砂轮以及磨床的制作方法
【专利摘要】砂轮(16)具备多个磨粒(21)和结合多个磨粒(21)的粘合剂(22)。粘合剂(22)包含在规定频率带的波长内具有比磨粒(21)的消光系数高的消光系数的添加剂，粘合剂(22)被规定频率带的波长的激光(17b、17c)加工。
【专利说明】
砂轮从及磨床
技术领域
[0001] 本发明设及具备可由激光成形的磨粒和粘合剂的砂轮W及具备该砂轮的磨床。
【背景技术】
[0002] 日本专利第4186658号公报、日本特开2005-52942号公报中记载了通过激光进行 砂轮的表面的整形(成形及修整(修锐）。日本专利第4186658号公报中记载了：磨粒使用 比粘合剂需要高的能量密度的激光的材质的材料，按照能够获得可除去磨粒与粘合剂任一 方的能量密度的第一设定条件进行整形，按照能够获得主要可除去粘合剂的能量密度的第 二设定条件进行修整。
[0003] 然而，根据粘合剂不同，有时即便通过激光加工磨粒，也无法加工粘合剂。因此，无 法进行日本专利第4186658号公报所记载的整形W及修整。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的之一在于提供一种即便在可加工粘合剂的主要成分的激光的能量 密度比可加工磨粒的激光的能量密度高的情况下也能够通过激光进行砂轮的整形或修整 的磨床。
[0005] 作为本发明的一实施方式的砂轮包括：
[0006] 多个磨粒；W及
[0007] 粘合剂，其结合上述多个磨粒且W粘结材料为主要成分。
[000引上述粘合剂包含添加剂，该添加剂具有在规定频率带的波长内比上述磨粒的消光 系数高的消光系数。
[0009] 另外，作为本发明的其他实施方式的磨床具有：
[0010] 砂轮座，其供上述实施方式的砂轮安装；W及
[0011] 砂轮修正装置，其具有激光振荡器。
[0012] 通过上述激光振荡器对上述砂轮照射上述规定频率带的波长的激光，由此对上述 粘合剂进行加工。
[0013] 根据上述实施方式的砂轮或磨床，粘合剂包含具有在规定频率带的波长内比磨粒 的消光系数高的消光系数的添加剂，因此粘合剂比磨粒更可靠地吸收激光。其结果是，粘合 剂被激光可靠地加工。因此，砂轮被激光可靠地整形或修整。
【附图说明】
[0014] 根据W下参照附图对实施例进行的详细说明，本发明的上述W及更多的特点和优 点变得更加清楚，在附图中，相同的附图标记表示相同的元素，其中，
[0015] 图1是本实施方式的磨床的俯视图。
[0016] 图2是砂轮的表面侧的放大图。
[0017] 图3是针对包含添加剂的粘合剂A1、不包含添加剂的粘合剂A2、W及磨粒B表示激 光的能量密度与加工深度的关系的曲线图。
[0018] 图4是被激光整形的情况下的砂轮的图。
[0019] 图5是被激光修整的情况下的砂轮的图。
【具体实施方式】
[0020] 参照图1对磨床10的结构进行说明。作为磨床10的例子，设置边旋转圆筒状的工件 W边通过砂轮16磨削工件W的圆筒磨床。磨床10具备床身11、主轴台12、尾座13、横动工作台 14、砂轮座15、砂轮16 W及砂轮修正装置17。
[0021] 主轴台12具备固定于床身11上且绕与Z轴方向平行的轴旋转的主轴(未图示），并 且具备用于旋转主轴的主轴旋转马达(未图示）。主轴台12支承工件W的一端，旋转驱动工件 W。尾座13设置于床身11上与主轴台12对置的位置，支承工件W的另一端。
