本發(fā)明涉及磨削領域，特別是一種激光熱輔助硬脆材料高效磨削實驗臺。

背景技術：

工程陶瓷、光學玻璃等硬脆性材料具有高硬度、高強度等良好的力學性能和物理特性，在國防、機械、電子等領域的應用日趨廣泛。但由于其高的硬度和脆性，加工表面容易產生裂紋等缺陷，傳統(tǒng)加工方法，如拋光，生產效率低，人為影響因素大，不易精確控制，難以實現(xiàn)生產過程的自動化，并且拋光液對表面造成污染，影響其表面層的物理性能，并且目前零件趨于微型化，硬脆性材料的難加工性限制了其推廣應用。磨削作為硬脆性材料加工的主要加工技術之一，與銑削等其他加工方式相比，具有加工材料廣泛、加工表面質量好等優(yōu)點。

相對塑性材料，硬脆性材性料特性導致其磨削力大、加工表面裂紋不易控制，其加工機理分析較為復雜。研究發(fā)現(xiàn)脆性材料在一定條件下，會出現(xiàn)類似塑性材料的去除形式，被稱為脆性材料的塑性域加工。King等在1954年加工巖鹽的時候最早發(fā)現(xiàn)塑性域加工，在高的液體靜壓力作用下，巖鹽在摩擦磨損時表現(xiàn)出塑性去除方式。傳統(tǒng)的加工方法容易產生微裂紋和亞表面損傷層，然而，塑性域加工和脆性材料去除加工不同，塑性域加工是切屑以塑性變形的方式從材料表面去除，加工表面無裂紋產生。因此，對于脆性材料表面質量要求高的應用場合，塑性域加工越來越受到重視。

有研究表明實現(xiàn)硬脆性材料塑性域磨削的條件為磨削深度小于材料的臨界磨削深度D_c，材料的臨界磨削深度滿足：

D_c＝0.15E·K_c²/H³

式中

H：材料的顯微硬度(MPa)；

E：材料的彈性模量(MPa)；

K_c：材料的斷裂韌性(MPa·m^1/2)；

通過激光輔助加熱材料降低材料的硬度，進而可提高材料的臨界磨削深度，可明顯的提升材料的加工精度提高加工效率。

技術實現(xiàn)要素：

根據(jù)上述提出的技術問題，而提供一種用于實驗的激光熱輔助硬脆材料高效磨削實驗臺。本發(fā)明采用的技術手段如下：

一種激光熱輔助硬脆材料高效磨削實驗臺，其特征在于，包括基體，砂輪支撐裝置，卡具支撐裝置和激光加熱裝置；

所述砂輪支撐裝置包括電機和驅動所述電機沿豎直方向運動的豎直進給裝置，所述電機的輸出端通過聯(lián)軸器Ⅰ與一水平軸連接，所述水平軸上套接有砂輪，所述水平軸的另一端通過軸座與固定在所述基體上的豎直桿連接(避免所述水平軸的軸端顫振影響磨削的質量)，所述軸座可沿所述豎直桿的軸向滑動，所述豎直進給裝置與所述基體固定連接；

所述卡具支撐裝置包括固定長方體工件且使其上端長棱邊位于所述砂輪旋轉平面內的卡具和與所述基體固定連接的橫向進給裝置，所述橫向進給裝置驅動所述卡具沿垂直于所述水平軸的軸線所在豎直面方向運動；

所述激光加熱裝置包括絲桿座，下端與所述絲桿座連接的豎直絲桿和水平伸縮桿，所述水平伸縮桿通過絲桿螺母與所述豎直絲桿上部螺紋段連接，所述水平伸縮桿上設有連接激光頭的激光頭座。

所述豎直進給裝置包括手輪，豎滾珠絲杠，兩個豎滑桿，豎滑臺和豎絲杠座，所述豎絲杠座包括豎直板和位于所述豎直板上的上水平立板和下水平立板，所述豎滑臺位于所述上水平立板和所述下水平立板之間，所述豎滑桿的一端與所述上水平立板固定連接，另一端穿過所述豎滑臺與所述下水平立板固定連接，所述豎滑臺與所述豎滑桿滑動連接，所述豎滾珠絲杠的一端穿過所述上水平立板、所述豎滑臺與所述下水平立板連接，另一端與所述手輪連接，所述豎滑臺與所述豎滾珠絲杠螺紋連接，所述下水平立板與所述基體固定連接。

