專利名稱：磨粒排布優(yōu)化凸出精確可控的砂輪制造裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種砂輪數(shù)字化制造設(shè)備，即一種磨粒排布優(yōu)化凸出精確可控的
砂輪制造裝置。
背景技術(shù)：
砂輪是磨削加工的主要工作部件，是由磨粒、黏合劑、填料以及各種輔料構(gòu)成。砂 輪的內(nèi)部結(jié)構(gòu)對(duì)砂輪的性能影響很大，內(nèi)部結(jié)構(gòu)合理才能保證砂輪的工作性能。砂輪內(nèi)部 結(jié)構(gòu)的技術(shù)要求內(nèi)容很多，但最主要的是磨粒分布要均勻，砂輪整體要具有足夠的強(qiáng)度。磨 粒分布要求磨粒之間要有一定的空隙，即砂輪表面形成凸凹面，突出的磨粒顆粒才能對(duì)被 磨削件產(chǎn)生較大的壓強(qiáng)，磨粒之間的空間能夠容納磨下的切屑，并允許磨削液順利通過而 到達(dá)磨削點(diǎn)，降低磨削熱損傷?？墒?，目前的砂輪主要采用原料混合壓型燒結(jié)的方法制成， 內(nèi)部結(jié)構(gòu)只能通過控制原料比例和盡量攪拌來實(shí)現(xiàn)，具有很大的偶然性，難以適應(yīng)高精度、 高表面完整性和異形曲面加工的需求。為了提高砂輪的質(zhì)量，近年又推出電鍍、高溫釬焊等 方法?？墒牵秒婂兎椒ㄖ圃焐拜?，把持力不強(qiáng)，磨粒出露高度不高，而且容易造成環(huán)境污 染。高溫釬焊等方法制造的砂輪節(jié)省磨粒，磨粒排布和凸出高度可控，但生產(chǎn)工藝復(fù)雜，成 本高，目前只能生產(chǎn)單層金屬結(jié)合劑金剛石砂輪。

發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種砂輪數(shù)字化制造設(shè)備，這種設(shè)備制造的砂輪磨粒排 布優(yōu)化，凸出高度精確可控，有足夠的強(qiáng)度，磨削熱損傷小，生產(chǎn)成本低，使用壽命長(zhǎng)，能滿 足高加工精度、高表面質(zhì)量、高生產(chǎn)率的要求，特別適合于加工任意廓形截面異形曲面，對(duì) 航空航天、能源發(fā)電以及軌道交通都具有十分重要意義。 上述目的是由以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的研制一種磨粒排布優(yōu)化凸出精確可控的砂輪 制造裝置，其特點(diǎn)是這種裝置是由機(jī)械部分和計(jì)算機(jī)控制部分構(gòu)成，其機(jī)械部分是由機(jī)身 以及承載工件的載物臺(tái)、與載物臺(tái)相對(duì)的工作部件、供載物臺(tái)或工作部件進(jìn)行運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)軌 以及拖動(dòng)部件構(gòu)成。這里的工作部件包括可向載物臺(tái)施放原料的料箱和對(duì)原料進(jìn)行燒結(jié)成 型的激光發(fā)生器。采用這種設(shè)備，先將各種技術(shù)參數(shù)輸入計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，建立砂輪三維 CAD模型，再把三維模型離散分層，然后，在計(jì)算機(jī)程序的控制下，把砂輪原料分層施放在載 物臺(tái)上，激光燒結(jié)頭按照各層面截面輪廓對(duì)實(shí)心部分所在的原料進(jìn)行激光燒結(jié)成型。 所說的機(jī)身包括平置的底座和豎置的立柱。 所說的計(jì)算機(jī)控制部分是計(jì)算機(jī)數(shù)字控制裝置，該裝置具有砂輪三維模型、三維 模型離散運(yùn)算模型、激光頭軌跡規(guī)劃與運(yùn)動(dòng)學(xué)模型、原料優(yōu)化匹配定位施放控制模型的構(gòu) 建系統(tǒng)。 