精密和超精密加工技术.

上传人:我** 文档编号:117876752 上传时间:2019-12-11 格式:PPT 页数:56 大小:3.92MB
返回 下载 相关 举报
精密和超精密加工技术._第1页
第1页 / 共56页
精密和超精密加工技术._第2页
第2页 / 共56页
精密和超精密加工技术._第3页
第3页 / 共56页
精密和超精密加工技术._第4页
第4页 / 共56页
精密和超精密加工技术._第5页
第5页 / 共56页
点击查看更多>>
资源描述

《精密和超精密加工技术.》由会员分享,可在线阅读,更多相关《精密和超精密加工技术.(56页珍藏版)》请在金锄头文库上搜索。

1、第二章 精密和超精密加工技术 精密与超精密加工加工精度表面粗糙度 精密加工0.1-1m0.02-0.1m 超精密加工0.1m0.01m 超精密切削-金刚石刀具切削 用高精度机床和单晶金刚石刀具进行的精密、超精密切削 称为金刚石刀具切削或SPDT(Single Point Diamond Turning) 金刚石刀具切削主要用于有色金属(铜、铝及其合金)、 非金属材料的精密加工 利用超精密金刚石切削的菲涅尔透镜,更薄、性能更好 金刚石切削机理 切削在晶粒内进行 切削力原子结合力(剪切应力达 13000 N/ mm2) 刀尖处温度极高,应力极大,普通刀具难以承受 高速切削(与传统精密切削相反),工

2、件变形小,表层高温不 会波及工件内层,可获得高精度和好表面质量 刀尖附近二维切削模型刀尖附近二维切削模型 金刚石切削机理 金刚石切削刀尖的切削模型 O M F 金属切削模型 弹性变形剪切应力增大,达 到屈服点产生塑性变形,沿 OM线滑移剪切应力与滑移 量继续增大,达到断裂强度 切屑与母体脱离。 M 刀具 切屑 O A 终滑移线 始滑移线:=s 剪切角 切削表面形成模型切削表面形成模型 金刚石切削机理 t0变质层深度;t1给定切深;t2实际切深; 毛刺产生的粗糙度增量 切削表面的轮廓是在垂直于切削方向的平面内工具轮廓的复映 切削表面形成模型切削表面形成模型 金刚石切削机理 理想刀具切削刃在工件表

3、面的复印轮廓 n 切削刃的粗糙度 n 切削刃口的复映性 n 毛刺与加工变质层 影响表面形成的因素影响表面形成的因素 金刚石切削刀具 超精密切削刀具应具备的条件: 刀具刃口的锋利性好。刃口半径值极小,能实现超薄切削 厚度。 切削刃的粗糙度低。切削时刃形将复制在被加工表面上, 从而得到超光滑的镜面。 刀具与被切削材料的亲和性低。以得到极好的加工表面完 整性。 切削刃强度高、耐磨损 不可替代的超精密切削刀具材料:单晶金刚石 金刚石的性能金刚石的性能 金刚石刀具对超精密切削的适应性 n硬度最高,各向异性,不同晶向的物理性能相差很大。 n优质天然单晶金刚石:多数为规整的8面体或菱形12面体,少 数为6面

4、立方体或其他形状,浅色透明,无杂质、无缺陷。 n大颗粒人造金刚石在超高压、高温下由子晶生长而成,并且要 求很长的晶体生长时间。 n人造单晶金刚石已用于制造超精密切削的刀具。 金刚石刀具刃口的锋利性 最小圆弧半径可以达到2nm 金刚石刀具刃口的粗糙度 可达到Ry10nm 金刚石刀具切削刃有良好的复印性 金刚石刀具的热化学性能 有较高的热导率和比热容,低的摩擦系数 高温时易氧化和石墨化 金刚石刀具对超精密切削的适应性 材料 晶界圆弧半径 /nm 金刚石 TIC Fe Cu Al 2.0 1.1 2.9 3.7 5.7 最小圆弧半径的计算值 金刚石刀具的分类 天然单晶金刚石刀具 人工合成金刚石刀具(

5、如美国GE 公司生产的COMPAX 牌金刚石 刀具) 聚晶金刚石(PCD)(切割后焊在刀片上) 金刚石膜(厚膜焊接在刀片上,薄膜涂层涂覆在超硬刀具基 体上) 刀具切削刃比较 金刚石粉烧结体立方氮化硼烧结体(CBN) 单晶金刚石 单晶金刚石刀具 金刚石的晶体结构和刃磨 单晶金刚石研磨后的刀刃 多晶金刚石研磨后的刀刃 立方体八面体十二面体 单晶金刚石刀具 单晶金刚石的硬度(努氏硬度) 单晶金刚石刀具 单晶金刚石的热稳定性 金刚石的热稳定性与周围介质、硬度等有关 金刚石在不同介质条件下受热升温时所发生的状态 单晶金刚石刀具 单晶金刚石的热稳定性 MBD6型金刚石在不同温度下保温1小 时的抗压强度曲线

