[发明专利]一种砂轮双激光修整装置及修整方法

说明书

本发明公开了一种砂轮双激光修整装置，包括：纳秒脉冲激光器、飞秒脉冲激光器、激光扩束器、第一聚焦透镜及第二聚焦透镜及脉冲液柱流发生器，纳秒脉冲激光器输出激光经由激光扩束器扩束处理后，经由第一聚焦透镜输出，并作用于被修整砂轮表面，实现砂轮切向修平和径向修锐，飞秒脉冲激光器输出激光经由第二聚焦透镜聚焦后作用被修整砂轮表面，实现砂轮修整。本发明提出了基于辅助脉冲液柱流与扩束器的砂轮双激光修整装置，节约成本，抑制等离子体粒子返回砂轮表面，避免相爆炸效应；在整形砂轮表面金刚石磨粒过程，快速降温避免金刚石磨粒周边热积累产生的热裂纹和石墨变质层等缺陷，从而极大的提高了修整效率与修整质量。

技术领域

本发明属于超硬磨料砂轮修整技术领域，更具体地，涉及一种砂轮双激光修整装置及修整方法。

背景技术

随着新型材料的发展，对材料的加工要求越来越高，普通磨料砂轮很难满足难加工材料磨削、精密和超精密磨削。超硬磨料砂轮(立方氮化硼 (CBN)和金刚石砂轮)相比于普通磨料砂轮具有更高的磨削精度、更稳定和更优良的磨削性能、其广泛的应用加速了磨削的发展与革新。超硬磨料砂轮种类多，其中结合强度最高使用最常见的为青铜结合剂金刚石砂轮。它具有强度高、硬度大、一定的韧性和塑性等特点，致使其磨钝后的修整最为困难。

目前，普遍采用机械修整法主要为研磨法、车削法、滚压法等。以上修整法均基于力作用条件下，通过剪切和挤压的方式，达到修锐目的，但会对磨粒的整体结构造成破坏，降低其强度和硬度；修整后砂轮地形地貌较差，表面沟槽多，砂轮的磨削性能降低，并且较严重的污染环境。鉴于机械修整方法存在的局限性，提出了许多新型的修整方法包括：电火花修整、超声振动游离磨粒砂轮修整、电解在线修锐(ELID)等，但每种新型修整方法都有一定的弊端，如修整效率低；修整过程中，对工具损耗率高；修整方法的覆盖面窄，通用性不强。

激光修整青铜金刚石砂轮是非接触、避免机械作用力存在、修整工具损耗的绿色修整技术；其基于热效应作用下，对青铜进行修锐，对金刚石进行整形，具有适应性广、效率高、经济效益好等特点。

现有技术主要采用纳秒脉冲激光修整青铜金刚石砂轮，修整过程中会形成等离子体、动态吸收、蒸发等效应，影响激光能量与砂轮的耦合，出现相爆炸现象影响砂轮表面质量；磨粒表面出现石墨化变质层、热裂纹等缺陷，降低修整后青铜金刚石砂轮的磨削性能。上述方法虽然取得了一定的修整效果，但无法同时避免修整过程中等离子体、蒸发、相爆炸等效应以及磨粒热裂纹和石墨变质层等缺陷；并且激光器需要调整不同参数对砂轮进行修锐与整形，修整效率低，与实际要求还有一定差距。

发明内容

为克服已有技术的不足和缺陷，本发明提供一种砂轮双激光修整装置及修整方法，旨在解决现有的修整装置不能同时解决在修整过程中由于存在等离子体、蒸发、相爆炸等效应导致砂轮表面质量差以及由于磨粒热裂纹和石墨变质层等缺陷导致磨削性能差的技术问题。

作为本发明的一方面，本发明提供一种砂轮双激光修整装置，包括：

纳秒脉冲激光器、飞秒脉冲激光器、激光扩束器、第一聚焦透镜及第二聚焦透镜及脉冲液柱流发生器；

纳秒脉冲激光器输出脉宽在纳秒级的脉冲激光，经由激光扩束器扩束处理后输出扩束后纳秒脉冲激光，扩束后纳秒脉冲激光射入第一聚焦透镜进行聚焦处理输出聚焦后纳秒脉冲激光，聚焦后纳秒脉冲激光作用于被修整砂轮；当砂轮表面进行切向修平或径向修锐处理时，扩束后纳秒脉冲激光能量增强，使得聚焦后纳秒脉冲激光能抑制等离子体粒子返回砂轮表面，避免相爆炸效应；

飞秒脉冲激光器输出脉宽在飞秒级的脉冲激光，经由第二聚焦透镜进行聚焦处理后输出聚焦后飞秒脉冲激光，聚焦后飞秒脉冲激光用于砂轮表面金刚石整形；

脉冲液柱流发生器用于发射脉冲液柱流，且脉冲液柱流的频率同飞秒脉冲激光的频率相同，脉冲液柱流在被修整砂轮作用点同聚焦后飞秒脉冲激光在被修整砂轮作用点相同，脉冲液柱流用于冷却被修整砂轮上飞秒脉冲激光光斑作用点。