所述豎直桿通過豎直桿座與所述基體連接，所述軸座上設有用于將所述軸座與所述豎直桿固定的鎖緊螺栓。

所述卡具包括與所述橫向進給裝置連接的卡具底板，所述卡具底板上設有左卡塊和右卡塊，所述左卡塊和所述右卡塊均具有45°斜面，所述左卡塊和所述右卡塊的斜面相對設置，位于所述左卡塊和所述右卡塊之間的所述卡具底板上設有三角形凹槽，所述三角形凹槽的左側槽壁與所述左卡塊的斜面位于同一平面內，所述三角形凹槽的右側槽壁與所述右卡塊的斜面位于同一平面內，所述左卡塊或所述右卡塊上設有將長方體工件壓在所述三角形凹槽上的楔塊，所述楔塊的下端具有45°斜面。

所述橫向進給裝置包括伺服電機，聯(lián)軸器Ⅱ，橫滾珠絲杠，兩個橫滑桿，橫滑臺和橫絲杠座，所述橫絲杠座包括橫直板和位于所述橫直板上的前豎立板和后豎立板，所述橫滑臺位于所述前豎立板和所述后豎立板之間，所述橫滑桿的一端與所述前豎立板固定連接，另一端穿過所述橫滑臺與所述后豎立板固定連接，所述橫滑臺與所述橫滑桿滑動連接，所述橫滾珠絲杠的一端穿過所述前豎立板、所述橫滑臺與所述后豎立板連接，另一端通過所述聯(lián)軸器Ⅱ與所述伺服電機的輸出端連接，所述橫滑臺與所述橫滾珠絲杠螺紋連接，所述橫直板與所述基體固定連接，所述橫滑臺的上端與所述卡具底板固定連接。

所述絲桿座包括固定連接的絲桿座上板和絲桿座下板和階梯滑道；

所述階梯滑道包括位于所述絲桿座上板的下表面的階梯滑槽Ⅰ和與所述階梯滑槽Ⅰ相匹配且位于所述絲桿座下板的上表面的階梯滑槽Ⅱ；

所述絲桿座上板上設有階梯通孔，所述階梯通孔包括由上至下依次連通的大孔和小孔，所述階梯滑槽Ⅰ沿所述小孔的徑向向外延伸，所述階梯滑槽Ⅰ的小端與所述小孔連通；

所述絲桿座下板的上表面設有與所述小孔相匹配的圓形凹槽，所述階梯滑槽Ⅱ沿所述圓形凹槽的徑向向外延伸，所述階梯滑槽Ⅱ的小端與所述圓形凹槽連通；

所述階梯滑道內設有絲杠限位頂桿，所述絲杠限位頂桿的位于所述階梯滑道的大段中的桿段上設有限位部，所述階梯滑道的大端設有與所述絲桿座上板和所述絲桿座下板連接的小擋板，所述小擋板與所述限位部之間設有套接在所述絲杠限位頂桿上的頂桿彈簧，所述絲杠限位頂桿的位于所述階梯滑道的大段中的桿段穿過所述小擋板與一扳手連接，所述絲杠限位頂桿的另一端具有延伸至所述小孔和所述圓形凹槽所圍空間內的齒條；

所述豎直絲桿的下端依次設有階梯軸和齒輪，所述階梯軸的軸肩通過止推軸承與所述大孔連接，所述齒輪位于所述小孔和所述圓形凹槽所圍空間內且與所述齒條嚙合；

所述水平伸縮桿包括與所述絲桿螺母連接的套筒，所述套筒內設有可相對所述套筒滑動的滑桿，所述激光頭座通過耳板與所述滑桿連接且可繞所述滑桿軸線旋轉。

將所述長方體工件傾斜，其下端長棱邊放在所述三角形凹槽上通過所述楔塊將其固定牢固，通過所述橫向進給裝置將所述長方體工件的上端長棱邊調整至所述砂輪下方，所述橫滾珠絲杠通過鎖緊螺栓固定位置；

調整所述砂輪的高度，使其處于滿足磨削深度的位置，所述豎滾珠絲杠和所述軸座分別通過鎖緊螺栓固定位置；

所述激光頭上下位置的調整：首先需要拉起所述絲杠限位頂桿，使所述齒條與所述齒輪分離，轉動所述豎直絲桿調整所述絲桿螺母位置，待所述激光頭到達預定高度時，讓所述絲杠限位頂桿復位，使所述齒條與所述齒輪嚙合，限制所述豎直絲桿的轉動；