[0022] 横动工作台14设置于床身11上在X轴方向上远离主轴台12W及尾座13的位置，能 够在床身11上沿Z轴方向移动。砂轮座15设置为在横动工作台14上能够沿X轴方向移动。砂 轮16安装于砂轮座15且被支承为绕与Z轴方向平行的轴自由旋转。砂轮16被设置于砂轮座 15的砂轮轴旋转马达(未图示)驱动旋转。
[0023] 砂轮修正装置17对砂轮16进行整形W及修整。整形是指将砂轮16的表面成形为所 希望的形状。修整是指进行砂轮16的表面的修锐。砂轮修正装置17具有激光振荡器(未图 示），通过该激光振荡器射出的激光进行整形W及修整。
[0024] 参照图2对砂轮16的详细结构进行说明。砂轮16具备多个磨粒21、结合多个磨粒21 的粘合剂22、W及形成于磨粒21及粘合剂22之间的空隙23。磨粒21例如是CBN或金刚石。
[0025] 粘合剂22的主要成分是作为玻璃质粘结材料的陶瓷粘结剂、金属粘结剂W及树脂 粘结剂等。本实施方式中，粘合剂22应用陶瓷粘结剂。在该情况下，如图2所示，粘合剂22将 多个磨粒21连结为桥状。另外，作为陶瓷粘结剂的粘合剂22容易对成为刀槽(chip pocket) 的空隙23进行调整。
[0026] 粘合剂22除主要成分之外还包含添加剂。添加剂具有在激光的规定频率带的波长 内比磨粒21的消光系数高且比粘合剂22的主要成分的消光系数高的消光系数。在本实施方 式中，添加剂例如为TiC。
[0027] 运里，消光系数K是指式（1)所示的复折射率N的虚部。消光系数K是表示激光的吸 收的光学常量。在式(1)中，作为复折射率N的实部的η表示折射率。
[002引 N=n + iK (1)
[0029] 构成砂轮16的作为磨粒21的CBN、作为粘合剂22的主要成分的玻璃质粘结材料、W 及作为粘合剂22的添加剂的TiC的折射率nW及消光系数K如表1所示。表1中示出针对激光 的巧巾波长λ各自的折射率nW及消光系数K。
[0030] 表1材料的复折射率N
[0031]
[0032] 根据表1，在任何波长λ下，作为添加剂的TiC的消光系数κ与CBNW及玻璃质粘结材 料的消光系数K相比，相当大。另外，在波长λ为1.05μπιW及0.78WI1时，玻璃质粘结材料的消 光系数Κ比CBN的消光系数Κ小2位左右。但是，在波长λ为0.35μπι时，玻璃质粘结材料的消光 系数Κ比CBN的消光系数Κ大。
[0033] 在本实施方式中，砂轮修正装置17通过激光进行砂轮16的整形W及修整。为了通 过激光进行对象物的加工，需要使激光被对象物吸收。因此，对表示激光被吸收的程度的激 光的吸光度Αλ与上述材料的消光系数K的关系进行说明。
[0034] 激光的吸光度Αλ是表示光通过对象物时强度衰弱程度的无量纲量。吸光度Αλ用式 (2)表达。即，吸光度Αλ取入射光强度10与透过光强度I的比(透射率)的常用对数，为了将存 在吸收的情况为正而加上负号。
[0035] AA = -logi〇(I/I〇) (2)
[0036] 根据朗伯比尔定律，吸光度Αλ用式(3)表达。即，在透过光强度I为激光入射至对象 物后通过距离L之后的光强度的情况下，吸光度Αλ与对象物的光路的距离L与对象物浓度C 呈比例。式(3)中的吸收系数α用式(4)表达。在式(4)中，Κ为消光系数，λ为激光的波长。
[0037] Αλ = α1Χ (3)
[003引 曰= 4πκ/入 （4)
