3   試驗條件

      采用某型脈沖Nd:YAG數控激光加工機。激光器愉出脈沖寬度為0.3~2.0ms、重復頻率范圍為20~40Hz、輸出功率為0~150W連續可調。同軸噴嘴為與激光器切割鏡頭配套的直徑為1mm圓口噴嘴，輔助氣體壓強0.5MPa，由0.6Mpa空氣壓縮機提供，并帶有同壓交叉輔助噴嘴。試驗材料為粒度120^#、質(zhì)量分數100％的青銅結合劑金剛石砂輪樣品，砂輪樣品結構如圖5所示。試驗設計采用正交試驗法進(jìn)行修銳參數組合，優(yōu)化修銳效果。利用光學(xué)顯微鏡和掃描電鏡觀(guān)察修銳前后砂輪表面的微觀(guān)形貌；通過(guò)磨削力試驗，驗證修銳試驗研究結果，圖6為磨削力的測量裝置圖。

4  實(shí)驗與結果分析

4.1激光修銳參數的選擇

砂輪表面的大面積修銳由單脈沖形成的有一定重處度的凹坑群組成。因此，單脈沖試驗是進(jìn)行大面積修銳的基礎。為確定單個(gè)凹坑的直徑和深度，本文建立單脈沖修銳參數與修銳尺寸的對應關(guān)系，為大面積修銳提供基礎數據。一般情況下，磨粒裸露在外邊的部分以磨粒尺寸的1/3為宜。金剛石磨料的尺寸在0.106——0.125mm，因此應該掌握激光參數使修銳的深度在0.03~0.05mm比較合適。

4.2  輔助交叉吹氣試驗

金屬結合劑金剛石砂輪激光修銳前表面形貌如圖9所示。磨粒之間被大量結合劑填充。沒(méi)有足夠的磨粒微刃露出，沒(méi)有足夠的容屑空間，所以這種微觀(guān)狀態(tài)的砂輪磨削性能很差。

輔助交叉吹氣是在同軸吹氣基礎上，輔助側向吹氣，氣流吹動(dòng)方向對準未加工區，改變熔化結合劑的流動(dòng)和飛濺的方向，使其不影響已加工表面，并且與同軸氣體在一起作用，加大氣流對熔化結合劑的排除作用，使反射氣體的壓力大于熔化結合劑的表面張力，使砂輪表面的熔化物被徹底地排除。

輔助交叉吹氣壓力為 0.6MP。輔助吹氣噴嘴保持與水平成20^。。圖 10 為重疊率  0.5時(shí)，輔助交叉吹氣條件下，激光修銳后砂輪的衷面形貌，可見(jiàn)在加入輔助交叉吹氣后，修銳的效果較好，避免熔化金屬對已修銳表面的二次覆蓋。并且在顆拉之間有較大的容屑空間，達到修銳目的。

4.3磨削試驗

激光修銳優(yōu)化參數。激光輸出功率P_m=20W，離焦最Z=+4.5mm，脈寬T₀ =0.5ms，頻率f=35Hz，重疊系數為0.5，有同軸氣體和輔助交叉氣體聯(lián)合作用。

磨削參數，試驗砂輪測力裝置外徑為250mm，青銅結合劑金剛石砂輪粒度120^#。質(zhì)量分數100％。砂輪經(jīng)過(guò)圓弧整形、修銳后，鑲嵌在砂輪側力裝置上，表面圓弧與砂輪側力裝置圓盤(pán)同心。砂輪裝置線(xiàn)速度v_k=19m/s，僅進(jìn)行砂輪徑向進(jìn)給，每次進(jìn)給量為a_p=0.02mm。磨削試件為45mmX25mmX7mm硬質(zhì)合金塊，固定于測力平臺上。

(1）磨削表面對比

圖11(a）、（b）分別為未使用交叉吹氣和使用交叉吹氣條件下，修銳的青銅結合劑金剛石砂輪磨削硬質(zhì)合金表面?？梢?jiàn)未使用交叉吹氣方法激光修銳的砂輪在磨削過(guò)程中，由于砂輪表面的二次覆蓋結合劑的脫落，結合劑轉移至硬質(zhì)合金表面，污染了工件表面。而使用交叉側吹方法進(jìn)行激光修銳的砂輪，避免了結合劑對修銳表面的二次覆蓋，在磨削過(guò)穆中完全是金剛石磨粒對工件表面的磨削，不存在結合劑脫落對工件表面的污染。

(2）磨削力對比

測力試臉采用某傳感測控研究所研制的優(yōu)化結構整體式壓電磨削側力平臺。側力系統由側力平臺、電荷放大器、穩壓電源、配有數據采集板的徽機和專(zhuān)用軟件組成。測力系統能夠把力信號轉化成能夠顯示的波形信號和存儲的數據格式，圖12為磨削力測試結果。

磨削力的測量：首先測里修銳前砂輪的磨削力，徑向進(jìn)給3次。側量3次磨削力，然后對砂輪進(jìn)行激光修銳，再徑向進(jìn)給3次，測量3次修銳后砂輪的磨削力，比較砂輪修銳前后的平均磨削力。

圖12(a）為磨削力側力信號輸出，由于在砂輪裝置的四周上只鑲嵌了一個(gè)圓弧樣件，在砂輪裝置國盤(pán)旋轉時(shí)，只有當砂輪與工件接觸時(shí)才有磨削力信號，其余的信號為噪音信號。磨削力信號在圖中呈周期性。砂輪轉速為1440r/min，磨削力檢測信號頗率為24Hz，完全相符。測驗結果如圖12(b）所示，激光修銳后的砂輪的最人磨削力較未進(jìn)行激光修銳砂輪的最大磨削力明顯降低，且對只有同軸吹氣和輔助文又吹氣的激光修銳兩種方法的對比可見(jiàn)，后者的法向力F₀比修銳前平均降低了 10% ~ 15 %  。切向力Ft比修銳前降低5%~7%。說(shuō)明輔助交叉側吹激光修銳進(jìn)一步降低了砂輪的磨削力，提高了砂輪的磨削性能。

5結論

(l）在輔助交叉吹氣試臉條件下，可以使熔化的青銅結合劑有效排除，避免了修銳過(guò)程中熔化結合劑對修銳表面的覆蓋，解決了常見(jiàn)的金屬結合劑砂輪的熔化重凝問(wèn)題。

(2）選擇激光修銳參數功率20W，離焦量4.5mm，脈寬0.5ms，重疊率0.5，磨削力測量結果表明，法向磨削力比修銳前降低了10%~15，比同軸吹氣降低2%-3%，切向磨削力比修銳前降低了5%~7%，比同軸吹氣降低了2%~3%，取得了穩定、明顯的修銳效果。