6、 MBD6型金刚石在800加热不同时间 的抗压强度曲线 单晶金刚石刀具 CBN和单晶金刚石的热稳定性比较 金刚石刀具可切削材料 可切削材料 Al(铝)、Cu(铜)、Au(金)、Ag(银)、Pb(铅)、 Pt(白金)、黄铜、Ge(锗)、ZnS(硫化锌)、各种塑胶 要求高精度、高刚度、良好稳定性、抗振性及数控功能等要求高精度、高刚度、良好稳定性、抗振性及数控功能等 金刚石切削机床 型号(生产厂家) HCM- (中国哈工大) M-18AG (莫尔特殊机床,美国) Ultraprecision CNC machine (东芝,日本) Ultraprecision Lathe (IPT,德国) 主轴 径

7、向跳动(m)0.0750.05(500r/min)0.048 轴向跳动(m)0.050.05(500r/min) 径向刚度(N/m)220100 轴向刚度(N/m)160200 导轨 Z向(主轴)直线度0.2m/100mm0.5m/230mm0.044m/80mm X向(刀架)直线度0.2m/100mm0.5m/410mm0.044m/80mm X、Z向垂直度()11 重复定位精度(m)1(全程)、0.5(25.4mm) 加工 工件 精度 形面精度(m)圆度:0.1平面度:0.30.1(P-V值)0.1 表面粗糙度(m)Ra0.00420.0075(P-V值)Ra0.0020.0020.005

8、RMS 位置反馈系统分辨率(m)252.510 温控精度()0.0040.0060.1 隔振系统固有频率(Hz)22 加工范围(mm)3203566502502 主轴系统 国内外典型超精密车床性能指标 Moore金刚石车床 回转工作台 工件刀具主轴 传动带 主轴电机 空气垫 刀具夹持器 美国美国MooreMoore公司公司M-18AGM-18AG 金刚石车床金刚石车床 主轴采用空气静压轴承,主轴采用空气静压轴承, 转速转速5 5000000转转/ /分,径跳分,径跳 0.10.1mm; 液体静压导轨,直线度达液体静压导轨,直线度达 0.05m/100mm0.05m/100mm; 数控系统分辨率

9、数控系统分辨率0.01m0.01m。 典型金刚石切削机床 典型金刚石切削机床 T形布局的金刚石车床 车床主轴装在横向滑 台(X轴)上,刀架 装在纵向滑台(Z轴 )上。可解决两滑台 的相互影响问题,而 且纵、横两移动轴的 垂直度可以通过装配 调整保证,生产成本 较低,已成为当前金 刚石车床的主流布局 。 T形布局 金刚石车床主要性能指标 数控系统分辩率 /m 400200 500010000 5000 0. 10.01 0. 2/100 0. 1 0. 1 1/150 2/100 径向1140 轴向1020 640 720 最大车削直径和长度 /mm 最高转速 r/mm 最大进给速度mm /mi

10、n 重复精度(2) / m 主轴径向圆跳动 / m 滑台运动的直线度 / m 主轴前静压轴承(100mm)的刚度 / (N/m) 主轴后静压轴承(80mm)的刚度 /(N/m) 纵横滑台的静压支承刚度 /(N/m) 主轴轴向圆跳动 / m 横滑台对主轴的垂直度 / m 金刚石车床 加工4.5mm陶瓷球 金刚石车床及其加工照片 用于铜、铝及其合金精密切削(切铁金属,由于亲合作用,产生用于铜、铝及其合金精密切削(切铁金属,由于亲合作用,产生“ “ 碳化磨损碳化磨损” ”,影响刀具寿命和加工质量),影响刀具寿命和加工质量) 加工各种红外光学材料如锗、硅、加工各种红外光学材料如锗、硅、ZnSZnS和和

11、ZnSeZnSe等等 加工有机玻璃和各种塑料加工有机玻璃和各种塑料 典型产品典型产品: 光学反射镜、射电望远镜主镜面、大型投影电视屏幕、光学反射镜、射电望远镜主镜面、大型投影电视屏幕、照像机塑料 镜片、树脂隐形眼镜镜片等 金刚石切削的应用 精密和超精密磨削:通常是指加工精度10.1m,表面粗糙度低 于Ra0.20.025m的表面磨削方法。 精密和超精密磨削 精密、超精密磨削、镜面磨削形成的零散刻痕 镜面磨削:一般是指加工表面粗糙度达到Ra0.020.01m,磨削 表面光泽如镜的磨削方法。镜面磨削对加工精度要求不很明确, 主要强调表面粗糙度要求。 精密和超精密磨削分类 精密和超精 密磨料加工 固

