一种短脉冲电熔排屑冷却的智能磨削装置的制造方法
【专利说明】一种短脉冲电熔排屑冷却的智能磨削装置
[0001]
技术领域
[0002]本发明涉及超硬金刚石砂轮的精密磨削加工领域，具体涉及一种模具钢、工程陶瓷、硬质合金等硬脆性材料的精密放电磨削加工技术。
【背景技术】
[0003]模具钢、工程陶瓷、硬质合金等高性能导电硬脆材料具有广泛的应用，其硬度较高，断裂韧性低，难以加工且不易获得高质量的表面。传统的机械切削加工不仅对刀具的综合性能要求很高，还存在着切削力大、切削温度高、加工表面质量差等问题。针对这些导电硬脆性材料，近年来出现了许多新的加工方法，如电火花放电加工、激光加工、电化学腐蚀加工整等方法，但这些加工方法的表面加工质量低，生产成本高，而且有难处理的腐蚀液和冷却液。
[0004]因此，采用一种短脉冲放电的磨削方法，利用砂轮的金属结合剂与切肩之间产生的脉冲电火花放电将切肩熔断，使得熔断的切肩随高速旋转的砂轮排出，减小切肩在磨粒切削区域的堆积和滑擦，从而减小磨削加工过程中的磨削力和磨削温度，从而提高材料表面的加工质量，开发一种环保无污染的磨削加工方法。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于克服传统的磨削加工过程中磨削温度高、磨削力大、磨削冷却液污染环境，表面加工质量较差等缺点，提出一种短脉冲电熔排肩冷却的智能磨削装置，可以用来对模具钢、工程陶瓷、硬质合金等高性能导电硬脆材料进行精密干放电磨削加工。该智能磨削装置不需要磨削液，是一种绿色环保的磨削加工装置，同时也提供了一种放电波形、磨削温度和磨削力在线采集系统。该装置能够通过采集的放电参数自适应反馈调节脉冲电源的输出电压、电流等参数，实现智能的放电磨削加工。
[0006]本发明可通过如下技术方案实现:
一种短脉冲电熔排肩冷却的智能磨削装置，包括固定在数控磨床的砂轮轴上金刚石砂轮、脉冲电源、固定在数控磨床的水平工作台上的测力仪传感器、设置于工件的小孔内用于测量加工温度的热电偶、电压传感器、电流传感器、温度采集卡、电荷放大器、测力仪、数字示波器、放电参数反馈调节系统，所述金刚石砂轮为金属结合剂金刚石砂轮，所述脉冲电源正极接砂轮，负极接工件，形成放电回路，所述电压传感器和电流传感器分别将采集的放电回路的放电电压、电流波形经数字示波器储存于显示终端，所述热电偶通过温度采集卡连接显示终端，所述测力仪传感器通过电路依次连接电荷放大器、测力仪和显示终端，所述放电参数反馈调节系统用于根据显示终端将所采集的电压、电流波形特征转化而成的峰值电流、脉冲持续时间等脉冲放电参数来自适应地调节脉冲电源的电压及电流值，从而实现智能的放电磨削加工。
[0007]进一步地，所述脉冲电源的开路电压为20V-25V，占空比为40%_50%，频率为4000Hz -5000Hz，脉冲火花放电的放电间隙为0~150微米，脉宽为10~100微秒，电流为0~10安。
[0008]进一步地，所述金刚石砂轮的转速为20~50米/秒，进给深度为1~10微米，进给速度为100~500毫米/分。
[0009]进一步地，所述的工件的材料为模具钢、硬质合金、钛合金、铝基碳化硅陶瓷等导电硬脆材料。
[0010]进一步地，所述金刚石砂轮的金属结合剂为青铜结合剂，金刚石磨粒和青铜结合剂组成金刚石砂轮。
[0011]本发明将金刚石砂轮固定在数控磨床的砂轮轴上，导电硬脆材料工件放置在测力仪传感器上并一起固定在数控磨床的水平工作台上，将热电偶放置在工件的小孔内，金刚石砂轮、工件和脉冲电源形成放电回路，脉冲电源正极接砂轮，脉冲电源负极接工件；金刚石砂轮在导电材料表面作直线往复运动，当金刚石磨粒切削工件时，卷起的切肩会与砂轮的金属结合剂之间产生脉冲电火花放电，电火花放电会瞬间熔断切肩(如图3所示)，熔断的切肩会随高速旋转的砂轮排出，从而减少切肩在磨粒切削区域的堆积和滑擦，导致磨削加工过程中磨削力和磨削温度的下降，达到排肩冷却的目的，提高材料表面的加工质量；在放电磨削过程中，通过电流传感器、电压传感器和数字示波器可以在线采集电流和电压波形，通过热电偶、温度采集卡和显示终端可以实时采集磨削温度，通过力传感器、电荷放大器、测力仪和显示终端可以实时采集磨削力。
