本发明专利技术涉及一种陶瓷切片刀刃磨加工装置及加工方法，在加工过程中利用激光辐照在陶瓷材料局部产生较大的热应力从而产生裂纹，同时喷注低温冷却液，引导裂纹进一步扩展。加工中砂轮磨削挤压裂纹中留存的磨削液，使裂纹进一步扩展并以脆性方式去除，最后依靠砂轮自身磨削作用和磨抛装置完成刃口加工。加工装置包括：工件夹持机构、激光器及其调焦装置、进给机构、砂轮角度调节机构。利用本发明专利技术提出的方法可以在激光机械复合循环作用下，实现高效去除陶瓷表面材料，加工不通过刀刃角度并降低切削力，提高刀具寿命，获得高精度、高质量加工表面。面。面。
【技术实现步骤摘要】
一种陶瓷切片刀刃磨加工装置及加工方法
[0001]本专利技术属于机械加工领域，尤其涉及一种陶瓷切片刀刃磨的加工装置及加工方法。
技术介绍
[0002]目前铝箔等制品剪切行业中普遍使用高速钢或硬质合金刀具，传统刀具硬度较低耐磨性偏低，导致刀具消耗成本较高，尤其电磁铝箔剪切中刀具磨损严重且无法修磨，造成生产成本较高。陶瓷刀具以其优异的耐热性、耐磨性和化学稳定性，在高速切削领域和难加工材料加工方面显示了传统刀具无法比拟的优势。但是陶瓷材料韧性差，硬度大等特点，在制备中容易出现脆性破坏，影响加工质量，可加工性较差。目前大部分陶瓷材料采用的激光辅助加工，是利用激光辐照使材料局部软化，并控制减少热裂纹的产生，将陶瓷材料以塑性方式去除，研究利用激光辐照使陶瓷材料表面产生热裂纹的方式去除多余材料较少，而激光辐射能量通常在材料表面厚度很薄(通常在微米级)的区域被吸收，无法沿厚度方向形成连续的拉压应力场，可以用来加工陶瓷刀具厚度较小的刃口。
[0003]随着激光加工在陶瓷材料中使用的增加，也有部分学者开始研究如何利用激光辐照使陶瓷表面产生裂纹从而进行加工。例如，2014年6月4号公开的，申请号为201410061230.9的专利公开了一种“氧化铝工程陶瓷激光诱导热裂磨削加工方法”利用激光辐照辅以冷却氩气激化氧化铝陶瓷表面产生的热裂纹，可以获得高质量加工表面，提高了氧化铝工程陶瓷加工性能。2013年3月6号公开的，申请号为201210468664.1的专利公开了“一种工程陶瓷材料的激光加热辅助引弧微爆炸加工方法及装置”利用激光预热使材料软化，随后引弧微爆炸加工软化后的材料，提高了材料去除率。因此，深入系统地研究如何采用激光诱导热裂磨削加工技术实现工程陶瓷的低成本高质量加工，是目前陶瓷加工研究中值得探讨的一个重要技术问题。
技术实现思路
[0004]本专利技术所要解决的技术问题是，针对现有技术存在的不足，提出一种陶瓷切片刀刃磨加工装置及加工方法，应用该方法可获得无熔凝变质层、低粗糙度的高质量加工表面，将大幅提高陶瓷材料的可加工性，与工程陶瓷传统磨削加工相比，降低磨削力，提高磨削比，延长刀具使用寿命。
[0005]一种陶瓷切片刀刃磨加工装置，包括底座，底座上布置工件夹持机构，工件夹持机构的两侧分布设置激光器及其调焦装置、进给机构，激光器及其调焦装置、进给机构之间设置砂轮角度调节机构。
[0006]优选的是，本专利技术的工件夹持机构包括底座、固定在底座下表面的步进电机、安装在底座上的支架以及转换工位的冷却液擦拭/磨抛机构，所述工件夹持机构利弹簧装置保证该机构紧贴工件表面、与电机通过联轴器连接的旋转轴、套在旋转轴上并固定在支架上的轴承座、安装在旋转轴顶部并随旋转轴一同运转的快速换面装夹系统。
[0007]优选的是，本专利技术的快速换面装夹系统为上下对称结构，包括安装在中心轴承上的工件轴承两端带有螺纹、两块环形压板放置在工件上下表面、通过螺纹连接安装在中心轴承两端的锁紧螺母将工件固定、安装在锁紧螺母端面的两个定位拉钉，保证该系统能随旋转轴一起转动，两基准零点卡盘安装在所述旋转轴上。通过零点定位系统，保证换面之后定位精度高。
