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影響超精密單點(diǎn)金剛石車床加工精度的因素有哪些?
為進(jìn)一步提高超精密單點(diǎn)金剛石車床的加工水平及精度,小編從以下五個(gè)方面分析了影響加工精度的因素:
1、單點(diǎn)金剛石機(jī)床設(shè)備
單點(diǎn)金剛石超精密機(jī)床是實(shí)現(xiàn)超精密切削的首要條件,要想獲得較高的加工精度和表面品質(zhì),就需 要高精度的單點(diǎn)金剛石機(jī)床。單點(diǎn)金剛石機(jī)床的總體精度是機(jī)床各組成部分(如主軸、導(dǎo)軌、床身、傳動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等等)精度的綜合體現(xiàn)。機(jī)床主軸的回轉(zhuǎn)精度是超精密單點(diǎn)金剛石機(jī)床的一個(gè)重要精度指標(biāo)。隨著對傳統(tǒng)機(jī)床主要部件的精化以及一些*的應(yīng)用,如新型的磨擦驅(qū)動方式、可實(shí)現(xiàn)納米級定位進(jìn)給裝置、主軸的運(yùn)動誤差分析和補(bǔ)償技術(shù),使單點(diǎn)金剛石機(jī)床的精度有了較大幅度的提高。同時(shí),為了保證機(jī)床精度的長期穩(wěn)定性,用于制造單點(diǎn)金剛石機(jī)床床身的材料需要具有較低的熱膨脹系數(shù)和較高的尺寸穩(wěn)定性。 目前,常用的Nanoform250機(jī)床是具有*水平的商用單點(diǎn)金剛石車床,其采用氣浮主軸以保證主軸運(yùn)行平穩(wěn),靠油壓導(dǎo)軌保證導(dǎo)軌的平穩(wěn)運(yùn)動,并用花崗巖做機(jī)床底座以保證機(jī)床的熱穩(wěn)定性和剛性,氣墊隔震,zui大加工直徑為300mm。
2、加工環(huán)境
超精密切削必須在超穩(wěn)定的加工環(huán)境中進(jìn)行,加工環(huán)境的極微小變化都可能影響加工精度。一般超精密環(huán)境條件主要指防振、恒溫和超凈三個(gè)方面的條件,具體如下:
(1)為提高超精密切削系統(tǒng)的動態(tài)穩(wěn)定性,除了在機(jī)床設(shè)計(jì)和制造上采取各種措施外,還必須采用隔震系統(tǒng)保證機(jī)床不受或小受外界振動的影響。例如美國DTM-3型金剛石車床就使用了空氣彈簧隔振系統(tǒng),隔振后軸承部件的相對振幅為2nm,并可防止1.5 ̄2Hz的外界振動的傳入。
(2)在類似車削大口徑鍺透鏡的加工時(shí),加工系統(tǒng)和工件的熱變形對加工精度有很明顯的影響。實(shí)踐證明即使尺寸變化,其方向剛好在精度的敏感方向上,影響就很嚴(yán)重了。因此為了保證加工精度,必須將加工置于多層恒溫條件下進(jìn)行,即不僅放置機(jī)床的房間恒溫,還對機(jī)床采取特殊的恒溫措施。
(3)空氣中的塵埃可能弄臟加工表面,給清洗帶來麻煩,并且如果塵埃的尺寸足夠大,也可能造成加工表面的劃傷(尤其對軟金屬),從而損壞已加工表面品質(zhì),因此單點(diǎn)金剛石超精密切削還須有超凈化的環(huán)境。
3、加工工件的材料
應(yīng)用于紅外光學(xué)的單晶鍺、單晶硅等脆性材料一 直被認(rèn)為是 “不可以用金剛石切削”的材料,因?yàn)樵谄胀ㄇ邢鳁l件下,金剛石刀具磨損極快,無法保證加工所需精度。zui早成功實(shí)現(xiàn)金剛石超精密切削的工件材料的有銅合金、鋁合金、非電解鎳及金、銀等韌性材料。目前在特定的條件下,也實(shí)現(xiàn)了對脆性的金剛石切削,并應(yīng)用于生產(chǎn)。實(shí)踐證明,使用液氮將金剛石刀尖和工件表面的溫度控制在150K,可抑制金剛石刀具磨損,使切削表面的粗糙度達(dá)到Ra0.025m。然而,即使是對可加工性良好的材料,由于材料的微觀缺陷,如雜質(zhì)和沉積物等,也會對加工表面的品質(zhì)帶來影響。 大量的實(shí)驗(yàn)研究工作已經(jīng)表明單點(diǎn)金剛石切削中的許多物理現(xiàn)象,如切削力的波動等都與工件材料的晶體取向有關(guān),所以為了進(jìn)一步認(rèn)識單點(diǎn)金剛石超精密切削的形成機(jī)理,提高已加工表面品質(zhì),迫切需要從微觀的角度來研究剪切角、切削力與工件材料晶體取向之間的關(guān)系。
4、金剛石刀具品質(zhì)的影響
天然單晶金剛石由于其*的硬度、優(yōu)良的耐磨性、導(dǎo)熱性和化學(xué)穩(wěn)定性,加之和有色金屬的磨擦系數(shù)比較低,親合力小,還有zui為重要的一點(diǎn),即由其晶體結(jié)構(gòu)本身所決定的可磨出極鋒利的刃口和光潔度*的刀面,因此,一致被*為的超精密切削用刀材料。 由于在超精密切削中,機(jī)床的精度很高,這時(shí)所能達(dá)到的加工精度主要取決于實(shí)際zui小切削深度。金剛石刀具的刃口鋒利度是影響zui小切削深度的基本因素,刀具刃口半徑越小,可實(shí)現(xiàn)的zui小切深越小,切削變形就越小,可能達(dá)到的加工精度和表面品 質(zhì)就越高。對于金剛石刀具來說, 不但要求刃口極鋒利,而且對切削刃的幾何形狀精度也有較高的要求,在制造刀具時(shí),必須采用高精度的測量技術(shù),嚴(yán)格控制刀具的刃口半徑和幾何形狀。據(jù)相關(guān)資料說明,研磨品質(zhì)特別好的金剛石刀具,其刃口半徑可達(dá)到納米級水平;對于其幾何形狀,刃口直線度可達(dá)0.03μm,對圓弧刃刀具,輪廓精度可達(dá)0.05μm。2.5切削參數(shù)的影響 有了超高精度的機(jī)床和加工環(huán)境,加上高品質(zhì)的金剛石刀具和可加工材料,如果切削參數(shù)選擇不當(dāng),也難以得到高品質(zhì)的加工表面。以紅外光學(xué)zui常用的單晶鍺為例,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,改變切削速度,加工表面的粗糙度變化不大;而進(jìn)給量對加工表面品質(zhì)的影響較大,進(jìn)給量越大表面品質(zhì)越差。
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