圆弧光路锯齿加工工艺

技术领域

本发明属于金钢石圆锯片锯齿加工领域，具体地说，尤其涉及一种圆弧光路锯齿加工工艺。

背景技术

现有的金钢石圆锯片锯齿主要采用电火花磨削加工，电火花磨削加工的金刚石锯齿轮廓度较差，不能满足高精度锯片要求。其次，锯齿的PCD层导电性差甚至不导电，导致电火花磨削加工效率低。

为提高金钢石圆锯片锯齿的加工效率和加工精度，本案申请人已申请授权公告号为CN115647478B、名称为应用激光磨削加工PCD锯片的方法的发明专利，该方法将金钢石锯片的锯齿分别三个工序进行加工，其中锯齿后角面和锯齿侧面可通过两台激光加工设备同时进行加工，也可通过一台激光加工设备不分先后顺序的分别加工锯齿后角面和锯齿侧面，最后再进行锯齿刃口的精加工，将锯齿毛坯量全部磨削切，同时使呈圆弧结构的锯齿刃口修磨变成锋利的尖角结构。

上述专利通过激光加工锯齿，提高了锯齿的加工效率和加工精度，但是，在实际加工过程中还存在以下缺陷：

1、如图8和图9所示，利用激光加工锯齿侧面和反向精修时，激光需要沿相应的扫描图形往复移动，直到扫描完整个扫描图形所在的区域。如图2所示，激光从P1点向P2点移动过程中，激光的速度从0逐渐加速，接近P2点时，激光速度降为0，然后激光转换方向向P3点移动，同样的，激光的速度从0逐渐加速，至P33再减速为0，如此往复循环。在此过程中，激光焦点在P2、P3点有短暂停留时间，这容易导致锯齿刀头灼伤，大大降低了锯片加工精度和产品品质；

2、由于锯齿后角形状具有多样性，扫描图形无法在锯齿后角上准确投影加工，导致上述加工方式无法加工锯齿后角，影响锯齿整体加工效率；

3、现有技术中激光有采用圆形光圈加工产品的，而锯齿后角形状种类较多，如授权公告号为CN218657117U、CN218873977U的齿形结构，其拐点较多，圆形光圈无法一次性将锯齿毛坯量宽度磨削掉，并保证精确加工出锯齿拐点。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种圆弧光路锯齿加工工艺，该工艺实现各种锯齿后角齿形的加工，同时适用于锯齿后角面和两个侧面的激光粗加工和激光精修加工，实现了一次性将锯齿毛坯量宽度磨削掉的同时保证其加工精度，大大提高了加工效率。

所述的圆弧光路锯齿加工工艺，包括以下步骤：

S1、将金刚石锯片安装到激光加工设备中并进行固定；

S2、调整激光振镜和金刚石锯片的相对位置，使激光振镜发出的激光光束落到待加工锯齿表面的上端；

S3、调整激光振镜的角度，使激光振镜发出的激光光束与待加工锯齿表面的夹角a控制在5°-20°；

S4、将激光振镜的扫描图形调整为两端带有圆弧的长槽形结构，并根据待加工锯齿表面的毛坯量调整扫描图形的位置及大小，使扫描图形能覆盖住上述毛坯量的磨削宽度A，从而保证磨削时，每一层扫描图形均能一次性将毛坯量所包含的磨削宽度全部磨削掉；

S5、第一层的加工：调整激光光束与待加工锯齿表面的相对位置，使扫描图形的前端落在毛坯量最内侧，根据待加工锯齿表面的形状确定扫描路径，启动激光器，激光振镜控制激光光束始终按照扫描图形画圈循环扫描，与此同时，激光加工设备实时调整激光振镜与金刚石锯片的相对位置，使激光光束从待加工锯齿表面的一端沿扫描路径向另一端磨削，磨削深度记为B，激光光束沿扫描路径的移动速度为0.3-5mm，当激光光束磨削完待加工锯齿表面另一端时，完成待加工锯齿表面第一层的加工。

优选地，所述S1中，金刚石锯片反向安装到激光加工设备中，即靠近激光光束的锯齿前角面的朝向与激光光束的发射方向相同。

优选地，所述S1中，金刚石锯片正向安装到激光加工设备中，即靠近激光光束的锯齿前角面的朝向与激光光束的发射方向相反。

优选地，还包括以下步骤：

S6、第二层的加工：调整激光振镜向下移动B距离，同时控制激光光束与待加工锯齿表面的夹角a始终满足S3的要求，调整激光振镜与金刚石锯片的相对位置，使激光光束从待加工锯齿表面的另一端沿扫描路径向初始端所在方向磨削，直到完成待加工锯齿表面第二层的加工；

