一种超精密微结构磨头制备装置及其制备方法

技术领域

本发明属于精密刀具制备及金属切削技术领域，尤其涉及一种超精密微结构磨头制备装置及其制备方法。

背景技术

对于加工表面粗糙度极低的深型腔类结构零件、甚至是零件内壁具有微结构时，传统铣削方法及磨削方法无实现，会受到零件的尺寸及结构限制。现有的磨削手段往往因磨削型腔零件时无法使切削液充分发挥作用而造成表面划伤，即使对其磨削磨具进行表面结构制作也仅限于普通外圆磨和内圆磨，深型腔类结构零件还无法实现超精密磨削，且局限于零件尺度和加工刀具的制作方式。因此现有技术中亟需找到一个稳定可靠地技术来解决这一问题，需要打破传统加工理念，转向在线制备超精密微结构磨头技术迫在眉睫。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种超精密微结构磨头制备装置，通过数控机床在线准确定位磨头刀柄和微结构磨头加工成型位置的坐标精度，通过微结构模具制作各类微结构磨削磨头，不仅能磨削出较高精度的深型腔类零件，有效提高加工质量及加工效率，且通过该发明装置技术手段还可磨削出微结构型腔内壁结构零件，进一步突破了复杂结构零件加工技术。

为实现上述目的，本发明的一种超精密微结构磨头制备装置及其制备方法的具体技术方案如下：

一种超精密微结构磨头制备装置，包括数控机床和控制器，所述数控机床的工作台上安装有对刀仪、磨头制备装置基座以及磨头修整器；数控机床的主轴刀柄上设置磨头刀柄；

磨头制备装置基座上设置有基座孔、磨料注入口、安装接口、挤压口和磨料注入成型挤压棒，基座孔中对称设置两个磨头制作模具，两个磨头制作模具间保留一定间隙，且两个磨头制作模具闭合后共同围成磨头空腔；两个磨头制作模具朝向挤压口的一侧设置挤压通道，挤压通道与挤压口连通；磨料注入成型挤压棒穿过挤压口滑动设置于挤压通道中；磨料注入口位于磨头制备装置基座的上方，挤压口位于磨头制备装置基座的侧面，且磨料注入口与挤压口连通；安装接口中设置气缸，气缸活动端穿过安装接口后与其中一个磨头制作模具螺纹连接；

