一种单层磨粒砂轮的制作方法及制作装置的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种单层磨粒砂轮的制作方法及制作装置，包括如下步骤：(1)调整定厚结构使其与砂轮基体的待涂覆工作面形成的不变得结合剂涂覆间隙；(2)将结合剂涂覆于处于旋转的砂轮基体的待涂覆工作面，利用砂轮基体的旋转运动使得结合剂被涂抹在整个砂轮基体上，同时受到定厚结构与砂轮基体之间的结合剂涂覆间隙的约束，涂抹于砂轮表面过多的结合剂被定厚结构摊平移除；(3)结合剂涂抹完毕后，使砂轮基体继续旋转，将磨粒从砂轮基体上方的固定位置以匀速落下，借助砂轮基体旋转运动使得磨粒均匀撒在砂轮基体的结合剂表面；(4)将步骤(3)所得的涂覆有结合剂和磨粒的砂轮基体进行结合剂固化处理，形成所述钎焊磨粒砂轮。
【专利说明】
一种单层磨粒砂轮的制作方法及制作装置
技术领域
[0001]本发明属于磨粒工具制备领域，具体涉及一种单层磨粒砂轮的制作方法及制作装置。【背景技术】
[0002]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。
[0003]磨粒砂轮实现材料去除的关键在于利用固结于砂轮表面的磨粒对工件材料进行磨削去除。磨粒的有效固结(把持)是高性能磨粒砂轮制备的前提，也是影响砂轮使用寿命和性能的关键因素之一。外在20世纪90年代初开始研究用钎焊代替电镀开发新一代单层钎焊超硬磨料工具，借助高温钎焊使钎料在磨粒与金属基体界面上发生诸如溶解、扩散、化合之类的相互作用，从根本上改善了磨料、结合剂(钎料合金)、基体三者间的结合强度。与传统的单层电镀工具相比，钎焊工具在磨粒出露高度、磨削力、工具寿命等方面具有明显的优势。此外，钎焊工具表面的磨粒可适度稀疏并有序排布，这既有利于冲刷磨肩，又提高了工具效率。正因此，钎焊超硬磨料工具被广泛看好，是电镀工具的最佳换代产品，目前被业内专家权威高度评价为是超硬磨料工具制造业的一项具有一定意义的创造发明，今后在生产中大面积推广应用后将会产生不可估量的技术经济效果。
[0004]砂轮拥有正确的几何形状、尺寸精度和锐利的工具表面工作地貌是其实现高效、 精密磨削的基本前提，目前钎焊单层砂轮仅是达到锐利的工作地貌，而离所谓的正确几何形状和尺寸精度的要求依然甚远。造成这一问题根源之一在于制作过程中砂轮装夹基准与砂轮使用时装在机床主轴上的基准不一致、以及砂轮内孔、定位轴加工误差。这些原因的客观存在导致钎焊砂轮过程钎料层厚度控制不匀。另一方面，随着磨粒粒径变小，磨粒单颗粒位置排布控制失去意义，如何使大量磨料在涂覆上砂过程中不团聚、且浓度可控成为制备领域亟待突破的难题。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于克服现有技术缺陷，提供一种单层磨粒砂轮的制作方法。
[0006]本发明的另一目的在于提供一种单层磨粒砂轮的制作装置。
[0007]本发明的具体技术方案如下:
[0008]—种单层磨粒砂轮的制作方法，包括如下步骤:
[0009](1)调整定厚结构使其与砂轮基体的待涂覆工作面形成的结合剂涂覆间隙，使砂轮旋转，定厚结构在补偿运动控制下保持结合剂涂覆间隙不变；[〇〇1〇] (2)将结合剂涂覆于处于旋转的砂轮基体的待涂覆工作面，利用砂轮基体的旋转运动使得结合剂被涂抹在整个砂轮基体上，同时受到定厚结构与砂轮基体之间的结合剂涂覆间隙的约束，涂抹于砂轮表面过多的结合剂被定厚结构摊平移除，最终达在砂轮基体工作面上均匀涂覆一层结合剂且结合剂的厚度为结合剂涂覆间隙的尺寸；
[0011](3)结合剂涂抹完毕后，使砂轮基体继续旋转，将磨粒从砂轮基体上方的固定位置以匀速落下，借助砂轮基体旋转运动使得磨粒均匀撒在砂轮基体的结合剂表面，当砂轮基体的结合剂表面的磨粒的分布和浓度达到预期设计要求时，停止磨粒的洒落和砂轮基体的旋转；