通過所述水平伸縮桿調整激光頭的入射點與所述長方體工件的上端長棱邊在同一豎直平面內，之后通過所述激光頭座相對所述滑桿軸線旋轉調整激光頭使得激光光線處于合適的位置。

本發(fā)明具有以下優(yōu)點：

1、將激光熱輔助運用于磨削：現(xiàn)有磨削硬脆材料時磨削質量不易保證，磨削效率低，本發(fā)明將激光熱輔助運用于磨削以提高磨削效率與磨削質量；

2、用于驗證激光輔助磨削實驗：得到磨削長方體工件的長棱線易于加熱，受熱均勻，能提高磨削質量的結論，本發(fā)明只需加熱工件的棱線，使得工件的被加工部分受熱充分、均勻，易于保證實驗的精度；

3、本發(fā)明采用電機聯(lián)軸器直接驅動砂輪，帶動砂輪磨削工件，減少了傳動環(huán)節(jié)的傳動誤差與傳動累積誤差，提高電機功率的利用率，更重要的是便于保證砂輪轉速，保證砂輪的轉速也便于控制磨削的精度；

4、采用了龍門式機構支撐水平軸(砂輪軸)，可以保證水平軸的剛度、有效減少軸端的顫振，進而可以相應地提高磨削的精度；

5、由于被磨削工件為長方體，因此，設計了特定的卡具，左卡塊和右卡塊的45°斜面和楔塊下端的45°斜面，組成了兩個90°直角，使得被磨削工件具有足夠的穩(wěn)定性，可以實現(xiàn)被加工工件長棱線的激光熱輔助磨削。

基于上述理由本發(fā)明可在磨削等領域廣泛推廣。

附圖說明

下面結合附圖和具體實施方式對本發(fā)明作進一步詳細的說明。

圖1是本發(fā)明的具體實施方式中一種激光熱輔助硬脆材料高效磨削實驗臺的結構示意圖。

圖2是本發(fā)明的具體實施方式中卡具的空間結構示意圖。

圖3是本發(fā)明的具體實施方式中卡具主視圖。

圖4是本發(fā)明的具體實施方式中激光加熱裝置的空間結構示意圖。

圖5是本發(fā)明具體實施方式中絲桿座剖視圖。

圖6是本發(fā)明具體實施方式中豎直絲桿的結構示意圖。

具體實施方式

如圖1-圖6所示，一種激光熱輔助硬脆材料高效磨削實驗臺，包括基體1，砂輪支撐裝置，卡具支撐裝置和激光加熱裝置；

所述砂輪支撐裝置包括電機2和驅動所述電機2沿豎直方向運動的豎直進給裝置，所述電機2的輸出端通過聯(lián)軸器Ⅰ3與一水平軸4連接，所述水平軸4上套接有砂輪5，所述水平軸4的另一端通過軸座6與固定在所述基體1上的豎直桿7連接，所述軸座6可沿所述豎直桿7的軸向滑動，所述豎直進給裝置與所述基體1固定連接；

所述卡具支撐裝置包括固定長方體工件25且使其上端長棱邊位于所述砂輪5旋轉平面內的卡具和與所述基體1固定連接的橫向進給裝置，所述橫向進給裝置驅動所述卡具沿垂直于所述水平軸4的軸線所在豎直面方向運動；

所述激光加熱裝置包括絲桿座8，下端與所述絲桿座8連接的豎直絲桿9和水平伸縮桿10，所述水平伸縮桿10通過絲桿螺母11與所述豎直絲桿9上部螺紋段連接，所述水平伸縮桿10上設有連接激光頭12的激光頭座13。

所述豎直進給裝置包括手輪14，豎滾珠絲杠15，兩個豎滑桿16，豎滑臺17和豎絲杠座，所述豎絲杠座包括豎直板18和位于所述豎直板18上的上水平立板19和下水平立板20，所述豎滑臺17位于所述上水平立板19和所述下水平立板20之間，所述豎滑桿16的一端與所述上水平立板19固定連接，另一端穿過所述豎滑臺17與所述下水平立板20固定連接，所述豎滑臺17與所述豎滑桿16滑動連接，所述豎滾珠絲杠15的一端穿過所述上水平立板19、所述豎滑臺17與所述下水平立板20連接，另一端與所述手輪14連接，所述豎滑臺17與所述豎滾珠絲杠15螺紋連接，所述下水平立板20與所述基體1固定連接。