[0039] 根据上述式(2)(3)(4)，对象物的消光系数Κ越大，吸光度Αλ越大。另外，对象物浓 度C越大，吸光度Αλ越大。如下说明的那样，为了对砂轮16进行整形W及修整，粘合剂22的吸 光度Αλ比磨粒21的吸光度Αλ大1位W上即可。
[0040] 例如，设激光的波长λ为1.05μπι，激光的瑞利长度为ΙΟμπι。此时，CBN的磨粒21的吸 光度Αλ(ΟΒΝ)用式(5)表达。为了使粘合剂22的添加剂TiC的吸光度Αλ(ΑΟΟ)比磨粒21的吸光 度AA(CBN)大1位W上，需要满足式(6)。根据式(6)，添加剂TiC的浓度C需要为用式(7)表达 的范围。
[0041 ] Aa(cbn) =cicbnL
[0042] =(4 地/λ)*( 10*10-6)
[0043] =2.5*10-6 巧）
[0044] Ai(ADD)=aADDL Cadd>2.5*1〇-5 (6)
[0045] Cadd>6.巧 1〇-8 (7)
[0046] 参照图3对激光的能量密度与磨粒21W及粘合剂22的加工深度的关系进行说明。 磨粒21为CBN。粘合剂22W玻璃质粘结材料为主要成分，且包含用式(7)表达的范围的浓度 Cadd的添加剂TiC。作为比较例，举出不包含添加剂TiC的作为玻璃质粘结材料的粘合剂22。
[0047] 运里，如上述表1所示，TiC的消光系数K与CBN的消光系数kW及玻璃质粘结材料的 消光系数K相比，非常高。因此，粘合剂22包含越多的添加剂TiC，该粘合剂22的吸光度Αλ越 大。即，包含添加剂TiC的粘合剂22的吸光度Αλ比磨粒21的吸光度Αλ大，磨粒21的吸光度Αλ 比不包含添加剂TiC的粘合剂22的吸光度Αλ大。
[0048] 在该情况下，磨粒21、包含添加剂TiC的粘合剂22 W及不包含添加剂TiC的粘合剂 22的能量密度与加工深度的关系如图3所示。在图3中，A1是包含添加剂TiC的粘合剂22，A2 是由不包含添加剂TiC的玻璃质粘结材料构成的粘合剂22，B是由CBN构成的磨粒21。
[0049] CBN在能量密度为E2W上的情况下被加工。即，可加工CBN的激光的能量密度亦即 磨粒加工阔值为E2。能量密度越比E2大，CBN的加工深度越深。例如，在能量密度为Ea时，加 工深度为化2。
[0050] 包含添加剂TiC的玻璃质粘结材料在能量密度为E1W上的情况下被加工。即，可加 工包含添加剂TiC的玻璃质粘结材料的激光的能量密度亦即粘合剂加工阔值为E1。另外，粘 合剂加工阔值E1比磨粒加工阔值E2小。即，包含添加剂TiC的粘合剂22与磨粒21相比，能够 通过较小的能量密度进行加工。例如，在为比粘合剂加工阔值E1大且比磨粒加工阔值E2小 的能量密度化时，包含添加剂TiC的粘合剂22被加工，但磨粒21不被加工。
[0051] 另外，能量密度越比E1大，包含添加剂TiC的粘合剂22的加工深度越深。并且，在能 量密度变大的情况下，包含添加剂TiC的粘合剂22的加工深度比磨粒21的加工深度深。例 如，在能量密度为化时，包含添加剂TiC的粘合剂22的加工深度化1比磨粒21的加工深度化2 深。
[0052] 不包含添加剂TiC的玻璃质粘结材料在能量密度为E3W上的情况下被加工。即，可 加工不包含添加剂TiC的玻璃质粘结材料的激光的能量密度亦即加工阔值为E3。该加工阔 值E3比磨粒加工阔值E2大。能量密度越比E3大，不包含添加剂TiC的粘合剂22的加工深度越 深。但是，不包含添加剂TiC的粘合剂22与磨粒21相比，通过较大的能量密度能够加工出相 同程度的深度。