S7、重复S5和S6的动作，直到完成整个待加工锯齿表面的加工。

优选地，还包括以下步骤：

S6、关闭激光器，激光加工设备控制激光振镜以最短距离回到步骤5中激光光束加工的初始端，同时调整激光振镜向下移动B距离，且激光光束与待加工锯齿表面的夹角a始终满足S3的要求，重复S5的动作，直到完成待加工锯齿表面第二层的加工；

S7、重复S6的动作，直到完成整个待加工锯齿表面的加工。

优选地，所述S4中经激光振镜确认好扫描图形后，激光振镜发出的激光光束沿扫描图形扫描一圈后，继续沿上一次扫描图形的内部等距线继续扫描一圈，如此循环扫描多次。

优选地，所述S4中激光光束循环扫描2次。

优选地，所述S4中每一圈激光光束向扫描图形内部的移动量为0.01-0.04mm。

优选地，所述S1中，激光加工设备采用立式激光加工机或卧式激光加工机。

优选地，所述光束焦点的移动速度为400-1600mm/s，激光频率为40-200KHz，脉冲宽度为30-500ns。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明采用两端带有圆弧的长槽形结构作为扫描图形，该长槽形结构的两圆弧之间通过连接线连接，且连接线可以是直线，也可以是弧形，长槽形结构通过两端的圆弧可以适用于多种结构的锯齿后角面加工，使该加工工艺既能用于加工带有内拐角的锯齿后角面，又能加工锯齿侧面和锯齿精修作业，通用性更强。

2、激光焦点沿长槽形结构的扫描图形画圈扫描，在整个扫描过程中，激光焦点始终处于匀速状态，没有加速、减速、等待时间，避免了锯齿被灼伤的可能，提高了产品质量；其次，长槽形结构的扫描图形的任何部位均可加工切削刃，相较于原加工工艺只能用扫描图形的中部进行切削刃精修，本发明操作灵活度更高。

附图说明

图1为现有技术中金刚石锯片的结构示意图；

图2为图2中A部分的局部放大图；

图3为锯齿的整体结构示意图；

图4为锯齿的左视结构示意图；

图5为锯齿的俯视结构示意图；

图6为图5中B部分的局部放大图；

图7为锯齿的主视结构示意图；

图8为现有技术中金刚石锯片反向安装后锯齿精修原理图；

图9为图8中的C部分的局部放大图；

图10为现有技术中的四轴激光加工设备的结构示意图；

图11为现有技术中的五轴激光加工设备的结构示意图；

图12为本发明的工艺流程图。

图中，1、锯齿前角面；2、锯齿后角面；3、锯齿侧面；4、切削刃；5、PCD层；6、合金层；7、毛坯量；8、激光光束；9、扫描图形；901、圆弧；902、连接线；10、升降机构；11、平移机构一；12、锯片旋转机构；13、激光振镜；14、锯片夹紧气缸；15、平移机构二；16、金刚石锯片。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：

在进行详细说明的段落中所涉及到的方位名词，仅为方便本领域的技术人员依照附图所展示的视觉方位理解本申请所记载的技术方案。除另有明确的规定和限定外，术语“设置”“安装”、“连接”等应做广义理解，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1和图2所示，金刚石锯片16的外周上固定有多个用于切削的锯齿，锯齿切削时主要依靠锯齿前角面1与锯齿后角面2和两个锯齿侧面3之间形成的切削刃4。其中锯齿包括合金层6和主要用于切削的PCD层5，合金层6与金刚石锯片16焊接固定。如图3和图4所示，虚线部为毛坯量7，加工时，需要通过激光将毛坯量7磨削掉。因此，锯齿在加工时，包括锯齿后角面2的加工、两个锯齿侧面3的加工和锯齿的精修加工，也就是将金刚石锯片16反向安装后，通过激光加工切削刃4，使切削刃4由圆弧结构变成锋利的尖角结构。

实施例一：本实施主要用于加工授权公告号为CN218657117U、CN218873977U中呈非对称结构的锯齿后角面2。

如图4-图7和图12所示，所述的圆弧光路锯齿加工工艺，包括以下步骤：

S1、将金刚石锯片16正向安装到激光加工设备中并进行固定，即靠近激光光束8的锯齿前角面1的朝向与激光光束8的发射方向相反；激光加工设备采用立式激光加工机或卧式激光加工机均可；本实施例中采用如图10和图11所示的四轴或五轴激光加工设备，安装时，将金刚石锯片16悬挂好后，通过锯片夹紧气缸14夹紧固定，此时，需保证锯齿前角面1与激光振镜13发出激光光束8的发射方向相对。