[0012]金刚石砂轮在导电硬脆材料表面作直线往复运动，与导电硬脆材料进行接触放电磨削；金刚石砂轮速度为20~50米/秒，进给深度为1~10微米，进给速度为100~500毫米/分，脉冲电源的开路电压为20 V -25V，占空比为40~50%，频率为4000~5000Hz。
[0013]本发明与现有技术相比具有如下优点:
(I)在20~25V开路电压下，金刚石砂轮与导电硬脆材料之间能够产生均匀持续的脉冲电火花放电，使得切肩迅速熔断随高速旋转的砂轮排出，与传统的机械磨削方法相比，可以减小磨削力和磨削温度。
[0014](2)与传统的机械磨削方法相比，不需要外加冷却液，是一种成本较低且绿色环保的磨削方法。
[0015](3)与传统的机械磨削方法相比，能够通过放电参数反馈系统智能调节脉冲电源参数，从而获得更高质量的表面。
【附图说明】
[0016]图1为本发明实施例的整体结构示意图。
[0017]图2为机械磨削中切肩形成示意图。
[0018]图3为放电磨削中切肩形成示意图。
[0019]图中所示为:1_金刚石砂轮；2-工件；3_热电偶；4_测力仪传感器；5_水平工作台；6_温度米集卡；7_电荷放大器；8_测力仪；9-显不终端；10_脉冲电源；11_电流传感器；12_电压传感器；13_数字示波器；14_放电参数反馈调节系统；15_金刚石磨粒；16_金属结合剂；17_切肩；18-脉冲电火花放电；19-熔断的切肩。
【具体实施方式】
[0020]为更好理解本发明，下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明，但是本发明要求保护的范围并不局限于实施例表示的范围。
[0021]如图1所示，一种短脉冲电熔排肩冷却的磨削装置，包括固定在数控磨床的砂轮轴上金刚石砂轮1、脉冲电源10、固定在数控磨床的水平工作台5上的测力仪传感器4、设置于工件2的小孔内用于测量加工温度的热电偶3、电压传感器12、电流传感器11、温度采集卡6、电荷放大器7、测力仪8、数字示波器13，所述金刚石砂轮I为金属结合剂金刚石砂轮，所述脉冲电源10正极接砂轮1，负极接工件2，形成放电回路，所述电压传感器12电流传感器11分别将采集的放电回路的电压、电流波形经数字示波器13输送并储存在显示终端9，所述热电偶3通过温度采集卡6连接显示终端9，所述测力仪传感器4通过电路依次连接电荷放大器7、测力仪8和显示终端9，所述放电参数反馈调节系统14用于根据显示终端9将所采集的电压、电流波形特征转化成的峰值电流、脉冲持续时间等脉冲放电参数来自适应地调节脉冲电源10的电压及电流值，从而实现智能的放电磨削加工。
[0022]操作过程中，将金刚石砂轮I固定在数控磨床的砂轮轴上，导电硬脆材料工件2放置在测力仪传感器4上并一起固定在数控磨床的水平工作台5上，将热电偶3放置在工件2的小孔内(贴近工件表面)，金刚石砂轮1、工件2和脉冲电源10形成放电回路，脉冲电源正极接砂轮I，脉冲电源负极接工件2 ;金刚石砂轮I在导电材料2表面作直线往复运动，金刚石砂轮I的金属结合剂16与工件2间的微米尺度空间为5-200微米，所述金属结合剂16与工件切肩间微米尺度的放电间隙为2-150微米。
[0023]当金刚石磨粒15切削工件2时(如图2所示)，卷起的切肩17会与金刚石砂轮I的金属结合剂16之间产生脉冲电火花放电18，电火花放电会瞬间熔断切肩17(如图3所示)，熔断的切肩19会随高速旋转的砂轮I排出，从而减少切肩17在磨粒切削区域的堆积和滑擦，导致磨削加工过程中磨削力和磨削温度的下降，达到