[0053] 接下来，参照图4对通过激光对砂轮16进行整形的情况进行说明。整形通过对构成 砂轮16的磨粒21W及粘合剂22进行加工来对砂轮16的表面进行成形。在本实施方式中，整 形可W与修整同时进行。即，整形可W边进行磨粒21W及粘合剂22的表面的成形边使磨粒 21从粘合剂22突出。
[0054] 整形的激光17b从构成砂轮修正装置17的激光振荡器射出，被透镜17a聚光而照射 在砂轮16的表面，使砂轮16的表面成为聚光点。该激光17b从砂轮16的表面的法线方向（垂 直于切面的方向）照射。但是，激光17b也可W相对于砂轮16的表面的法线方向倾斜，也可W 是切线方向。
[0055] 该激光17b是能够对砂轮16进行烧蚀加工(非热加工）的超短脉冲激光。例如，激光 17b是飞秒激光或皮秒激光。整形是烧蚀加工，因而对砂轮16的热影响少。因此，能够获得高 的加工精度。
[0056] 整形的激光17b的能量密度设定得比粘合剂加工阔值E1且磨粒加工阔值E2大。例 如，激光17b的能量密度为图3中的Ea。因此，如图4所示，磨粒21的加工深度为化2,包含添加 剂TiC的粘合剂22的加工深度为化1。运里，粘合剂22的加工深度Dal比磨粒21的加工深度 Da2深。因此，最表面的形状由磨粒21成形，粘合剂22位于比磨粒21深的位置。即，基于激光 1化的整形可W与修整同时进行。
[0057] 接下来，参照图5对通过激光对砂轮16进行修整的情况进行说明。运里所说的修整 不对构成砂轮16的磨粒21进行加工，而仅对粘合剂22进行加工，从而进行砂轮16的表面的 修锐。
[0058] 修整的激光17c从构成砂轮修正装置17的激光振荡器射出，被透镜17a聚光而照射 在砂轮16的表面，使砂轮16的表面成为聚光点。该激光17c从砂轮16的表面的法线方向（垂 直于切面的方向）照射。但是，激光17c也可W相对于砂轮16的表面的法线方向倾斜，也可W 是切线方向。
[0059] 激光17c与整形的激光17b相同，是能够对砂轮16进行烧蚀加工(非热加工）的超短 脉冲激光。例如，该激光17c是飞秒激光或皮秒激光。修整是烧蚀加工，因此对砂轮16的热影 响少。因此，能够获得高的加工精度。
[0060] 修整的激光17c的能量密度设定得比粘合剂加工阔值E1大且比磨粒加工阔值E2 小。例如，激光17c的能量密度为图3中的化。因此，如图5所示，磨粒21不被加工，而粘合剂22 的加工深度为化1。运样一来，磨粒21从粘合剂22露出。
[0061] 上述实施方式中的砂轮16具备多个磨粒21和结合多个磨粒21的粘合剂22。粘合剂 22包含具有在规定频率带的波长内比磨粒21的消光系数K高的消光系数K的添加剂，粘合剂 22被规定频率带的波长的激光加工。
[0062] 根据上述砂轮16,粘合剂22包括具有在规定频率带的波长内消光系数K比磨粒21 高的添加剂TiC，因此粘合剂22比磨粒21更可靠地吸收激光。其结果是，粘合剂被激光可靠 地加工。因此，砂轮16被激光可靠地整形或修整。
[0063] 另外，粘合剂22的基于规定的能量密度化的激光17b的加工深度化1设定得比磨粒 21的加工深度化2深，通过规定的能量密度Ea的激光17b加工磨粒21W及粘合剂22,由此对 砂轮16进行整形。
[0064] 目P，粘合剂22包含添加剂TiC，由此如上述那样，粘合剂22的加工深度化1设定得比 磨粒21的加工深度化2深。因此，整形后，磨粒21在最表面可靠地露出。在磨粒21的最表面， 粘合剂22也不会附着于磨粒21的周围。因此，通过上述整形，能够同时进行修整。