[0012](4)将步骤(3)所得的涂覆有结合剂和磨粒的砂轮基体进行结合剂固化处理，形成所述单层磨粒砂轮。
[0013]在本发明的一个优选实施方案中，所述补偿运动控制为:在砂轮基体还没有涂覆结合剂之前于通过测量获得砂轮基体圆周上的不同角度位置的跳动数据表，在砂轮涂覆的过程中，通过实时测量定厚片所处于砂轮圆周角度后检索跳动数据表得到砂轮基体在某一角度位置上有跳动量，依此将定厚片沿砂轮径向方向自动回退跳动量值，使得定厚结构与砂轮基体的待涂覆工作面之间的距离时刻保持为设定好的结合剂涂覆间隙。
[0014]在本发明的一个优选实施方案中，所述补偿运动控制为:利用滚轮紧压砂轮基体的表面，砂轮基体旋转时，砂轮基体的跳动带动滚轮轴心沿砂轮基体的径向运动，通过滚轮的轴心的径向运动带动定厚结构同步沿砂轮基体的径向运动，从而保证定厚结构与砂轮基体间的结合剂涂覆间隙不变。
[0015]在本发明的一个优选实施方案中，所述磨粒的材质为金刚石、聚晶金刚石、立方氮化硼、聚晶立方氮化硼、硬质合金、碳化硅、氧化铝或氮化硅。
[0016]在本发明的一个优选实施方案中，所述步骤(3)中，通过控制砂轮基体的转速、磨粒的洒落流量和洒落时间实现对磨粒在砂轮基体的结合剂表面的分布和浓度的控制。
[0017]在本发明的一个优选实施方案中，所述步骤(3)中，通过在磨粒洒落过程中，拍摄旋转的砂轮基体的不同位置的结合剂表面，结合图像分析以实现对磨粒在砂轮基体的结合剂表面的分布和浓度的控制。
[0018]在本发明的一个优选实施方案中，所述结合剂为光固化树脂，所述结合剂固化处理为紫外光照射。
[0019]在本发明的一个优选实施方案中，所述结合剂为含有一种或多种能与磨粒发生化学键合元素(Co、T1、Fe、W、Cr)的合金，所述结合剂固化处理包括包括感应加热、激光加热或炉中辐射加热。
[0020]本发明的另一技术方案如下:
[0021]—种单层磨粒砂轮的制作装置，包括:
[0022]—旋转组件，包括一转轴、一驱动电机和一旋转运动控制单元，转轴在驱动电机的驱动下带动砂轮基体垂直于水平面旋转，旋转运动控制单元与驱动电机电连接，用以控制驱动电机以不同转速运转；
[0023]—定厚组件，包括一定厚片、一第一单轴往复运动机构、一位移传感器、一角度传感器和一跳动数据采集分析与补偿单元，定厚片设于第一单轴往复运动机构的运动块上， 用以设定砂轮基体上涂覆的结合剂的径向厚度，位移传感器用以感测砂轮基体旋转时的径向跳动量，角度传感器用以感测砂轮基体的旋转角度，跳动数据采集分析与补偿单元与位移传感器、角度传感器和第一单轴往复运动机构的驱动件电连接；
[0024]一结合剂涂覆组件，包括相互电连接的一结合剂储存喷涂单元和一结合剂喷涂控制单元；
[0025]—磨粒洒落组件，包括一料槽、一震动单元和一震动控制单元，料槽设于震动单元上用以盛装磨粒，且料槽的出料口位于砂轮基体的上方，震动控制单元与震动单元电连接；
[0026]和一数据处理控制组件，与上述旋转运动控制单元、跳动数据采集分析与补偿单元、结合剂喷涂控制单元和震动控制单元电连接。
[0027]在本发明的一个优选实施方案中，所述结合剂储存喷涂单元包括一活塞式料筒、 一第二单轴往复运动机构、一喷嘴和一导管，活塞式料筒的活塞设于第二单轴往复运动机构的运动块上以驱动其活塞，活塞式料筒的出料口通过该导管与喷嘴相连通，结合剂喷涂控制单元与第二单轴往复运动机构的驱动件电连接。
[0028]在本发明的一个优选实施方案中，还包括一磨粒浓度自动计数组件，用以控制磨粒的洒落效果，其包括一用以拍摄拍摄旋转的砂轮基体的不同位置的结合剂表面的CCD摄像头和一与该CCD摄像头电连接的图像分析单元，所述数据处理控制组件与该图像分析单元电连接。
[0029]本发明的有益效果是:
[0030]1、本发明的制作方法通过依据砂轮跳动对定厚片进行实时补偿运动控制，确保结合剂涂覆在砂轮表面涂覆均匀，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。[0031 ]2、本发明的制作方法通过振动方法与砂轮旋转运动相结合将磨粒均匀洒落在砂轮表面，解决了细颗度磨粒涂覆过程易团聚、篇聚等难题。
[0032]3、本发明的制作装置能够将结合剂涂覆与磨料撒植一体化自动化完成，通用性强，极大提高了钎焊砂轮的制备效率与工艺稳定性控制，可以高效、高质量的实现磨粒砂轮的钎焊制备。【附图说明】
[0033]图1为本发明的单层磨粒砂轮的制作装置的结构示意图之一。
[0034]图2为本发明的单层磨粒砂轮的制作装置的结构示意图之二。[〇〇35]图3为本发明的补偿运动控制原理图。
[0036]图4为本发明的补偿运动控制效果图。[〇〇37]图5为本发明的结合剂涂覆原理图。[〇〇38]图6为本发明的磨粒洒落原理图。【具体实施方式】[〇〇39]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。
[0040]实施例1
[0041]如图1和图2所示，一种单层磨粒砂轮的制作装置，包括一基座1、一数据处理控制组件(图中未示出)和设于该基座1上的一旋转组件2、一定厚组件3、一结合剂涂覆组件4和一磨粒洒落组件5。
[0042]旋转组件2,包括一转轴21、一驱动电机22和一旋转运动控制单元23,转轴21在驱动电机22的驱动下带动砂轮基体6垂直于水平面旋转，旋转运动控制单元23与驱动电机22 电连接，用以控制驱动电机22以不同转速运转；[〇〇43] 定厚组件3,包括一定厚片31、一第一单轴往复运动机构32、一位移传感器33、一角度传感器34和一跳动数据采集分析与补偿单元35,定厚片31设于第一单轴往复运动机构32 的运动块上，用以设定砂轮基体6上涂覆的结合剂8的径向厚度，位移传感器33用以感测砂轮基体6旋转时的径向跳动量，角度传感器34用以感测砂轮基体6的旋转角度，跳动数据采集分析与补偿单元35与位移传感器33、角度传感器34和第一单轴往复运动机构32的驱动件电连接；[〇〇44]结合剂涂覆组件4,包括相互电连接的一结合剂储存喷涂单元41和一结合剂喷涂控制单元42,结合剂储存喷涂单元41包括一活塞式料筒411、一第二单轴往复运动机构412、 一喷嘴413和一导管414,活塞式料筒411的活塞设于第二单轴往复运动机构412的运动块上以驱动其活塞，活塞式料筒411的出料口通过该导管414与喷嘴413相连通，结合剂喷涂控制单元42与第二单轴往复运动机构412的驱动件电连接；
[0045] 磨粒洒落组件5,包括一料槽51、一震动单元52和一震动控制单元53,料槽51设于震动单元52上用以盛装磨粒7,且料槽51的出料口位于砂轮基体6的上方20?200mm，震动控制单元53与震动单元52电连接；[〇〇46]数据处理控制组件，与上述旋转运动控制单元23、跳动数据采集分析与补偿单元 35、结合剂喷涂控制单元42和震动控制单元电连接。
[0047]优选的，该制作装置还包括一磨粒浓度自动计数组件(图中未示出)，用以控制磨粒7的洒落效果，其包括一用以拍摄拍摄旋转的砂轮基体6的不同位置的结合剂8表面的CCD 摄像头和一与该CCD摄像头电连接的图像分析单元，所述数据处理控制组件与该图像分析单元电连接。
[0048]用上述制作装置制作单层磨粒砂轮的具体方法如下:
[0049](1)将砂轮基体6固定在转轴21上，调整定厚片31使其与砂轮基体6的待涂覆工作面形成的结合剂8涂覆间隙，使砂轮旋转，定厚片31在补偿运动控制下保持结合剂8涂覆间隙不变;如图3和4所示，补偿运动控制具体为:在砂轮基体6还没有涂覆结合剂8之前于通过测量获得砂轮基体6圆周上的不同角度位置的跳动数据表，在砂轮涂覆的过程中，跳动数据采集分析与补偿单元35通过位移传感器33和角度传感器34实时测量定厚片31所处于砂轮圆周角度后检索跳动数据表得到砂轮基体6在某一角度a位置上有跳动量D，接着通过第一单轴往复运动机构32的运动块依此将定厚片31沿砂轮径向方向自动回退跳动量值D，使得定厚片31与砂轮基体6的待涂覆工作面之间的距离时刻保持为设定好的结合剂8涂覆间隙； 补偿运动控制或具体为:利用滚轮紧压砂轮基体6的表面，砂轮基体6旋转时，砂轮基体6的跳动带动滚轮轴心沿砂轮基体6的径向运动，通过滚轮的轴心的径向运动带动定厚片31同步沿砂轮基体6的径向运动，从而保证定厚片31与砂轮基体6间的结合剂8涂覆间隙不变；
[0050](2)如图5所示，结合剂涂覆组件4的第二单轴往复运动机构412驱动活塞式料筒 411通过喷嘴413将结合剂8涂覆于处于旋转的砂轮基体6的待涂覆工作面，利用砂轮基体6 的旋转运动使得结合剂8被涂抹在整个砂轮基体6上，同时受到定厚片31与砂轮基体6之间的结合剂8涂覆间隙的约束，涂抹于砂轮表面过多的结合剂8被定厚片31摊平移除，最终达在砂轮基体6工作面上均匀涂覆一层结合剂8且结合剂8的厚度为结合剂8涂覆间隙的尺寸；
[0051](3)如图6所示，结合剂8涂抹完毕后，使砂轮基体6继续旋转，通过磨粒洒落组件5将磨粒7从砂轮基体6上方的固定位置以匀速落下，借助砂轮基体6旋转运动使得磨粒7均匀撒在砂轮基体6的结合剂8表面，通过控制砂轮基体6的转速、磨粒7的洒落流量和洒落时间实现对磨粒7在砂轮基体6的结合剂8表面的分布和浓度的控制，或通过在磨粒7洒落过程中，拍摄旋转的砂轮基体6的不同位置的结合剂8表面，结合图像发生分析以实现对磨粒7在砂轮基体6的结合剂8表面的分布和浓度的控制，当砂轮基体6的结合剂8表面的磨粒的分布和浓度达到预期设计要求时，停止磨粒7的洒落和砂轮基体6的旋转;磨粒7的材质优选为金刚石、聚晶金刚石、立方氮化硼、聚晶立方氮化硼、硬质合金、碳化硅或氧化铝;所述结合剂8 为光固化树脂，所述结合剂固化处理为紫外光照射，或结合剂8为含有一种或多种能与磨粒发生化学键合元素(Co、T1、Fe、W、Cr)的合金，所述结合剂固化处理包括包括感应加热、激光加热或炉中辐射加热。[〇〇52](4)将步骤(3)所得的涂覆有结合剂8和磨粒7的砂轮基体6通过感应加热、激光加热、炉中辐射加热使结合剂8固化，或通过紫外光照射使结合剂8固化，将磨粒7焊接在砂轮机体上，形成所述单层磨粒砂轮。[〇〇53]以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，故不能依此限定本发明实施的范围，即依本发明专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖的范围内。
【主权项】
1.一种单层磨粒砂轮的制作方法，其特征在于:包括如下步骤:(1)调整定厚结构使其与砂轮基体的待涂覆工作面形成的结合剂涂覆间隙，使砂轮旋 转，定厚结构在补偿运动控制下保持结合剂涂覆间隙不变；(2)将结合剂涂覆于处于旋转的砂轮基体的待涂覆工作面，利用砂轮基体的旋转运动 使得结合剂被涂抹在整个砂轮基体上，同时受到定厚结构与砂轮基体之间的结合剂涂覆间 隙的约束，涂抹于砂轮表面过多的结合剂被定厚结构摊平移除，最终达在砂轮基体工作面 上均匀涂覆一层结合剂且结合剂的厚度为结合剂涂覆间隙的尺寸；(3)结合剂涂抹完毕后，使砂轮基体继续旋转，将磨粒从砂轮基体上方的固定位置以匀 速落下，借助砂轮基体旋转运动使得磨粒均匀撒在砂轮基体的结合剂表面，当砂轮基体的 结合剂表面的磨粒的分布和浓度达到预期设计要求时，停止磨粒的洒落和砂轮基体的旋 转；(4)将步骤(3)所得的涂覆有结合剂和磨粒的砂轮基体进行结合剂固化处理，形成所述 单层磨粒砂轮。