所說的導(dǎo)軌有供載物臺(tái)與工作部件調(diào)節(jié)上下距離的豎導(dǎo)軌、供載物臺(tái)調(diào)節(jié)平面位 置的橫導(dǎo)軌和縱導(dǎo)軌。 所說的底座上設(shè)有縱導(dǎo)軌，上面裝有可沿縱導(dǎo)軌滑動(dòng)的縱向滑板，縱滑板上面設(shè)有橫導(dǎo)軌，橫導(dǎo)軌上面裝有可沿橫導(dǎo)軌滑動(dòng)的載物臺(tái)；底座一側(cè)上方固連著豎立的立柱，立 柱上通過豎導(dǎo)軌和滑塊裝配有橫梁，橫梁上裝有激光發(fā)生器、磨料箱、黏合劑箱，磨料箱和 黏合劑箱均有送料口 ，激光發(fā)生器設(shè)有激光燒結(jié)頭。 所說的底座上裝有縱導(dǎo)軌，上面裝有可沿縱導(dǎo)軌滑動(dòng)的縱向滑板，縱向滑板上面 設(shè)有橫導(dǎo)軌，上面裝有可沿橫導(dǎo)軌橫向滑動(dòng)的載物臺(tái)。 所說的橫梁，激光發(fā)生器以及磨料箱、黏合劑箱和激光燒結(jié)頭可在上邊縱向滑動(dòng)； 橫梁一端通過滑塊與立柱上的豎導(dǎo)軌相配合；所說的橫導(dǎo)軌在底座一端，且與立柱下端相 配合，立柱連同橫梁及其部件可沿橫導(dǎo)軌橫向運(yùn)動(dòng)。 采用上述技術(shù)方案的磨粒排布優(yōu)化凸出精確可控的砂輪制造裝置，在數(shù)控系統(tǒng)的 控制下，工作部件把磨粒顆粒和黏合劑分層施放在準(zhǔn)確的位置上，并依次由激光燒結(jié)成型。 該裝置技術(shù)含量高，適用范圍廣，適于制造金屬結(jié)合劑、陶瓷結(jié)合劑、和樹脂結(jié)合劑等多種 砂輪。制造的砂輪磨粒排布位置準(zhǔn)確，凸出高度精確可控，容屑空間合理，固化強(qiáng)度足夠，不 需修整，形狀任意，生產(chǎn)成本低，使用壽命長(zhǎng)，可大幅度降低磨削熱損傷，滿足高加工精度和 高生產(chǎn)率的要求，為實(shí)現(xiàn)砂輪生產(chǎn)數(shù)字化提供了適用的設(shè)備。

圖1實(shí)施例的主視圖； 圖2實(shí)施例的左視圖； 圖3實(shí)施例計(jì)算機(jī)程序框圖； 圖4實(shí)施例的部件磨料箱的放大主視圖； 圖5實(shí)施例的部件黏合劑箱的放大主視圖； 圖6實(shí)施例的產(chǎn)品砂輪的示意圖； 圖中可見立柱1，滑塊2，豎導(dǎo)軌3，底座4，縱導(dǎo)軌5，縱滑板6，載物臺(tái)7，橫導(dǎo)軌 8，送料口 9，激光燒結(jié)頭IO，磨料箱ll，黏合劑箱12，激光發(fā)生器13，橫梁14，電機(jī)15，磨粒 16，磨粒排送輪17，凹窩18，黏合劑19，排液泵20，基板21。
具體實(shí)施方式本發(fā)明總的構(gòu)思是采用計(jì)算機(jī)數(shù)控技術(shù)和激光燒結(jié)技術(shù)，解決砂輪磨粒定位和固 化的問題。為了達(dá)到這個(gè)目標(biāo)，采用了由承載工件的載物臺(tái)、與載物臺(tái)相對(duì)的工作部件、供 載物臺(tái)和工作部件進(jìn)行相對(duì)運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)軌以及拖動(dòng)部件構(gòu)成的機(jī)械裝置。下面通過實(shí)施例具 體說明 實(shí)施例如圖1、2所示，這種磨粒排布優(yōu)化凸出精確可控的砂輪制造裝置的機(jī)身 是由豎立的立柱1和平置的底座4所構(gòu)成，在立柱1前面設(shè)有豎導(dǎo)軌3，豎導(dǎo)軌3通過滑塊 2吊裝一個(gè)板狀的橫梁14，橫梁14上裝有兩個(gè)激光發(fā)生器13和兩個(gè)料箱，其中一個(gè)是磨料 箱ll，另一個(gè)是黏合劑箱12，其他輔料也裝在黏合劑箱12里面。