所述豎直桿7通過豎直桿座53與所述基體1連接，所述軸座6上設有用于將所述軸座6與所述豎直桿7固定的鎖緊螺栓。

所述卡具包括與所述橫向進給裝置連接的卡具底板21，所述卡具底板21上設有左卡塊22和右卡塊23，所述左卡塊22和所述右卡塊23均具有45°斜面，所述左卡塊22和所述右卡塊23的斜面相對設置，位于所述左卡塊22和所述右卡塊23之間的所述卡具底板21上設有三角形凹槽24，所述三角形凹槽24的左側槽壁與所述左卡塊22的斜面位于同一平面內，所述三角形凹槽24的右側槽壁與所述右卡塊23的斜面位于同一平面內，所述右卡塊23上設有將長方體工件25壓在所述三角形凹槽24上的楔塊26，所述楔塊26的下端具有45°斜面。

將所述長方體工件25傾斜，其下端長棱邊放在所述三角形凹槽24上，所述長方體工件25的底面與所述左卡塊22的斜面和所述三角形凹槽24的左側槽壁貼合，所述長方體工件25的下端側面與所述右卡塊23的斜面和所述三角形凹槽24的右側槽壁貼合，所述楔塊26的下端斜面與所述長方體工件25的頂面貼合，將所述長方體工件25固定牢固。

所述橫向進給裝置包括伺服電機27，聯(lián)軸器Ⅱ28，橫滾珠絲杠29，兩個橫滑桿30，橫滑臺31和橫絲杠座，所述橫絲杠座包括橫直板32和位于所述橫直板32上的前豎立板33和后豎立板34，所述橫滑臺31位于所述前豎立板33和所述后豎立板34之間，所述橫滑桿30的一端與所述前豎立板33固定連接，另一端穿過所述橫滑臺31與所述后豎立板34固定連接，所述橫滑臺31與所述橫滑桿30滑動連接，所述橫滾珠絲杠29的一端穿過所述前豎立板33、所述橫滑臺31與所述后豎立板34連接，另一端通過所述聯(lián)軸器Ⅱ28與所述伺服電機27的輸出端連接，所述橫滑臺31與所述橫滾珠絲杠29螺紋連接，所述橫直板32與所述基體1固定連接，所述橫滑臺31的上端與所述卡具底板21固定連接。

所述絲桿座8包括固定連接的絲桿座上板35和絲桿座下板36和階梯滑道；

所述階梯滑道包括位于所述絲桿座上板35的下表面的階梯滑槽Ⅰ和與所述階梯滑槽Ⅰ相匹配且位于所述絲桿座下板36的上表面的階梯滑槽Ⅱ37；

所述絲桿座上板35上設有階梯通孔38，所述階梯通孔38包括由上至下依次連通的大孔和小孔，所述階梯滑槽Ⅰ沿所述小孔的徑向向外延伸，所述階梯滑槽Ⅰ的小端與所述小孔連通；

所述絲桿座下板36的上表面設有與所述小孔相匹配的圓形凹槽39，所述階梯滑槽Ⅱ37沿所述圓形凹槽39的徑向向外延伸，所述階梯滑槽Ⅱ37的小端與所述圓形凹槽39連通；

所述階梯滑道內設有絲杠限位頂桿40，所述絲杠限位頂桿40的位于所述階梯滑道的大段中的桿段上設有限位部41，所述階梯滑道的大端設有與所述絲桿座上板35和所述絲桿座下板36連接的小擋板42，所述小擋板42與所述限位部41之間設有套接在所述絲杠限位頂桿40上的頂桿彈簧43，所述絲杠限位頂桿40的位于所述階梯滑道的大段中的桿段穿過所述小擋板42與一扳手44連接，所述絲杠限位頂桿40的另一端具有延伸至所述小孔和所述圓形凹槽39所圍空間內的齒條45；

所述豎直絲桿9的下端依次設有階梯軸46和齒輪47，所述階梯軸46的軸肩48通過止推軸承49與所述大孔連接，所述齒輪47位于所述小孔和所述圓形凹槽39所圍空間內且與所述齒條45嚙合；

所述水平伸縮桿10包括與所述絲桿螺母11連接的套筒50，所述套筒50內設有可相對所述套筒50滑動的滑桿51，所述激光頭座13通過耳板52與所述滑桿51連接且可繞所述滑桿51軸線旋轉。

以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實施方式，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發(fā)明揭露的技術范圍內，根據(jù)本發(fā)明的技術方案及其發(fā)明構思加以等同替換或改變，都應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內。