[发明专利]一种微型PCD车齿刀的激光刃磨装置及工艺

说明书

本发明公开了一种微型PCD车齿刀的激光刃磨装置及工艺，该激光刃磨装置主要包括激光光路部分、刀具装夹定位部分以及分度部分。其中激光采用紫外纳秒激光，刀具的装夹定位采用特别设计的定制轴；微型PCD车齿刀通过定制轴安装于分度装置，通过计算机设计特殊的激光刃磨路径及工艺参数，配合扫描振镜对车齿刀具的每个齿依次进行刃磨，并通过CCD对刃磨情况进行实时在线观察，该刃磨装置与工艺同样适用于其他微型回转类超硬刀具的刃磨。本发明与传统机械刃磨工艺相比，成本低、效率高、工艺简单、自动化可控程度高，并可以刃磨出具有锋利刃口的PCD车齿刀。

技术领域

本发明属于激光加工技术领域，具体涉及一种微型PCD车齿刀的激光刃磨装置及工艺。

背景技术

随着航空航天、军事、3C、模具、电子等领域的快速发展，对零件的表面质量、形状精度、稳定性、可靠性等都提出了更高的要求，各种难加工材料如高温结构陶瓷、高温合金、钛合金、复合材料等不断涌现，且现代制造业对高速切削加工的需求也与日俱增，传统的切削刀具已无法满足越来越高的切削需求。而超硬刀具的出现极大程度上的解决了上述难点，其中聚晶金刚石(PCD)刀具得到了极为广泛的应用。PCD材料拥有极高的硬度、耐磨性好、强度高、导热性好、热膨胀系数低、可以刃磨出极其锋利的刀刃、加工范围广，尤其适用于对难加工有色金属材料和难加工非金属材料的切削，且PCD材料可人工大批量制造，成本低，是一种极为出色的、不可代替的超硬刀具材料。

齿轮作为传递动力与运动的基础机械元件，它的质量、寿命、精度直接关系到整台设备的性能，因此高精度齿轮的加工极为重要。车齿法可以连续切削，具有很高的效率以及加工精度，近年来受到越来越多的关注，因此对PCD车齿刀的制造研究有着很好意义以及应用前景。

PCD刀具的制造主要包括PCD毛胚的烧结、切割、焊接以及刃磨。其中刃磨工艺直接影响刀具刃口的锋利程度以及切削精度。而金刚石的高硬度、高强度、高耐磨性、化学稳定性等特性，使得金刚石的刃磨及其困难。目前，PCD刀具的刃磨主要采用金刚石砂轮刃磨工艺，但这种工艺方法效率极低、砂轮磨损量大，而且当刃磨具有复杂轨迹的刀具如渐开线齿廓等，尤其是微型复杂轨迹刀具时，金刚石砂轮刃磨工艺难以实施，无法达到刀具质量要求。

发明内容

为解决现有技术在PCD车齿刀具刃磨中所存在的问题，本发明提出了一种微型PCD车齿刀的激光刃磨装置及工艺，该方法加工效率高、精度高、自动化程度高，可以刃磨出具有锋利刃口的PCD车齿刀具，且该刃磨装置及工艺同样适用于其他回转类超硬刀具的刃磨。

本发明采用如下技术方案来实现的：

一种微型PCD车齿刀的激光刃磨装置，包括激光光路、扫描振镜、CCD、夹紧螺母、微型PCD车齿刀、定制轴、分度台和三轴数控平移台；其中，分度台设置在三轴数控平移台(8)，定制轴的一端连接在分度台上，微型PCD车齿刀套装在定制轴的另一端，并通过夹紧螺母夹紧，激光经过激光光路的处理及传播，射入扫描振镜，随后扫描振镜控制激光对微型PCD车齿刀进行刃磨，同时在一侧使用CCD对刃磨过程进行实时在线观察。

本发明进一步的改进在于，激光光路包括激光器、扩束镜、四分之一波片、小孔光阑以及若干反射镜，激光器输出激光为紫外纳秒激光，波长355nm，脉宽11ns，重复频率40-150kHz，功率12W；激光器输出的激光首先通过扩束镜减小光束发散角，提高焦深；其次经过四分之一波片用于将激光转变为圆偏振激光，使光斑能量分布更为均匀；随后，激光经过小孔光阑滤去光斑的衍射光圈，提高光斑质量；最后处理过的激光经过若干反射镜改变传播方向，并射入扫描振镜用于加工；经过此激光光路获得质量优异的激光光斑，从而保证对刀具的精细刃磨。

本发明进一步的改进在于，定制轴的一端是带外螺纹的轴颈，用于与分度台配合，另一端拥有一段长度小于刀具厚度的光轴用于与微型PCD车齿刀中心孔配合，微型PCD车齿刀通过轴肩进行定位，再向外是一段用于夹紧的外螺纹轴，其螺纹大径小于刀具中心孔，便于微型PCD车齿刀的安装与拆卸。