磨料箱11和黏合劑箱12 下面都有送料口 9和激光燒結(jié)頭10。在底座4上設(shè)有縱導(dǎo)軌5，上面配裝有縱滑板6，縱滑 板6上面設(shè)有橫導(dǎo)軌8，上面裝有載物臺(tái)7。這樣，載物臺(tái)7的運(yùn)動(dòng)就由縱橫兩種滑動(dòng)合成 平面上的任意移動(dòng)。而橫梁14上的激光發(fā)生器13和兩個(gè)料箱，以及送料口 9和激光燒結(jié) 頭10就可通過上下的位移而與載物臺(tái)7保持適當(dāng)?shù)木嚯x。[0021] 此外，如圖3所示，這種裝置還設(shè)有計(jì)算機(jī)數(shù)字控制裝置，該裝置具有砂輪三維模 型、三維模型離散運(yùn)算模型、激光頭軌跡規(guī)劃與運(yùn)動(dòng)學(xué)模型、原料優(yōu)化匹配定位施放控制模 型的構(gòu)建系統(tǒng)，可控制各部件的各種動(dòng)作。該系統(tǒng)在計(jì)算機(jī)的控制下，根據(jù)CAD造型生成 數(shù)字化三維幾何信息，再將數(shù)字化三維模型沿Z坐標(biāo)軸離散成一系列的二維層片，再根據(jù) 每個(gè)層片的輪廓信息，進(jìn)行工藝規(guī)劃，選擇合適的加工參數(shù)，生成相應(yīng)的指令傳輸給數(shù)控系 統(tǒng)，操縱成型機(jī)協(xié)調(diào)動(dòng)作，定點(diǎn)投放磨粒、黏合劑和填料，并通過激光束層層燒結(jié)，逐層堆積 而形成磨粒優(yōu)化排布的砂輪。 在圖2中，可見一部電機(jī)15，用以表示各部件運(yùn)動(dòng)的拖動(dòng)裝置。實(shí)際上，這種電機(jī) 應(yīng)根據(jù)需要裝配多部，因?qū)俪Ｒ?guī)技術(shù)，故未畫出。 磨粒16和黏合劑19以及其他輔料的施放方式也有多種，難以窮舉。圖4例舉了 一種磨粒16施放的方式，在磨料箱11里面裝有磨粒16，下面裝有一個(gè)磨粒排送輪17，磨粒 排送輪17上開有多個(gè)凹窩18，磨粒排送輪17在程序控制下轉(zhuǎn)動(dòng)，磨粒16顆粒進(jìn)入凹窩18 而被排下。當(dāng)然，也可以把磨粒和黏合劑混在一起，定位定量排下。圖5例舉了黏合劑箱12 的排放方式。如圖所示，在箱的下面，裝有排液泵20，排液泵20在數(shù)控程序的控制下，把黏 合劑19定點(diǎn)定量排下。 圖6表示了由上述過程制成的砂輪的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，在基板21上面，磨粒16整齊排 列，之間由黏合劑12及輔料填充，層層疊加，形成了理想的結(jié)構(gòu)狀態(tài)。當(dāng)然，砂輪內(nèi)部的結(jié) 構(gòu)可能更復(fù)雜，四周和中間可能不同，磨粒顆粒的大小、品種也可能不同，都要根據(jù)技術(shù)要 求進(jìn)行設(shè)定和加工。
權(quán)利要求一種磨粒排布優(yōu)化凸出精確可控的砂輪制造裝置，其特征在于這種裝置是由機(jī)械部分和計(jì)算機(jī)控制部分構(gòu)成，其機(jī)械部分是由機(jī)身以及承載工件的載物臺(tái)(7)、與載物臺(tái)(7)相對(duì)的工作部件、供載物臺(tái)(7)或工作部件進(jìn)行相對(duì)運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)軌以及拖動(dòng)部件構(gòu)成；這里的工作部件包括可向載物臺(tái)(7)施放原料的原料箱和對(duì)所施放原料進(jìn)行激光燒結(jié)成型的激光發(fā)生器(13)；這里的機(jī)身包括立柱(1)和底座(4)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的磨粒排布優(yōu)化凸出精確可控的砂輪制造裝置，其特征在于 