左支撑、20-磨粒喷头后支撑、21-磨粒喷头联轴器a、22-磨粒喷头驱动电机a、23-微滴喷头驱动电机a、24-微滴喷头联轴器a、25-微滴喷头后支撑、26-微滴喷头驱动电机b、27-微滴喷头联轴器b、28-微滴喷头右支撑、29-微滴喷头驱动丝杠b、30-磨粒喷头右支撑、31-磨粒喷头联轴器b、32-磨粒喷头驱动电机b、33-微滴喷头前支撑、34-磨粒喷头支撑体、35-微滴喷头支撑体。

具体实施方式

以下结合附图1-3对本发明进行详细说明。

本发明基于增材加工的树脂基砂轮制造方法，包括以下步骤：

1)建立如图1所示的待打印树脂基砂轮的数字模型；

2)对数字模型进行分层，形成多个树脂基砂轮切片图；

3)根据树脂基砂轮切片图，按照从下至上的顺序，逐层累积打印制作出树脂基砂轮；每一层的打印方式如下：

3.1)利用微滴喷射技术，单层铺设液态光敏树脂；

3.2)利用气载式磨粒喷头输送金属磨粒至树脂分布区域；

3.3)采用紫外光扫描金属磨粒及液态光敏树脂，使液态光敏树脂固化并与金属磨粒结合在一起，单层打印完成。

本发明步骤3.3)中，由于激光器输出光斑大小不同，可以根据砂轮制造要求，调整光斑大小，制造出不同磨削要求的砂轮润滑液流道、气孔以及外形。步骤3.3)中所使用的金属磨粒用的是金刚石、cbn等磨粒。

按照本发明实施例所制作的树脂基砂轮包括砂轮体，砂轮体为筒状结构，沿砂轮体的径向可以将砂轮体分为两个环形区域，靠近砂轮体中心的一个环形区域中没有气孔，该区域要求具有较好的强度；另外一个区域可以设置轴向的、径向的气孔及容屑槽，孔的规格也可以有多种。

图1所示的结构仅是本发明方法所制作的一种树脂基砂轮数字模型的示例，在砂轮的实际制造过程中，可以根据砂轮磨削时磨削加工状态的不同，制造出满足磨削需求的气孔、容屑槽以及砂轮磨削外形。在提升磨削效果的前提下，缩短砂轮个性化制造周期。

图4-5为基于增材加工的树脂基砂轮的制造装置，该装置包括工作腔室13及设置在工作腔室13中的成形工作台7、磨粒喷头1、磨粒喷头前后移动组件、磨粒喷头左右移动组件、微滴喷射头12、微滴喷头前后移动组件、微滴喷头左右移动组件、垂直移动组件8、紫外光纤激光器14及扫描系统15；工作腔室13内填充有氮气或氩气；成形件工作台7设置在工作腔室13的下方。

磨粒喷头前后移动组件为丝杠导轨结构，包括磨粒喷头驱动丝杠a3、磨粒喷头主导轨4、导轨压块5、磨粒喷头副导轨11、磨粒喷头前支撑16、磨粒喷头后支撑20、磨粒喷头联轴器a21以及磨粒喷头驱动电机a22。磨粒喷头主导轨4及磨粒喷头副导轨11并行等高度设置，且分别对应位于工作腔室13的左右侧内壁处。磨粒喷头左右移动组件为丝杠导轨结构，包括磨粒喷头驱动丝杠b18、磨粒喷头左支撑17、磨粒喷头右支撑30、磨粒喷头联轴器b31、磨粒喷头驱动电机b32以及磨粒喷头支撑体34。

磨粒喷头1与磨粒喷头驱动丝杠b18连接，磨粒喷头驱动丝杠b18通过磨粒喷头左支撑17与磨粒喷头右支撑30固定于磨粒喷头支撑34上，磨粒喷头驱动电机b通过磨粒喷头联轴器b31实现与磨粒喷头驱动丝杠b的连接，最终实现磨粒喷头1左右移动。磨粒喷头支撑体34通过磨粒喷头主导轨4、磨粒喷头副导轨11的连接实现骑跨在工作腔室13上，磨粒喷头支撑体34的一端通过与磨粒喷头驱动丝杠a3上滑块固定连接，磨粒喷头支撑体34前后移动的动力主要由磨粒喷头驱动电机a22通过磨粒喷头联轴器a21得以实现。

微滴喷头前后移动组件为丝杠导轨结构，包括微滴喷头驱动丝杠a10、微滴喷头主导轨9、微滴喷头副导轨2、微滴喷头前支撑33、微滴喷头后支撑25、微滴喷头联轴器a24以及微滴喷头驱动电机a23；微滴喷头主导轨9、微滴喷头副导轨2并行等高度设置，微滴喷头主导轨9位于工作腔室13的右侧内壁处，微滴喷头副导轨2位于工作腔室13的左侧内壁处；微滴喷射头左右移动组件为丝杠导轨结构，包括微滴喷头左支撑19、微滴喷头驱动丝杠b29、微滴喷头右支撑28、微滴喷头联轴器b27、微滴喷头驱动电机b26以及微滴喷头支撑体35。

微滴喷射头12与微滴喷头驱动丝杠b29连接，微滴喷头驱动丝杠b29通过微滴喷头左支撑19与微滴喷头右支撑28固定于微滴喷头支撑35上，微滴喷头驱动电机b26通过微滴喷头联轴器b27实现与微滴喷头驱动丝杠b29的连接，最终实现微滴喷射头12左右移动。微滴喷头支撑体35通过微滴喷头主导轨9、微滴喷头副导轨2的连接实现骑跨在工作腔室13上，微滴喷头支撑体35通过与微滴喷头驱动丝杠a10上的滑块固定连接，微滴喷头支撑体35前后移动的动力主要由微滴喷头驱动电机a23通过微滴喷头联轴器a24得以实现。

紫外光纤激光器14固定设置在工作腔室13内，扫描系统15位于紫外光纤激光器14的输出端，并且设置在工作台的上方。

利用本发明的树脂基砂轮制造装置进行砂轮制作的方法具体为：

开始进行树脂基砂轮制造后，首先树脂微滴喷射头12将液态光敏树脂精确输送至成型工作台7区域，微滴喷射头12通过微滴喷头前后移动组件、微滴喷头左右移动组件实现在工作腔室13内前后、左右移动，树脂输送位置根据砂轮设计需要而确定。单层液态光敏树脂输送完成以后，磨粒喷头1通过磨粒喷头前后移动组件、磨粒喷头左右移动组件实现在工作腔室13内前后、左右移动，将磨粒输送至树脂分布区域，磨粒喷头1回到初始位置，紫外光纤激光器14通过扫描系统15对树脂与磨粒结合部分进行紫外光线照射，光斑大小可调，故可以根据成形设计要求进行树脂基砂轮的制造。单层制造完成以后，进行下层制造，逐层直至砂轮6制造完成。