磨头制作模具上开设多个沉头孔，沉头孔中设置电磁加热棒；

控制器与对刀仪、电磁加热棒和气缸通过信号线连接。

进一步，所述磨头制作模具内表面设置有与磨头顶端相匹配的凹槽。

进一步，所述磨头空腔包括与磨头头部相匹配的头部空腔，和与磨头尾部相匹配的尾部空腔，挤压通道设置于头部空腔和尾部空腔连接处。

进一步，所述头部空腔内表面设置有与磨头头部相匹配的凹槽。

进一步，所述头部空腔直径大于磨头刀柄的直径，尾部空腔的直径等于磨头刀柄的直径。

本发明还提供了一种超精密微结构磨头制备方法，包括以下步骤：

步骤S1、根据磨头制作模具表面的微结构形状加工磨头；

步骤S2、将磨头制备装置基座安装在数控机床上，调水平；

步骤S3、将磨头制作模具安装在磨头制备装置基座上，将电磁加热棒安装在磨头制作模具上；

步骤S4、将气缸安装在磨头制备装置基座上，并与其中一个磨头制作模具螺纹连接；

步骤S5、将控制器与电磁加热棒和气缸连接，以控制磨头加工成型，并将两个磨头制作模具处于分离状态；

步骤S6、数控机床对磨头制作模具进行加工成型坐标确定；

步骤S7、数控机床将磨头刀柄移置磨头制作模具的正上方，然后控制磨头刀柄向下移动至磨头空腔内；

步骤S8、开启电磁加热棒加热磨头制作模具；

步骤S9、将两个磨头制作模具处于闭合状态；

步骤S10、由磨料注入口注入填充磨料及粘合剂；

步骤S11、手动推动磨料注入成型挤压棒，使磨料注入成型挤压棒在挤压通道中往复运动，将由磨料注入口中进入的填充磨料及粘合剂经挤压通道送入磨头空腔中；

步骤S12、待磨头空腔中的磨头头部成型后，启动气缸，使两个磨头制作模具处于分离状态；

步骤S13、将制作好的磨头移出，并移置磨头修整器处对端面和圆柱表面进行修整；

步骤S14、将制作好的磨头移置对刀仪处进行校准检测。

本发明的一种超精密微结构磨头制备装置及其制备方法具有以下优点：一种超精密微结构磨头制备装置，通过数控机床在线准确定位磨头刀柄和微结构磨头加工成型位置的坐标精度，通过微结构模具制作各类微结构磨削磨头，不仅能磨削出较高精度的深型腔类零件，有效提高加工质量及加工效率，且通过该发明装置技术手段还可磨削出微结构型腔内壁结构零件，进一步突破了复杂结构零件加工技术。

附图说明

图1为本发明一种超精密微结构磨头制备装置的结构示意图。

图2为本发明一种超精密微结构磨头制备装置的磨头制备装置基座及其相配合的其他部件的结构示意图。

图3为本发明一种超精密微结构磨头制备装置的部分部件的拆分结构示意图。

图4为本发明一种超精密微结构磨头制备装置的磨头制备装置基座的结构示意图。

图5为本发明一种超精密微结构磨头制备装置的电磁加热棒的结构示意图。

图6为本发明一种超精密微结构磨头制备装置的磨头制作模具的结构示意图。

图7为本发明一种超精密微结构磨头制备装置的气缸的结构示意图。

图8为本发明一种超精密微结构磨头制备装置的磨头刀柄的结构示意图。

图9为本发明一种超精密微结构磨头制备装置的磨料注入成型挤压棒的结构示意图。

图10为本发明一种超精密微结构磨头制备装置的磨头修整器的结构示意图。

图11为本发明一种超精密微结构磨头制备方法的流程图。

图12为本发明一种超精密微结构磨头制备方法的剖视图。

图13为本发明不同结构磨头以及设置有与其相配合的凹槽的磨头制作模具举例示意图一。

图14为本发明不同结构磨头以及设置有与其相配合的凹槽的磨头制作模具举例示意图二。

图15为本发明不同结构磨头以及设置有与其相配合的凹槽的磨头制作模具举例示意图三。

图中标记说明：1、数控机床；2、对刀仪；3、磨头制备装置基座；4、电磁加热棒；5、磨头制作模具；6、气缸；7、磨头刀柄；8、磨料注入成型挤压棒；9、磨头修整器；10、控制器；11、基座孔；12、磨料注入口；13、安装接口；14、挤压口。

具体实施方式

为了更好地了解本发明的目的、结构及功能，下面结合附图，对本发明一种超精密微结构磨头制备装置及其制备方法做进一步详细的描述。

一种超精密微结构磨头制备装置，如图1所示，包括数控机床1、对刀仪2、磨头制备装置基座3、电磁加热棒4、磨头制作模具5、气缸6、磨头刀柄7、磨料注入成型挤压棒8、磨头修整器9磨9、控制器10。

所述数控机床1的工作台上安装有对刀仪2、磨头制备装置基座3以及磨头修整器9；数控机床1的主轴刀柄上设置磨头刀柄7；磨头刀柄7如图8所示，具备较高柄径精度和回转精度，作为磨头基体刀柄，制作磨头时移动位置精度较高，与闭合的磨头制作模具5的成型孔同轴度精度较高，可制作较高精度磨头。

所述对刀仪2用于校对磨头刀柄7的刀补，以保证磨头刀柄7能够较精确的移动至磨棒成型加工位置，以保证制作出来的磨棒具有较高回转精度；磨头修整器9固定于数控机床1工作台，用于修整成型的磨头；