S2、通过控制激光加工设备的升降机构10、平移机构一11及平移机构二15调整激光振镜13和金刚石锯片16的相对位置，使激光振镜13发出的激光光束8落到待加工锯齿表面的上端。

S3、通过控制激光加工设备调整激光振镜13的角度，使激光振镜13发出的激光光束8与待加工锯齿表面的夹角a控制在5°-20°；具体地说，如图7所示，激光光束8与锯齿后角面2的夹角a控制在5°-20°。

S4、如图5和图6所示，将激光振镜13的扫描图形9调整为两端带有圆弧901的长槽形结构，该长槽形结构的两圆弧901之间通过连接线902连接，连接线902可以是直线，也可以是弧线。根据待加工锯齿表面的毛坯量7调整扫描图形9的位置及大小，对于授权公告号为CN218657117U和CN218873977U中的齿形结构，由于锯齿后角面2存在多个类似M6点（向内的拐点），可通过调节扫描图形9的位置关系，使圆弧901与锯齿后角面2相接触，且扫描图形9能覆盖住上述毛坯量7的磨削宽度A，并根据M6点的加工精度，调节扫描图形9中圆弧的大小，从而保证磨削时，每一层扫描图形9均能一次性将毛坯量7所包含的磨削宽度A全部磨削掉；圆弧半径越小，M6点的加工精度越高。

现有技术中圆形的激光光圈无法一次性完成M6点的高精度加工，原因在于，若想要一次性完成毛坯量7的磨削，其圆形光圈半径需要调节的较大，而半径越大的光圈只能加工大圆弧结构，无法完成M6点的高精度加工。

S5、第一层的加工：调整激光光束8与锯齿后角面2的相对位置，使扫描图形9的圆弧901落在毛坯量7最内侧，根据待加工锯齿表面的形状确定扫描路径，启动激光器，激光振镜13控制激光光束8始终按照扫描图形9画圈循环扫描，激光光束8沿扫描路径的移动速度为0.3-5mm，与此同时，激光加工设备实时调整激光振镜13与金刚石锯片16的相对位置，使激光光束8从待加工锯齿表面的一端沿扫描路径向另一端磨削，如图4所示，磨削深度记为B。

如图5所示，锯齿后角面2为非对称结构，激光光束8从任一端M2或M3点向另一端移动磨削，完成锯齿后角面2第一层的加工。

S6、关闭激光器，激光加工设备控制激光振镜13以最短距离回到步骤5中激光光束8加工的初始端并调整激光振镜13向下移动B距离，重复S5的动作，直到完成锯齿后角面2第二层的加工；在此过程中，激光光束8与待加工锯齿表面的夹角始终满足S3的要求。采用单向不回程的加工方法，相较于来回循环加工，其加工精度更高。

S7、重复S6的动作，直到完成整个待加工锯齿表面的加工，在此过程中，光束焦点的移动速度为400-1600mm/s，激光光束8磨削PCD层5的脉宽为30-350ns，频率为50-200KHz；。激光光束8磨削合金层6的脉宽350-500 ns，频率为40-60 KHz。

通过激光加工设备将金刚石锯片16拨动或转动一个锯齿的距离并再次固定金刚石锯片16，重复S2至S7的动作，直到完成金刚石锯片16上所有锯齿后角面2的加工后，取下金刚石锯片16。

本实施例中，S4中经激光振镜13确认好扫描图形后，激光振镜13发出的激光光束8沿扫描图形9扫描一圈后，继续沿上一次扫描图形的内部等距线继续扫描一圈，可以如此循环扫描多次，优选循环扫描2次，且每一圈激光光束向扫描图形内部的移动量为0.01-0.04mm。

实施例二：本实施主要用于加工授权公告号为CN218657117U、CN218873977U中呈对称结构的锯齿后角面2。

本实施例中，锯齿后角面2为对称结构，两侧的对称结构分别加工，具体步骤如下：

其中一侧对称结构的加工：激光光束8从锯齿后角中部的M5点向任一端M2或M3点移动磨削，待完成第一层的磨削完后，关闭激光器，激光加工设备控制激光振镜13以最短距离回到步骤5中激光光束8加工的初始端M5点，并调整激光振镜13向下移动B距离，重复上述动作，直到将锯齿后角面2中该侧的对称结构全部磨削完成。

另一侧对称结构的加工：再次关闭激光器，控制激光振镜13以最短距离重新回到M5点，再次启激光器，使激光光束8向另一端移动磨削，重复上述动作，直到激光光束8逐层完成另一侧对称结构的加工。其它与实施一相同。

