《超精密切削》PPT課件.ppt

精密機(jī)械制造工程 煙臺大學(xué)機(jī)電汽車工程學(xué)院機(jī)械制造學(xué)科組 4 4超精密車削加工 超精密切削是使用精密的單晶天然金剛石刀具加工有色金屬和非金屬 可以直接加工出超光滑的加工表面 粗糙度Ra0 02 0 005 m 加工精度 0 01 m 用于加工 陀螺儀 激光反射鏡 天文望遠(yuǎn)鏡的反射鏡 紅外反射鏡和紅外透鏡 雷達(dá)的波導(dǎo)管內(nèi)腔 計(jì)算機(jī)磁盤 激光打印機(jī)的多面棱鏡 錄像機(jī)的磁頭 復(fù)印機(jī)的硒鼓 菲尼爾透鏡等 超精密切削也是金屬切削的一種 當(dāng)然也服從金屬切削的普遍規(guī)律 金剛石刀具的超精密加工技術(shù)主要應(yīng)用于單件大型超精密零件的切削加工和大量生產(chǎn)中的中小型超精密零件加工 通過對比實(shí)驗(yàn) 110 晶面的刀具磨損較快 切削相當(dāng)時(shí)間后 加工表面的粗糙度已經(jīng)超過0 05 m 100 晶面的刀具磨損較慢 切削較長時(shí)間后 加工表面粗糙度仍 0 05 m 即刀具耐用度明顯較高 1 晶面的選擇 應(yīng)考慮因素 刀具耐磨性好 刀刃微觀強(qiáng)度高 不易產(chǎn)生微觀崩刃 刀具和被加工材料間摩擦系數(shù)低 使切削變形小 加工表面質(zhì)量高 制造研磨容易 111 不適合作前后面 推薦采用 100 晶面作金剛石刀具的前后面 理由如下 1 100 晶面的耐磨性高于 110 晶面 2 100 晶面的微觀破損強(qiáng)度高于 110 晶面 100 晶面受載荷時(shí)的破損機(jī)率比 110 晶面低很多 3 100 晶面和有色金屬之間的摩擦系數(shù)要低于 110 晶面的摩擦系數(shù) 分析 在極限臨界點(diǎn)A的受力變形情況 在A點(diǎn)處工件受水平和垂直力作用 此兩力可分解為A點(diǎn)處的法向力N和切向力 則N力和力可用下式計(jì)算化簡后得 2 超精密切削時(shí)的最小切削厚度 在實(shí)際摩擦力 時(shí) 被切材料和刀刃刃口圓弧無相對滑移 才能形成切屑被切除 即 A點(diǎn)為極限臨界點(diǎn) 極限最小切削厚度應(yīng)為 當(dāng)?shù)度腥锌诎霃綖槟持禃r(shí) 切下的最小切削厚度和臨界點(diǎn)處的比值有關(guān) 并和刀具工件材料之間的摩擦系數(shù)有關(guān) 根據(jù)經(jīng)驗(yàn) A點(diǎn)處的比值一般在0 8 1范圍內(nèi) 對于金剛石刀具進(jìn)行超精密切削 取 使用極鋒銳的刀具和機(jī)床條件最佳的情況下 金剛石刀具的超精密切削 可實(shí)現(xiàn)切削厚度為納米 nm 級的連續(xù)穩(wěn)定切削 要使最小切削厚度 可估算金剛石刀具刃口半徑為2 4nm 用高速鋼和硬質(zhì)合金刀具進(jìn)行切削試驗(yàn) 達(dá)到的最小切削厚度值為 普通切削的切削深度一般遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于材料的晶粒尺寸 切削加工以數(shù)十計(jì)的晶粒團(tuán)為加工單位 在切應(yīng)力的作用下從基體上去除金屬 而超精密切削的切削層很薄或尺寸很小 切削深度和進(jìn)給量必然非常小 特別是亞微米和納米級的超精密切削 切削深度通常小于材料的晶粒直徑 使得切削只能在晶粒內(nèi)進(jìn)行 刀具切削要克服的是晶粒內(nèi)部非常大的原子結(jié)合力 刀具上的切削力急劇增大 這時(shí)的切削相當(dāng)于對一個(gè)個(gè)不連續(xù)體進(jìn)行切削 在晶粒內(nèi)部大約1 m左右的間隙內(nèi)就有一個(gè)位錯(cuò)缺陷 所以超精密切削是一種斷續(xù)切削 1 材料的微觀缺陷對超精密切削的影響 3 超精密切削機(jī)理 切削力微小 單位切削力大 切削力隨切削深度的減小而增大 而在切削很小時(shí)切削力卻急速上升 這是切削力的尺寸效應(yīng) 由于切削刃刃口圓弧半徑的存在 切削刃在納米量級切削時(shí)刀具實(shí)際工作前角為負(fù)角 切削過程伴隨著強(qiáng)烈的擠壓摩擦 使切削變形增大 故切削時(shí)的單位切削力大 同時(shí) 由于超精密切削往往在晶粒內(nèi)部進(jìn)行 切削力必須大于晶體內(nèi)部的分子 原子結(jié)合力 因而使單位切削面積上的切削力急劇增大 2 超精密切削的切削力特性 切削深度越小 切削力越大 1 金剛石刀具的結(jié)構(gòu)和幾何參數(shù) 圖4 11 圖4 12 2 機(jī)床的精度 剛度和微位移 超精密機(jī)床是實(shí)現(xiàn)超精密切削的首要條件 金剛石超精密切削機(jī)床應(yīng)具有較高的精度 剛度和穩(wěn)定性 其機(jī)床主軸的回轉(zhuǎn)精度也是影響金剛石超精密切削質(zhì)量的主要因素 因此 主軸應(yīng)采用空氣或液體靜壓軸承 以取其流體薄膜均勻的優(yōu)點(diǎn) 使其回轉(zhuǎn)精度高于0 05 m 此外 還要采用相應(yīng)的精密導(dǎo)軌及精密微量進(jìn)給機(jī)構(gòu) 還應(yīng)有恒溫 恒濕 凈化和抗振條件 才能保證加工質(zhì)量 3 切削用量 1 切削速度的影響 不管在多大的切削速度下都有積屑瘤生成 切削速度不同 積屑瘤的高度也不同 當(dāng)切削速度較低時(shí) 積屑瘤高度較高 當(dāng)切削速度達(dá)到一定值時(shí) 積屑瘤趨于穩(wěn)定 高度變化不大 超精密切削時(shí)實(shí)際切削速度 可根據(jù)所使用的超精密機(jī)床的動特性和切削系統(tǒng)的動特性選取 即選擇振動最小的轉(zhuǎn)速 由圖可以看出在進(jìn)給量很小時(shí) 積屑瘤的高度很大