一种微磨头边沿磨粒的脉冲放电修刃装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种微磨头边沿磨粒的脉冲放电修刃装置及方法，所述装置包括微磨头修刃设备及监控设备，所述的微磨头修刃设备由上至下包括上电极、主轴、微磨头、下电极、工具平台、可编程电源及设备控制器；所述的监控设备包括电压传感器、电流传感器、数据采集模块及决策控制模块。所述方法利用脉冲放电辅助修刃工艺过程，微磨头修刃设备对的微磨头边沿金刚石磨粒进行修刃，其金刚石磨粒粒度可为100#~600#，达到超光洁镜面磨削及微沟槽精密成型的目的。本发明专利技术通过微磨头修刃设备实现微磨头尖端金刚石磨粒的修刃工艺，通过监控设备实现对修刃工艺的反馈控制，节省了人力成本投入，并且有效提高了修刃工艺的稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种微磨头边沿磨粒的脉冲放电修刃装置及方法
本专利技术涉及精密超精密加工、智能制造
，具体涉及一种微磨头边沿磨粒的脉冲放电修刃装置及方法。
技术介绍
目前，微细制造技术正朝着高自由度、高精度、纳米镜面、大面积成型和批量化生产方向发展。微细机械加工，主要是磨削加工，可以确保形状精度。但是，常规的金刚石刀具表面磨粒不规整，易在工件表面留下微细切痕，而且加工高硬脆性工件时会因微工具的快速磨损产生边沿毛刺和结构脆裂，其制造的自由曲面表面部件难以达到镜面。微沟槽加工主要依赖激光加工或修整砂轮磨削，但激光加工无法保证底面质量，修整砂轮磨削的尖端半径较大。另外，针对磨削领域，工艺参数的决策往往依赖于技术人员的现场经验。并且，磨削加工通常需要较长时间，固定工艺流程不能结合实际加工过程情况，易造成不可预知的不稳定性，然而人工实时调控消耗大量人力及时间成本。为解决上述问题，“砂轮微磨粒修平的脉冲放电修整参数和运动参数控制方法”，【专利号：201710823408.2，申请日期：2017.09.13】专利中公开了应用于砂轮表面金刚石磨粒的脉冲放电修平工艺、工艺参数及控制方法。然而，该专利所述修平方法所涉及砂轮与电极的接触弧长为0.7～1.5mm，且磨粒粒度为24#～180#，没有涉及立式磨床所用的接触弧长仅为0.05～0.5mm的圆柱形微磨头，且磨粒粒度没有涉及180#以上(100μm以下)。因此，提出微磨头边沿磨粒的脉冲放电修刃方法，辅以对应微磨头修刃装置，实现微磨削加工中微磨头边沿金刚石磨粒的修刃工艺。在此基础上，添加监控设备，通过对修刃过程中的电压、电流值的收集及定时或实时监测，实现修刃工艺参数的智能初决策及反馈控制。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服微磨削加工特别是硬脆性材料磨削中，工件表面难以达到镜面、微沟槽难以精密成型的问题，提出一种微磨头边沿磨粒的脉冲放电修刃装置及方法，该专利技术能够有效可控地对微磨头边沿金刚石磨粒某一或多个表面进行修刃，并且在修刃工艺过程中可以根据实时监测指标对工艺参数进行智能调整，确保修刃工艺的稳定实现，从而得到有利于镜面磨削加工和微沟槽精密成型的微磨头。本专利技术实现上述目的的技术方案为：一种微磨头边沿磨粒的脉冲放电修刃装置及方法，包括微磨头修刃设备及监控设备，所述的微磨头修刃设备由上至下包括上电极、主轴、微磨头、下电极、工具平台、可编程电源及设备控制器；所述的监控设备包括电压传感器、电流传感器、数据采集模块及决策控制模块；所述的主轴前端安装微磨头；所述的上电极通过弹簧碳棒与微磨头连接，并装夹于主轴；所述的下电极与工具平台固定连接；所述的可编程电源正负两极分别与上电极、下电极相连接；所述设备控制器用于控制主轴、工具平台的运行方向、进给速度、距离及主轴的转速；所述的电压传感器、电流传感器用于分别与数据采集模块相连进行数据传输，所述数据采集模块定时或实时将所采集电压、电流数据传至决策控制模块；所述决策控制模块用于对所采集的数据进行分析、对工艺参数进行调整，且分别与可编程电源、设备控制器相连接并可进行控制。