超精密加工中刀具参数对脆性材料非球面加工质量的影响.pdfVIP

2010年8月 中国制造业信息化 第 39卷 第 15期 超精密加工中刀具参数对脆性 材料非球面加工质量的影响 王国栋，张 宇，关 强 (昆明理工大学CIMS中心，云南 昆明 650093) 摘要：脆性材料的光学非球面零件 以其特有的优势，在军用和民用产品中越来越普及。光学非球 面器件材料有一系列不利于加工的特点，被公认为是最难加工的光学零件。概述了超精密加工 中单点金刚石车削技术在脆性材料非球面加工中的应用，并详细地分析了单点金刚石车削加工 时刀具几何参数、x偏置、刀具半径补偿对非球面加工表面质量的影响。 关键词：超精密加工；非球面；刀具参数；单点金刚石切削 中图分类号：TG66 文献标识码 ：A 文章编号：1672—1616(2010)15—0066—04 超精密车削加工技术是机械超精密加工技术 形成轮廓峰和轮廓谷，它们之间的距离被称为理论 的一种，随着科学技术的发展，脆性材料如锗单晶 粗糙度(如图 1所示)[，其大小等于 ／8R(f为 在高精密光学零件中的应用越来越广泛。红外技 进给量，R为刀具圆弧半径)。 术在夜间探测、红外成像、军事航天方面有很重要 的应用，锗单晶广泛应用于红外光学产品中，单点 金刚石切削加工技术(SPDT)是 20世纪60年代初 发展起来的新技术…1。锗单晶质软，传统磨削时 金刚石颗粒很容易嵌入锗晶体中，造成零件表面的 损失，所以目前最理想的加工方式为单点金刚石切 图1 理想状态下形成的表面微观形貌 削。 超精密单点金刚石车削模型如图2所示。由 单点金刚石超精密车削过程相当复杂。超精 于已加工表面的轮廓是刀具轮廓在切削方向上的 密加工技术旨在使加工出来的工件不但具有非常 反映，因此切削刃的几何精度及其稳定性极大地影 高的形状精度，而且要求加工出来的工件具有非常 响着已加工表面的粗糙度。在超精密切削中，金剐 小的表面粗糙度。由于超精密加工接近微观加工， 石刀具一般不采用主切削刃与副切削刃相交为一 因而刀具的参数、磨损、机床的几何运动精度和工 点的尖锐刀尖，因为那样的刀尖不仅容易崩刃和磨 件材料的变形等因素都会对非球面零件 的面形精 损，而且会在加工表面留下加工痕迹，由于痕迹 的 度有显著影响，其中刀具参数更是一个主要因素。 划痕不平整使表面粗糙度下降恶化，所以金刚石的 主切削刃和副切削刃之间采用过渡刃对加工表面 起修光作用。为减小表面粗糙度，通常金刚石刀具 1 刀具几何形状、刀刃锋锐度对加工 都带有过渡刃。过渡刃有的采用直线修光刃，也有 表面质量的影响 的采用圆弧修光刃。对于直线过渡刃，理论上可以 单点金刚石刀具的切削部分包括：前刀面、后 形成无粗糙度表面，但在加工过程中，因为很难实 刀面、切削刃的钝圆半径及刀刃半径 。在切削过程 现切削刃与工件轴线的绝对平行，仍然会形成 由于 中，刀具切削部分的形态直接影响着切削过程的稳 对刀误差所引起的粗糙度。所以在实际的超精密 定性和表面质量。理想状态下，采用圆弧刃金刚石 切削加工中，金刚石刀具都采用圆弧过渡刃，有利 刀具进行超精密车削加工软金属时，在工件表面会 于获得很好的加工表面质量。 收稿 日期：2010一O5—17 作者简介：王国栋(198