为探究皮秒绿激光修锐青铜基金刚石砂轮的工艺规律与机制,实现青铜基体的选择性定量去除。首先采用10 ps绿激光作用于青铜/金刚石,利用S-on-1损伤测定法标定损伤阈值,确定皮秒激光修锐青铜/金刚石砂轮的最佳工艺参数范围。然后对青铜/金刚石砂轮表面进行修锐,通过激光共聚焦显微镜及其软件表征修锐表面形貌与表面粗糙度,探究激光峰值功率密度、重复频率、扫描次数对修锐效果的影响规律。结果表明,皮秒绿激光对青铜基体的去除机制主要为气化去除,很大程度上避免了金刚石磨粒的碳化,即使在高重复频率下,也无明显的热积累特征。在脉宽为10 ps、重复频率为400 kHz条件下,青铜基体与金刚石磨粒的损伤阈值分别为1.23×10 9 W/cm 2、3.71×10 11 W/cm 2,两者相差两个数量级,青铜基体的选择性微量去除选择范围较宽,可通过调节峰值功率密度有选择性地去除基体,通过调节扫描次数定量去除基体。因此,采用皮秒绿激光可以选择性定量去除青铜基体且较好地保证金刚石磨粒的完整性。

提出脉冲激光修锐青铜结合剂砂轮过程中存在相爆炸现象，分析了相爆炸对激光修锐产生的不利影响，并对相爆炸进行理论研究，为激光修锐青铜金刚石砂轮提供理论指导。开展相关实验，研究相爆炸发生时的激光工艺参数范围，采用高速相机对激光修锐过程的相爆炸进行观测，并采用超景深三维显微系统观察修锐后青铜金刚石砂轮地形地貌与青铜轮表面质量，得出激光修锐青铜结合剂砂轮要避免相爆炸发生，使得磨粒突出结合剂周边有容屑空间。优化相关条件下激光修锐青铜金刚石的工艺参数，并获得较理想的修锐效果。

为了找到一种适用于激光修锐砂轮工艺参量预测和优化的方法,采用神经网络和粒子群算法,建立了激光修锐砂轮工艺参量优化模型.首先构建了工艺参量与工件表面粗糙度之间映射关系的神经网络模型,然后基于预测模型采用粒子群算法实现工艺参量优化,最后采用粒子群算法优化获取的5组工艺参量进行了激光修锐试验.结果表明,样本值与神经网络仿真输出值的相对误差小于3%,试验值与期望值的相对误差控制在6%以内.综合说明该优化模型具备良好的优化能力.

为了研究青铜金刚石砂轮光纤激光辅助侧吹修锐效果, 通过青铜结合剂轮, 开展功率密度与去除深度以及烧蚀区域表面形貌关系的研究, 利用超景深三维扫描显微镜对烧蚀结果进行观测。结果表明:激光功率密度是光纤激光修锐青铜金刚石砂轮的核心工艺参数, 激光功率密度为5×107 W/ cm2时, 既保证较高结合剂材料去除效率, 又可以获得微观形貌较为理想的青铜结合剂轮表面。采用优化的工艺参数开展了光纤激光修锐青铜金刚石砂轮的试验, 借助SEM电镜扫描和超景深三维显微镜对添加侧吹气体前后金刚石磨粒形态和砂轮表面形貌进行观测。结果表明:辅助侧吹修锐, 不仅能减少覆盖在金刚石磨粒表面的熔融物, 而且能在一定程度上抑制石墨化的产生, 金刚石磨粒凸出于结合剂表面适宜高度, 砂轮表面形貌明显优于未添加侧吹气体时。

对脉冲光纤激光切向整形和径向修锐青铜结合剂金刚石砂轮技术进行了理论分析和试验研究。理论分析了激光切向整形和径向修锐青铜结合剂金刚石砂轮的机理，总结提出了决定脉冲激光修整效果的4个关键工艺参数: 激光功率密度、激光光斑重叠率、激光扫描轨迹线重叠率及激光循环扫描次数。试验研究了这4个工艺参数对修整后砂轮表面磨粒石墨化变质层、磨粒磨削刃锋利程度、结合剂表面平整度及磨粒出刃高度的影响规律，并分别找到了在本试验条件下的理想值。