[0008]优选的是，本专利技术的激光器及其调焦装置包括固定在底座上的旋转底座、安装在旋转底座上的L型底板、安装在底板上能沿XZ轴方向调节的手轮式丝杆模组、固定在丝杆模组工作台上的激光器、固定在工作台上的角度调节机构。
[0009]优选的是，本专利技术的进给机构包括固定在底座上的支撑架、安装在支撑架上能在Y方向移动的滑台、三轴移动的丝杠模组，其中Z轴移动的模组安装在L型板上并固定在X轴移动的模组工作台上。
[0010]优选的是，本专利技术的砂轮角度调节机构包括固定在Z轴移动模组上的旋转台、固定在旋转台表面的L型支架、安装在L型支架上的电主轴、轴向固定在电主轴上的砂轮夹头、碗型砂轮安装在砂轮夹头上，通过锁紧螺母固定并进行动平衡。
[0011]优选的是，本专利技术的底座包括储液底壳、挡板，储液底壳通过螺栓固定在底座下表面上，冷却液能够通过底座上的孔回流到储液底壳中，加工时通过冷却装置以较低的温度注射到工件加工表面；所述挡板安装在底座上，用于加工时防止冷却液四处流淌。
[0012]基于本专利技术的陶瓷切片刀刃磨装置的加工方法，包括如下步骤：
[0013]步骤一：工件、激光器、刀具的装夹和定位；具体的：
[0014]将工件固定到快速换面装夹系统上，将快速装夹换面系统安装到旋转轴上的两基准零点卡盘中完成工件的定位。通过旋转底座将激光器调整到工件上方合适的位置，此时打开激光器调整激光输出功率在最低功率状态，通过角度调节机构将输出激光调整至与待加工刃角垂直，利用激光器调焦装置调整焦距以完成对焦，最后将激光光斑聚焦在工件边缘的待加工区域材料中间位置后关闭；打开旋转台将碗型砂轮调整到与工件所需刀刃角度平行位置，打开XYZ方向进给机构中的丝杆模组进行对刀，对刀完成后，将碗型砂轮沿Z方向上移一段距离开工件表面；
[0015]步骤二：激光
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机械复合加工；具体的：
[0016]设定激光参数和磨削参数，打开电机设定转速，工件开始转动，打开激光器利用激光照射待加工区域材料，在激光重复辐照待加工区域2
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3圈后打开冷却液开关在激光照射后的区域注射低温冷却液，同时用擦拭/磨抛机构擦除冷却液；打开电主轴和丝杆模组设定好砂轮转速和进给速度，砂轮开始磨削工件，砂轮加工一定深度后关闭激光器；
[0017]步骤三：磨抛加工；具体的：
[0018]将冷却液擦拭机构旋转换成金刚石抛光棉打磨加工后的表面，利用砂轮自身磨削作用将加工余量部分全部去除，通过丝杆模组使碗型砂轮离开工件加工表面，关闭电主轴，抛光完成后移开抛光棉并关闭电机。换加工面，将快速换面装夹系统从旋转轴上卸下，将工件未加工面朝上安装在旋转轴上的两基准零点卡盘中，此时重复上述操作步骤完成陶瓷切片刀另一侧刃口加工。
[0019]本专利技术的激光
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机械复合加工，是利用激光辐照首先让陶瓷表面产生裂纹，其次浇注冷却液激化裂纹，最后依靠砂轮自身及其与裂纹中残存磨削液之间产生的动压效应，使
材料表面裂纹进一步扩展并以脆性方式去除。
[0020]本专利技术对激光反射和透光性较好的陶瓷材料，磨抛前材料需多次加工去除，每次加工前均需要在待加工区域表面预涂一层黑色吸光材料。