磨头制备装置基座3上设置有基座孔11、磨料注入口12、安装接口13、挤压口14和磨料注入成型挤压棒8，基座孔11中对称设置两个磨头制作模具5，两个磨头制作模具5间保留一定间隙，且两个磨头制作模具5闭合后共同围成磨头空腔；两个磨头制作模具5朝向挤压口14的一侧设置挤压通道15，挤压通道15与挤压口14连通；磨料注入成型挤压棒8穿过挤压口14滑动设置于挤压通道15中；磨料注入成型挤压棒8如图8所示，所述磨料注入成型挤压棒8用于挤压填充的磨料和粘合剂，使磨料充分填充模具成型；磨料注入口12位于磨头制备装置基座3的上方，挤压口14位于磨头制备装置基座3的侧面，且磨料注入口12与挤压口14连通；安装接口13中设置气缸6，气缸6活动端穿过安装接口13后与其中一个磨头制作模具5螺纹连接；所述气缸6，用于将两个磨头制作模具5进行闭合和开启；

磨头制作模具5上开设多个沉头孔，沉头孔中设置电磁加热棒4；电磁加热棒4用于加热磨头制作模具5，将磨料和粘合剂进行加热成型，制作出高精度微结构磨头。

磨头制备装置基座3用于高精度安装磨头制作模具5、气缸6以及贯通连接磨料注入口12和磨料注入成型挤压棒8，以保证制作出来的磨棒具有较高回转精度；

控制器10与对刀仪2、电磁加热棒4和气缸6通过信号线连接。

本实施方式中，所述磨头空腔包括与磨头头部相匹配的头部空腔，和与磨头尾部相匹配的尾部空腔，挤压通道15设置于头部空腔和尾部空腔连接处。

本实施方式中，所述头部空腔内表面设置有与磨头头部相匹配的凹槽，该凹槽用于制作出高精度微结构磨头，具体如图13-图15所示，市面上常见的磨头大多是这三种。

本实施方式中，所述头部空腔直径大于磨头刀柄7的直径，尾部空腔的直径等于磨头刀柄7的直径。

本发明用于一种超精密微结构磨头制备方法具体操作方法，包括以下步骤：

步骤S1、根据磨头制作模具5表面的微结构形状加工磨头；

步骤S2、将磨头制备装置基座3安装在数控机床1上，调水平；

步骤S3、将磨头制作模具5安装在磨头制备装置基座3上，将电磁加热棒4安装在磨头制作模具5上；

步骤S4、将气缸6安装在磨头制备装置基座3上，并与其中一个磨头制作模具5螺纹连接；

步骤S5、将控制器10与电磁加热棒4和气缸6连接，以控制磨头加工成型，并将两个磨头制作模具5处于分离状态；

步骤S6、数控机床1对磨头制作模具5进行加工成型坐标确定；

步骤S7、数控机床1将磨头刀柄7移置磨头制作模具5的正上方，然后控制磨头刀柄7向下移动至磨头空腔内，具体需要移动至尾部空腔中；

步骤S8、开启电磁加热棒4加热磨头制作模具5；

步骤S9、将两个磨头制作模具5处于闭合状态；

步骤S10、由磨料注入口12注入填充磨料及粘合剂；

步骤S11、手动推动磨料注入成型挤压棒8，使磨料注入成型挤压棒8在挤压通道15中往复运动，将由磨料注入口12中进入的填充磨料及粘合剂经挤压通道15送入磨头空腔中；

步骤S12、待磨头空腔中的磨头头部成型后，启动气缸6，使两个磨头制作模具5处于分离状态；

步骤S13、将制作好的磨头移出，并移置磨头修整器9处对端面和圆柱表面进行修整；

步骤S14、将制作好的磨头移置对刀仪2处进行校准检测。

可以理解，本发明是通过一些实施例进行描述的，本领域技术人员知悉的，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。另外，在本发明的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本发明的精神和范围。因此，本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本申请的权利要求范围内的实施例都属于本发明所保护的范围内。