所說的計(jì)算機(jī)控制部分是計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置，該裝置具有構(gòu)建砂輪三維模型、三維模型離散 運(yùn)算模型、激光頭軌跡規(guī)劃與運(yùn)動(dòng)學(xué)模型、原料優(yōu)化匹配定位施放控制模型的元件系統(tǒng)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的磨粒排布優(yōu)化凸出精確可控的砂輪制造裝置，其特征在于所說的導(dǎo)軌包括供載物臺(tái)(7)與工作部件調(diào)節(jié)上下距離的豎導(dǎo)軌(3)、供載物臺(tái)(7)和工作 部件調(diào)節(jié)平面相對(duì)位置的橫導(dǎo)軌(8)和縱導(dǎo)軌(5)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的磨粒排布優(yōu)化凸出精確可控的砂輪制造裝置，其特征在于所說的原料箱包括盛裝磨粒(16)的磨料箱(11)和盛裝黏合劑(19)的黏合劑箱(12)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的磨粒排布優(yōu)化凸出精確可控的砂輪制造裝置，其特征在于所說的底座(4)上設(shè)有縱導(dǎo)軌(5)，上面裝有可沿縱導(dǎo)軌(5)縱向滑動(dòng)的縱滑板(6)，縱滑 板(6)上面設(shè)有橫導(dǎo)軌(8)，橫導(dǎo)軌(8)上面裝有可沿橫導(dǎo)軌(8)橫向滑動(dòng)的載物臺(tái)(7); 底座(4) 一側(cè)上方固連著豎立的立柱(l)，立柱(1)上通過豎導(dǎo)軌(3)和滑塊(2)裝有可上 下滑動(dòng)的橫梁(14)，橫梁(14)上裝有激光發(fā)生器(13)、磨料箱(11)、黏合劑箱(12)，磨料 箱(11)和黏合劑箱(12)均有送料口 (9)和激光燒結(jié)頭(10)。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種砂輪制造設(shè)備，即一種磨粒排布優(yōu)化凸出精確可控的砂輪制造裝置。其特點(diǎn)是這種裝置是由機(jī)械部分和計(jì)算機(jī)控制兩部分構(gòu)成，其機(jī)械部分是由載物臺(tái)7、工作部件、供載物臺(tái)7或工作部件進(jìn)行運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)軌等構(gòu)成。工作部件包括可向載物臺(tái)7施放砂輪原料的原料箱和對(duì)原料進(jìn)行燒結(jié)成型的激光發(fā)生器13。工作時(shí)，事先將各種技術(shù)參數(shù)輸入計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，然后，在計(jì)算機(jī)程序的控制下，把砂輪原料分層施放在設(shè)定位置上，依次用激光燒結(jié)成型。所制造的砂輪磨粒排布優(yōu)化，凸出高度可控，容屑空間合理，結(jié)合強(qiáng)度高，可生產(chǎn)任意廓形截面砂輪，大幅度降低磨削熱損傷，滿足高加工精度和高生產(chǎn)率的要求，為實(shí)現(xiàn)砂輪數(shù)字化制造提供了適用的設(shè)備。
文檔編號(hào)B24D18/00GK201493772SQ20092017378
公開日2010年6月2日 申請(qǐng)日期2009年9月15日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月15日
發(fā)明者丁玉成, 李長(zhǎng)河, 杜超 申請(qǐng)人:青島理工大學(xué)