实施例三：本实施主要用于加工锯齿侧面3。

锯齿侧面3的加工工艺与锯齿后角面2相同，区别在于：

S5、第一层的加工：如图4所示，调整激光光束8与任一侧的锯齿侧面3的相对位置，使扫描图形9的连接线902前端落在毛坯量7最内侧，根据待加工锯齿表面的形状确定扫描路径，启动激光器，激光振镜13控制激光光束8始终按照扫描图形9画圈循环扫描，与此同时，激光加工设备实时调整激光振镜13与金刚石锯片16的相对位置，如图5所示，使激光光束8从锯齿侧面3的前端M3端沿扫描路径向另一端M4端磨削，如图4所示，磨削深度记为B，激光光束8沿扫描路径的移动速度为0.3-5mm，磨削完M4端后，关闭激光器，控制激光振镜13以最短距离重新回到M3端，并调整激光振镜13向下移动B距离，再通过激光加工设备调整激光振镜13摆动，使激光光束8与该侧锯齿侧面3夹角始终满足S3的要求，重复上述步骤，直到完成该侧的全部锯齿侧面3的加工。

待其中一侧锯齿侧面3加工完成后，用同样的步骤完成另一侧锯齿侧面3的加工。其它与实施例一相同。

实施例四：本实施主要用于加工锯齿侧面3和锯齿后角面2。

S6、第二层的加工：调整激光振镜13向下移动B距离，同时控制激光光束8与待加工锯齿表面的夹角a始终满足S3的要求，调整激光振镜13与金刚石锯片16的相对位置，使激光光束8从待加工锯齿表面的另一端沿扫描路径向初始端所在方向磨削，直到完成待加工锯齿表面第二层的加工；

S7、重复S5和S6的动作，直到完成整个待加工锯齿表面的加工。其它与实施例一、实施例二、实施例三相同。

实施例五：本实施主要用于切削刃4的精修加工。

S1、将金刚石锯片16反向安装到激光加工设备中并通过锯片夹紧气缸14进行固定，即靠近激光光束8的锯齿前角面1的朝向与激光光束8的发射方向相同。

S2、通过控制激光加工设备的升降机构10、平移机构一11及平移机构二15调整激光振镜13和金刚石锯片16的相对位置，使激光振镜13发出的激光光束8落到切削刃4的一端。

S3、通过控制激光加工设备调整激光振镜13的角度，使激光振镜13发出的激光光束8与切削刃4的夹角a控制在5°-20°。

S4、将激光振镜13的扫描图形9调整为两端带有圆弧901的长槽形结构，该长槽形结构的两圆弧901之间通过连接线902连接，连接线902可以是直线，也可以是弧线。由于加工时，激光焦点沿扫描图形9画圈扫描，整个扫描过程中，激光焦点始终处于匀速状态，没有等待时间，避免了锯齿被灼伤的可能，因此，采用扫描图形9的任何部位均可加工切削刃4。

S5、第一层的加工：调整激光光束8与切削刃4的相对位置，使扫描图形9落切削刃4上，根据切削刃4的形状确定扫描路径，启动激光器，激光振镜13控制激光光束8将切削刃4扫描一遍即可完成切削刃4的精修加工，在此过程中，光束焦点的移动速度为400-1600mm/s，激光光束8的脉宽为30-350ns，频率为50-200KHz。

通过激光加工设备将金刚石锯片16拨动或转动一个锯齿的距离并再次固定金刚石锯片16，重复S2至S7的动作，直到完成金刚石锯片16上所有锯齿后角面2的加工后，取下金刚石锯片16。

本发明可采用图10所示的四轴立式激光加工机进行加工，其工作原理参考CN218016487U。此时，金刚石锯片16所在平面竖向设置，金刚石锯片16安装在能够沿Y轴移动的平移机构一11上，激光振镜13安装在平移机构二15上，激光振镜13向金刚石锯片16一侧倾斜向下设置，使激光振镜13与垂平面的夹角控制在10-20°，平移机构二15安装在可上下移动的升降机构10，同步调节升降机构10、平移机构二15控制激光振镜13的位置，与此同时，调节平移机构一11控制金刚石锯片16的位置，实现激光振镜13和金刚石锯片16相对位置的调整。

本发明还可采用图11所示的五轴立式激光加工机，其工作原理参考CN116038154A，其在四轴立式激光加工机的基础上增加了能带动金刚石锯片16转动的锯片旋转机构12。除了控制升降机构10、平移机构二15，再通过调节锯片旋转机构12，实现激光振镜13和金刚石锯片16相对位置的调整。

本发明也可以采用卧式激光加工机，卧式激光加工机中金刚石锯片16平放，其它与立式激光加工机相同。

最后，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。