[0021]本专利技术采用上述技术方案，与现有技术相比具有如下优点：该方法区别于一般的激光辅助加工陶瓷材料，在加工过程中，激光辐照区产生的热裂纹在低温冷却液的激化下会进一步扩展，加工时旋转进给的砂轮和裂纹中冷却液之间产生的动压效应会引导裂纹进一步扩展，并以脆性方式去除，提高加工效率。最后通过砂轮的磨削作用和抛光棉抛光可使得已加工陶瓷材料表面质量好，此外快速换面定位系统可以减少换加工面时间，保证换面精度。提供了一种简单、使用方便，低成本、高精度的用于加工陶瓷盘刀刀刃的实验装置，其能加工不同角度、厚度的刀刃。
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【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种陶瓷切片刀刃磨加工装置，其特征在于包括底座(1)，底座(1)上布置工件夹持机构，工件夹持机构的两侧分布设置激光器及其调焦装置、进给机构，激光器及其调焦装置、进给机构之间设置砂轮角度调节机构。2.根据权利要求1所述的陶瓷切片刀刃磨装置，其特征在于上述工件夹持机构包括底座(1)、固定在底座下表面的步进电机(2)、安装在底座上的支架(5)以及转换工位的冷却液擦拭/磨抛机构(26)，所述工件夹持机构利弹簧装置保证该机构紧贴工件表面、与电机通过联轴器连接的旋转轴(7)、套在旋转轴上并固定在支架(23)上的轴承座(6)、安装在旋转轴顶部并随旋转轴一同运转的快速换面装夹系统(24)。3.根据权利要求2所述陶瓷切片刀刃磨加工装置，其特征在于：上述快速换面装夹系统为上下对称结构，包括安装在中心轴承上的工件(30)轴承两端带有螺纹、两块环形压板(29)放置在工件上下表面、通过螺纹连接安装在中心轴承两端的锁紧螺母(28)将工件固定、安装在锁紧螺母端面的两个定位拉钉(25)，保证该系统能随旋转轴(7)一起转动，两基准零点卡盘(27)安装在所述旋转轴(7)上。4.根据权利要求1所述的陶瓷切片刀刃磨加工装置，其特征在于上述激光器及其调焦装置包括固定在底座上的旋转底座(17)、安装在旋转底座上的L型底板(16)、安装在底板上能沿XZ轴方向调节的的手轮式丝杆模组(13、15)、固定在丝杆模组工作台上的激光器(14)、固定在工作台上的角度调节机构(14
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1)。5.根据权利要求1所述的陶瓷切片刀刃磨加工装置，其特征在于上述进给机构包括固定在底座上的支撑架(5)、安装在支撑架上能在Y方向移动的滑台(22)、三轴移动的丝杠模组，其中Z轴移动的模组安装在L型板(21)上并固定在X轴移动的模组工作台上。6.根据权利要求1所述的陶瓷切片刀刃磨加工装置，其特征在于上述砂轮角度调节机构包括固定在Z轴移动模组上的旋转台(11)、固定在旋转台(11)表面的L型支架(19)、安装在L型支架上的电主轴(10)、轴向固定在电主轴上的砂轮夹头(9)、碗型砂轮(8)安装在砂轮夹头上，通过锁紧螺母固定并进行动平衡。7.根据权利要求1所述的陶瓷切片刀刃磨加工装置，其特征在于上述底座包括储液底壳(3)、挡板(4)，储液底壳(3)通过螺栓固定在底座(1)下表面上，冷却液能够通过底座上的孔回流到储液底壳中，加工时通过冷却装置以较低的温度注射到工件加工表面；所述挡板(4)...
【专利技术属性】
技术研发人员：卞荣，周飞翔，丁文政，陈勇，徐伟伟，李耀，闫国栋，徐有峰，
申请(专利权)人：南京工程学院，
类型：发明
国别省市：
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