2.如权利要求1所述的制作方法，其特征在于:所述补偿运动控制为:在砂轮基体还没 有涂覆结合剂之前于通过测量获得砂轮基体圆周上的不同角度位置的跳动数据表，在砂轮 涂覆的过程中，通过实时测量定厚片所处于砂轮圆周角度后检索跳动数据表得到砂轮基体 在某一角度位置上有的跳动量，依此将定厚片沿砂轮径向方向自动回退跳动量值，使得定 厚结构与砂轮基体的待涂覆工作面之间的距离时刻保持为设定好的结合剂涂覆间隙。3.如权利要求1所述的制作方法，其特征在于:所述补偿运动控制为:利用滚轮紧压砂 轮基体的表面，砂轮基体旋转时，砂轮基体的跳动带动滚轮轴心沿砂轮基体的径向运动，通 过滚轮的轴心的径向运动带动定厚结构同步沿砂轮基体的径向运动，从而保证定厚结构与 砂轮基体间的结合剂涂覆间隙不变。4.如权利要求1所述的制作方法，其特征在于:所述磨粒的材质为金刚石、聚晶金刚石、 立方氮化硼、聚晶立方氮化硼、硬质合金、氧化铝、碳化硅或氮化硅。5.如权利要求1所述的制作方法，其特征在于:所述步骤(3)中，通过控制砂轮基体的转 速、磨粒的洒落流量和洒落时间实现对磨粒在砂轮基体的结合剂表面的分布和浓度的控制。6.如权利要求1所述的制作方法，其特征在于:所述步骤(3)中，通过在磨粒洒落过程 中，拍摄旋转的砂轮基体的不同位置的结合剂表面，结合图像分析以实现对磨粒在砂轮基 体的结合剂表面的分布和浓度的控制。7.如权利要求1所述的制作方法，其特征在于:所述结合剂为光固化树脂，所述结合剂 固化处理为紫外光照射。8.如权利要求1所述的制作方法，其特征在于:所述结合剂为含有一种或多种能与磨粒 发生化学键合元素的合金，所述结合剂固化处理包括感应加热、激光加热或炉中辐射加热。9.一种单层磨粒砂轮的制作装置，其特征在于:包括:一旋转组件，包括一转轴、一驱动电机和一旋转运动控制单元，转轴在驱动电机的驱动 下带动砂轮基体垂直于水平面旋转，旋转运动控制单元与驱动电机电连接，用以控制驱动 电机以不同转速运转；一定厚组件，包括一定厚片、一第一单轴往复运动机构、一位移传感器、一角度传感器和一跳动数据采集分析与补偿单元，定厚片设于第一单轴往复运动机构的运动块上，用以 设定砂轮基体上涂覆的结合剂的径向厚度，位移传感器用以感测砂轮基体旋转时的径向跳 动量，角度传感器用以感测砂轮基体的旋转角度，跳动数据采集分析与补偿单元与位移传 感器、角度传感器和第一单轴往复运动机构的驱动件电连接；一结合剂涂覆组件，包括相互电连接的一结合剂储存喷涂单元和一结合剂喷涂控制单 元；一磨粒洒落组件，包括一料槽、一震动单元和一震动控制单元，料槽设于震动单元上用 以盛装磨粒，且料槽的出料口位于砂轮基体的上方，震动控制单元与震动单元电连接；和一数据处理控制组件，与上述旋转运动控制单元、跳动数据采集分析与补偿单元、结 合剂喷涂控制单元和震动控制单元电连接。10.如权利要求9所述的制作装置，其特征在于:所述结合剂储存喷涂单元包括一活塞 式料筒、一第二单轴往复运动机构、一喷嘴和一导管，活塞式料筒的活塞设于第二单轴往复 运动机构的运动块上以驱动其活塞，活塞式料筒的出料口通过该导管与喷嘴相连通，结合 剂喷涂控制单元与第二单轴往复运动机构的驱动件电连接。11.如权利要求9所述的制作装置，其特征在于:还包括一磨粒浓度自动计数组件，用以 控制磨粒的洒落效果，其包括一用以拍摄旋转的砂轮基体的不同位置的结合剂表面的CCD 摄像头和一与该CCD摄像头电连接的图像分析单元，所述数据处理控制组件与该图像分析 单元电连接。
【文档编号】B24D18/00GK105965408SQ201610507470
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年6月30日
【发明人】黄国钦, 陈世隐, 余凯峰, 穆德魁, 黄辉, 郭桦, 徐西鹏
【申请人】华侨大学