进一步地，所述的主轴可倾斜角度为0°～60°，主轴转速为0～80000rpm。进一步地，所述的下电极为导电金属材料，其材料包括铁、铜、铝；所述的下电极表面的平面度小于1μm，且与主轴及工具平台水平运动平面保持平行度小于1μm。进一步地，所述的微磨头直径为0.05～5mm，前端的金刚石磨粒粒度为100#～600#。进一步地，所述的可编程电源可输出电压范围为0～5000V。一种采用如所述装置的微磨头边沿磨粒的脉冲放电修刃方法，包括步骤：1)设置主轴的倾斜角，在主轴前端安装微磨头；2)设置主轴的倾斜角并以转速0～80000rpm旋转，协同工具平台的移动，带动微磨头移动至下电极表面；3)开启可编程电源开关，使其在上电极及下电极加载0～100V电压；4)设定微磨头在下电极表面的切深为0～50μm，主轴及工具平台的协同运动使任意时刻微磨头相对于下电极的相对进给速度为0～100mm/min；5)微磨头对下电极进行切削修刃，微磨头从切入下电极至切出的切削时间为0～1500min，完成一次微磨头的修刃工艺。进一步地，所述的切削时间为微磨头多次切入、切出所述下电极的总时间。进一步地，所述的主轴转速、所述的可编程电源加载电压、所述的切深、所述的相对进给速度以及所述的切削时间均为初始工艺参数，由所述决策控制模块利用神经网络决策得出，所述的神经网络的输入为微磨头3的直径、磨粒粒度及期望修刃面积。进一步地，切削过程中，还包括步骤：数据采集模块以0～100min的间隔将从电压传感器及电流传感器得到的工艺过程参数传送至决策控制模块，所述决策控制模块判断所述工艺过程参数是否正常，若出现偏移则调整工艺参数，并将工艺参数传送至可编程电源及设备控制器，达到实时控制的目的。进一步地，在不同主轴倾斜角度下重复步骤1)至5)进行两面放电修刃，使微磨头边沿磨粒得到对应角度的尖角。本专利技术与现有技术相比具有以下优点：1.本专利技术通过脉冲放电辅助有效地对微磨头尖端金刚石磨粒进行修刃，替代传统磨削加工中未被修刃的金刚石磨头，有利于提高磨头的使用寿命，一面修刃可以有利于镜面加工，两面修刃有利于微沟槽精密成型。2.本专利技术通过在传统设备上添加监控设备，实现修刃工艺参数的智能初决策。并且对加工过程中的状态参数进行实时定时监测，对工艺参数进行智能调整，实现修刃工艺参数的反馈控制，替代人工长时间的实时调控，极大节省了人力及时间成本。附图说明图1为基于放电辅助的微磨头智能修刃装置示意图。图2a)为数据采集模块采集到的修刃工艺中正常的放电波形图。图2b)为数据采集模块采集到的修刃工艺中出现偏移的放电波形图。图3为所述智能修刃装置及方法修刃后的金刚石磨粒形貌特征图。图4为两面修刃后的微磨头边沿形貌轮廓图图中所示：1-主轴；2-下电极；3-微磨头；4-上电极；5-工具平台；6-电压传感器；7-电流传感器；8-数据采集模块；9-决策控制模块；10-可编程电源；11-设备控制器。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术做进一步的说明，但本专利技术要求保护的范围并不局限于此。实施例一如图1所示，一种微磨头边沿磨粒的脉冲放电修刃装置，包括微磨头修刃设备及监控设备，所述的微磨头修刃设备由上至下包括上电极4、主轴1、微磨头3、下电极2、工具平台5、可编程电源10及设备控制器11；所述的监控设备包括电压传感器6、电流传感器7、数据采集模块8及决策控制模块9；所述的主轴1前端安装微磨头3；所述的上电极4通过弹簧碳棒与微磨头3连接，并装夹于主轴1；所述的下电极2与工具平台5固定连接；所述的可编程电源10正负两极分别与上电极4、下电极2相连接；所述设备控制器11用于控制主轴1、工具平台5的运行方向、进给速度、距离及主轴1的转速；所述的电压传感器6、电流传感器7用于分别与数据采集模块8相连进行数据传输，所述数据采集模块8定时或实时将所采集电压、电流数据传至决策控制模块9；所述决策控制模块9用于对所采集的数据进行分析、对工艺参数进行调整，且分别与可编程电源10、设备控制器11相连接并可进行控制。