12、结磨 料加工 游离磨 料加工 精密研磨精密抛光固结磨具涂覆磨具 精密砂 轮磨削 油石研磨精密珩磨 精密超 精加工 砂带磨削砂带研磨 精密和超精密磨削分类 固结磨料加工 将磨料或微粉与结合剂粘合在一起, 形成一定的形状并具有一定强度,再 采用烧结、粘接、涂敷等方法形成砂 轮、砂条、油石、砂带等磨具。 精密和超精密砂轮磨削 精密砂轮磨削:砂轮的粒度6080 ,加工精度1m,Ra0.025m; 超精密砂轮磨削:砂轮的粒度W40 W50,加工精度0.1m, Ra0.025 0.008m。 精密和超精密砂带磨削 精密砂带磨削:砂带粒度W63W28,加工精度1m ,Ra0.025; 超精密砂带磨削:砂带粒

13、度W28W3,加工精度 0.1m,Ra0.0250.008m。 精密和超精密磨削分类 游离磨料加工 磨料或微粉不是固结在一起, 而是成游离状态。 传统方法:研磨和抛光 新方法:磁性研磨、弹性发射 加工、液体动力抛光、液中研 抛、磁流体抛光、挤压研抛、 喷射加工等。 超精密磨削砂轮磨料磨具 普通磨料 碳化物系 碳化硼 碳化硅 刚玉系 超硬磨料 金刚石 天然 人造 立方氮化硼 超精密磨削涂覆磨具 涂 覆 磨 具 工 作 条 件 基 底 材 料 形 状 耐 水 干 磨 复 合 纸 棉 布 化 纤 布 塑 料 膜 盘 状 页 状 卷 状 环 状 带 状 1基底;2粘接膜;3粘接剂(底胶); 4粘接剂(

14、覆胶),5磨粒 (a)砂轮 (b)磨粒 (c) 微刃 (锐利、半钝化、钝化) 磨粒具有微刃性和等高性 (1) 微刃的微切削作用 (2) 微刃的等高切削作用 (3) 微刃的滑挤、摩擦、抛光作用 精密磨削机理 v= 27 m/s 6 4 2 0 -2 -4 -6 046810 12 弹性区 塑性区 切削区 工件 切入角 实际磨 削轨迹 理想磨 削轨迹 弹性区塑性区 切削区 塑性区 弹性区 接触终点 2 =6.8 切入角/() 接 触 长 度 /mm 超精密磨削的单颗磨粒切入模型 超精密磨削机理 n磨粒可以看作具有弹性支承的和大负前角切削刃的弹性体,弹 性支承为结合剂,磨粒虽有相当硬度,本身受力变形

15、极小,实 际上仍属于弹性体。 n磨粒切削刃的切入深度由零开始逐渐增加,到达最大值后又逐 渐减小到零。 n整个磨粒与工件的接触过程依次为弹性区、塑性区、切削区、 塑性区和弹性区。 n超精密磨削中,微切削作用、塑性流动、弹性破坏作用和滑擦 作用依切削条件的变化而顺序出现。 超精密磨削机理 砂轮 1)砂轮磨料 2)砂轮粒度 3)砂轮结合剂 砂轮修整: n整形与修锐(去除结合剂,露出磨粒) n常用方法 用碳化硅砂轮(或金刚石笔)修整,获得所需形状; 电解修锐(适用于金属结合剂砂轮),效果好,并可 在线修整。 砂轮及砂轮的修整 进给 ELID磨削原理 电源 金刚石砂轮 (铁纤维结合剂) 冷却液 冷却液 电刷 ELID(Electrolytic In-Process Dressing)(砂轮在线电解修整) 原理:砂轮采用铸铁基金刚石砂轮。利用电解原理,在磨削过程中,不断对结合剂:砂轮采用铸铁基金刚石砂轮。利用电解原理,在磨削过程中,不断对结合剂 进行电解,使已磨损的金刚石磨粒脱落,从而使金刚石砂轮始终处于锋利状态。进行电解,

展开阅读全文
相关资源
正为您匹配相似的精品文档
相关搜索

最新文档


当前位置:首页 > 高等教育 > 大学课件

电脑版 |金锄头文库版权所有
经营许可证:蜀ICP备13022795号 | 川公网安备 51140202000112号