[0065] 可加工粘合剂22的激光的能量密度亦即粘合剂加工阔值E1设定得比可加工磨粒 21的激光的能量密度亦即磨粒加工阔值E2低，通过比粘合剂加工阔值E1大且比磨粒加工阔 值E2小的能量密度化的激光17c加工粘合剂22,由此对砂轮16进行修整。
[0066] 目P，粘合剂22包含添加剂TiC，由此如上述那样，粘合剂加工阔值E1设定得比磨粒 加工阔值E2低。因此，若通过阔值E1、E2之间的能量密度化加工砂轮16,则不对磨粒21进行 加工，而仅对粘合剂22进行加工。因此，能够可靠地进行修整。
[0067] 另外，粘合剂22的主要成分例如为玻璃质粘结材料。玻璃质粘结材料的消光系数K 与磨粒21的消光系数K相同或比其小。因此，在粘合剂22仅由玻璃质粘结材料形成的情况 下，难W不加工磨粒21而仅加工粘合剂22。然而，如上述那样，粘合剂22包含消光系数K大的 添加剂TiC，由此能够使粘合剂22的吸光度Αλ比磨粒21的吸光度Αλ大。因此，即便粘合剂22 的主要成分为玻璃质粘结材料，由于包含添加剂TiC，也能够可靠地进行整形或修整。
[0068] 在上述中，记载了针对砂轮16的效果，但在作为包括砂轮16的磨床10进行理解的 情况下，也起到上述同样的效果。即，本实施方式的磨床10具备上述砂轮16和照射激光17b、 17c并通过该激光17b、17c加工砂轮16的砂轮修正装置17。该磨床10起到与作为上述砂轮16 而记载的效果同样的效果。
[0069] 在上述实施方式中，本发明的砂轮除了包括磨削工件W的砂轮16之外，还可W包括 对砂轮16进行整形W及修整的整形器(也称为修整器）。即，也可W通过激光对构成整形器 (或者修整器）的砂轮进行整形W及修整。另外，粘合剂22中的添加剂只要消光系数K满足上 述条件，也可W使用TiCW外的材料。
[0070] 本申请主张于2015年3月10日提出的日本专利申请第2015-047561号的优先权，并 在此引用包括说明书、附图和说明书摘要的全部内容。
【主权项】
1. 一种砂轮，包括： 多个磨粒；以及 粘合剂，其结合所述多个磨粒且以粘结材料为主要成分， 其中， 所述粘合剂包含添加剂，该添加剂具有在规定频率带的波长内比所述磨粒的消光系数 高的消光系数。2. -种磨床，包括： 砂轮座，其供权利要求1所述的砂轮安装；以及 砂轮修正装置，其具有激光振荡器， 其中， 通过所述激光振荡器对所述砂轮照射所述规定频率带的波长的激光，由此对所述粘合 剂进行加工。3. 根据权利要求2所述的磨床，其中， 以基于所述激光的所述粘合剂的加工深度比所述磨粒的加工深度深的方式设定所述 激光的能量密度， 通过具有所述设定好的能量密度的所述激光来加工所述磨粒以及所述粘合剂，由此对 所述砂轮进行整形。4. 根据权利要求2所述的磨床，其中， 为了加工所述粘合剂而设定的所述激光的能量密度亦即粘合剂加工阈值设定得比为 了加工所述磨粒而设定的所述激光的能量密度亦即磨粒加工阈值低， 通过能量密度比所述粘合剂加工阈值大且比所述磨粒加工阈值小的所述激光加工所 述粘合剂，由此对所述砂轮进行修整。
【文档编号】B24D3/34GK105965401SQ201610127216
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年3月7日
【发明人】相马伸司, 小野直人, 加藤觉
【申请人】株式会社捷太格特