具体而言，所述的主轴1可倾斜角度为0°～60°，主轴转速为0～80000rpm。具体而言，所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种微磨头边沿磨粒的脉冲放电修刃装置，包括微磨头修刃设备及监控设备，其特征在于：所述的微磨头修刃设备由上至下包括上电极(4)、主轴(1)、微磨头(3)、下电极(2)、工具平台(5)、可编程电源(10)及设备控制器(11)；所述的监控设备包括电压传感器(6)、电流传感器(7)、数据采集模块(8)及决策控制模块(9)；所述的主轴(1)前端安装微磨头(3)；所述的上电极(4)通过弹簧碳棒与微磨头(3)连接，并装夹于主轴(1)；所述的下电极(2)与工具平台(5)固定连接；所述的可编程电源(10)正负两极分别与上电极(4)、下电极(2)相连接；所述设备控制器(11)用于控制主轴(1)、工具平台(5)的运行方向、进给速度、距离及主轴(1)的转速；所述的电压传感器(6)、电流传感器(7)用于分别与数据采集模块(8)相连进行数据传输，所述数据采集模块(8)定时或实时将所采集电压、电流数据传至决策控制模块(9)；所述决策控制模块(9)用于对所采集的数据进行分析、对工艺参数进行调整，且分别与可编程电源(10)、设备控制器(11)相连接并可进行控制。

【技术特征摘要】
1.一种微磨头边沿磨粒的脉冲放电修刃装置，包括微磨头修刃设备及监控设备，其特征在于：所述的微磨头修刃设备由上至下包括上电极(4)、主轴(1)、微磨头(3)、下电极(2)、工具平台(5)、可编程电源(10)及设备控制器(11)；所述的监控设备包括电压传感器(6)、电流传感器(7)、数据采集模块(8)及决策控制模块(9)；所述的主轴(1)前端安装微磨头(3)；所述的上电极(4)通过弹簧碳棒与微磨头(3)连接，并装夹于主轴(1)；所述的下电极(2)与工具平台(5)固定连接；所述的可编程电源(10)正负两极分别与上电极(4)、下电极(2)相连接；所述设备控制器(11)用于控制主轴(1)、工具平台(5)的运行方向、进给速度、距离及主轴(1)的转速；所述的电压传感器(6)、电流传感器(7)用于分别与数据采集模块(8)相连进行数据传输，所述数据采集模块(8)定时或实时将所采集电压、电流数据传至决策控制模块(9)；所述决策控制模块(9)用于对所采集的数据进行分析、对工艺参数进行调整，且分别与可编程电源(10)、设备控制器(11)相连接并可进行控制。2.根据权利要求1所述的脉冲放电修刃装置，其特征在于：所述的主轴(1)可倾斜角度为0°~60°，主轴转速为0~80000rpm。3.根据权利要求1所述的脉冲放电修刃装置，其特征在于：所述的下电极(2)为导电金属材料，其材料包括铁、铜、铝；所述的下电极(2)表面的平面度小于1μm，且与主轴(1)及工具平台(5)水平运动平面保持平行度小于1μm。4.根据权利要求1至2所述的脉冲放电修刃装置，其特征在于：所述的微磨头(3)直径为0.05~5mm，前端的金刚石磨粒粒度为100#~600#。5.根据权利要求1至2所述的脉冲放电修刃装置，其特征在于：所述的可编程电源(10)可输出电压范围为0~5000V。6.一种采用如权利要求1至5中任一项所述装置的微磨头边沿磨粒的脉冲放电...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢晋，卢阔，罗宜毫，李文哲，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东,44