为了研究辅助侧吹氩气对光纤激光修锐青铜结合剂金刚石砂轮等离子体的影响, 利用高速摄像机拍摄不同侧吹工艺参数下等离子体空间膨胀形态, 结果表明: 氩气降低了等离子体的膨胀高度, 随着压力增加, 等离子体的膨胀距离减小, 等离子抑制作用增强。 利用光谱仪研究了等离子体发射光谱在砂轮径向上的最大值随氩气压力的变化情况, 并根据Boltzmann斜线法和Stark展宽法, 计算不同氩气压力下等离子体在砂轮径向上电子温度和电子数密度的最大值, 结果表明: 气体压力增大, 等离子体光谱线强度先增大后减小, 等离子体光谱线强度在0.2 MPa时达到峰值, 较大的氩气压力明显降低等离子体电子温度和电子数密度, 从而减小对砂轮表面形貌的影响。 利用超景深三维扫描仪观测添加侧吹气体前后砂轮表面形貌, 结果表明: 0.5 MPa侧吹氩气后, 砂轮表面形貌质量明显优于未添加侧吹气体时。

为了寻求超硬磨料砂轮的修锐新方法，采用脉冲光纤激光径向辐照，对青铜结合剂金刚石砂轮进行了修锐试验研究。理论分析了脉冲激光修锐青铜结合剂金刚石砂轮的基本原理；借助超景深3维显微系统和粗糙度测试仪，获得了脉冲光纤激光烧蚀青铜结合剂轮烧蚀凹坑的表面形貌和深度，总结了激光平均功率、脉冲重复频率和离焦量等参量对烧蚀效果的影响规律；根据试验结果选择最佳工艺参量(Pm= 20W， f=70kHz，Δ=00mm)，开展了激光修锐青铜结合剂金刚石砂轮的试验，并采用超景深3维显微系统对修锐后的砂轮表面形貌进行观测。结果表明，在合理工艺参量下，脉冲光纤激光径向辐照修锐青铜结合剂金刚石砂轮，可获得良好的修锐效果。

对不同激光参数条件下脉冲光纤激光修锐青铜金刚石砂轮过程中产生的490~600 nm波段范围内的等离子体空间分辨发射光谱进行了研究。在局部热力学平衡条件下，根据测得的等离子体谱线信号的相对强度，利用Boltzmann图法和Stark展宽法分别计算得到等离子体电子温度和电子数密度值，并对激光单脉冲能量、距砂轮表面的探测距离等因素对等离子体电子温度和电子数密度的影响进行了研究。实验结果表明，激光修锐产生的等离子体电子温度和电子数密度随探测距离的增加近似呈Lorentz分布，随激光单脉冲能量的变化近似呈指数规律增长。在此基础之上，进一步计算了等离子体逆韧致吸收系数，并总结其随探测距离和激光单脉冲能量的变化规律。

以青铜金刚石砂轮为试验对象，采用短脉冲光纤激光器，对金刚石砂轮的修锐进行了系统研究。理论分析了脉冲激光修锐青铜金刚石砂轮的机理, 试验研究了多脉冲激光烧蚀青铜轮的情况，借助超景深三维显微系统对烧蚀凹坑的微观形貌进行检测，总结了激光参数对烧蚀效果的影响规律。根据烧蚀试验结果选择最佳工艺参数，开展了激光修锐青铜金刚石砂轮的试验，并采用光学显微镜和磨削对比试验分别对修锐后的砂轮形貌进行了观测和评估。

采用声光调Q Nd:YAG单脉冲激光径向烧蚀树脂结合剂超硬磨料砂轮,通过Taly表面粗糙度仪测量烧蚀凹坑深度,光学显微镜观察凹坑微观形态.理论分析了烧蚀凹坑的形成机理,试验建立起了凹坑深度与脉冲功率密度之间的关系曲线,研究了激光参量(平均功率、脉冲重复频率和离焦量)对烧蚀凹坑深度的影响.试验证明,以单脉冲烧蚀砂轮试验为指导,结合具体试验条件选择激光参量进行修锐,可得到满意的地形地貌.