02-第2章_金剛石刀具超精密切削加工

1、12.2.4 金剛石晶體的晶面和晶軸金剛石晶體的晶面和晶軸對上節(jié)課內(nèi)容的回顧對上節(jié)課內(nèi)容的回顧22.2.5 金剛石晶體的面網(wǎng)和密度金剛石晶體的面網(wǎng)和密度 面網(wǎng)密度之比為：和、110111100414.1:154.1:1)2/(4)3/(4/2110111100222DDD：密度：密度：密度414.1:308.2:1110111100密度：密度：密度修正后：修正后：對上節(jié)課內(nèi)容的回顧對上節(jié)課內(nèi)容的回顧32.2.6 金剛石晶體的解理現(xiàn)象金剛石晶體的解理現(xiàn)象2.2.7 金剛石晶體的定向金剛石晶體的定向2.3.1 微量切削概述微量切削概述2.3.2 材料缺陷及其破壞方式材料缺陷及其破壞方式 2.3.3

2、 加工能量加工能量 2.3.4 加工剪切應(yīng)力加工剪切應(yīng)力則理論切應(yīng)力：thG2 13000 MPa105102J/cm3材料微觀缺陷分布 10-7 -10-6 10-5 -10-3 0.01 -1 對上節(jié)課內(nèi)容的回顧對上節(jié)課內(nèi)容的回顧4第第2章章 超精密切削與金剛石刀具超精密切削與金剛石刀具2.3.5 金剛石車刀金剛石車刀5第第2章章 超精密切削與金剛石刀具超精密切削與金剛石刀具24cfcrEfcoEr21046第第2章章 超精密切削與金剛石刀具超精密切削與金剛石刀具7第第2章章 超精密切削與金剛石刀具超精密切削與金剛石刀具8第第2章章 超精密切削與金剛石刀具超精密切削與金剛石刀具9第第2章章

3、 超精密切削與金剛石刀具超精密切削與金剛石刀具10第第2章章 超精密切削與金剛石刀具超精密切削與金剛石刀具11第第2章章 超精密切削與金剛石刀具超精密切削與金剛石刀具12第第2章章 超精密切削與金剛石刀具超精密切削與金剛石刀具2.3.6 金剛石超精密車削工藝金剛石超精密車削工藝13第第2章章 超精密切削與金剛石刀具超精密切削與金剛石刀具14第第2章章 超精密切削與金剛石刀具超精密切削與金剛石刀具 超精密切削實際能達到的最小切削厚度， 它和金剛石刀具的鋒銳度、使用的超精密機床的性能狀態(tài)、切削時的環(huán)境條件等都直接有關(guān)。 a) hD=30nm b) hD=1nm切削厚度極小的切屑 (SEM照片) 1

4、5第第2章章 超精密切削與金剛石刀具超精密切削與金剛石刀具f=0.005-0.02 mm/r, Rz=0.2-0.3 m 圓弧刀刃R=2-5mm, Ra=0.01 um刀刃圓弧半徑 m，ap m, 有： Ra0.01 m 16第第2章章 超精密切削與金剛石刀具超精密切削與金剛石刀具2.4.1 金剛石刀具的磨損形式金剛石刀具的磨損形式 金剛石刀具的磨損可以分為：機械磨損、破損、碳化磨損 。金剛石刀具破損形式金剛石刀具破損形式17第第2章章 超精密切削與金剛石刀具超精密切削與金剛石刀具2.4.2 金剛石晶面耐磨性金剛石晶面耐磨性)(/108 . 5135smNmK)(/108 .12135smNm

5、K)(/101135smNmK18第第2章章 超精密切削與金剛石刀具超精密切削與金剛石刀具2.4.3 金剛石不同晶面的摩擦系數(shù)金剛石不同晶面的摩擦系數(shù)19第第2章章 超精密切削與金剛石刀具超精密切削與金剛石刀具2.4.4 美國美國LLL實驗室的刀具磨損試驗結(jié)果實驗室的刀具磨損試驗結(jié)果 20第第2章章 超精密切削與金剛石刀具超精密切削與金剛石刀具2.4.5 金剛石刀具的刃磨金剛石刀具的刃磨 金剛石刀具刃磨的基本過程：金剛石刀具刃磨的基本過程：(a) 對金剛石晶體定向，確定制成刀具的前后刀面的空間位 置，需磨去的部分；(e) 嚴(yán)格檢驗刀具質(zhì)量，使之切出超光滑表面。(b) 仔細(xì)觀察切削部分的金剛石內(nèi)

6、部是否有裂紋、雜質(zhì)或其 它缺陷；(c) 采用高速旋轉(zhuǎn)的鑄鐵盤加金剛石微粉進行粗研磨，基本 成形；(d) 進行精研磨，以磨出鋒銳、完好、無缺陷的刀刃；21第第2章章 超精密切削與金剛石刀具超精密切削與金剛石刀具2.4.6 影響刀刃粗研磨時磨削效率的因素影響刀刃粗研磨時磨削效率的因素 (a) 研磨方向研磨方向 (111) 面最難磨，（110）較易研磨 (b) 研磨速度研磨速度 磨削量與研磨條件的關(guān)系為 V = k v P V磨削體積(um3)；k磨削率，單位載荷和單位線速度下的磨削體積(um/(Nm/s)；v磨盤的線切削速度(m/s);P研磨時，金剛石所承受的力(N) 22第第2章章 超精密切削與

7、金剛石刀具超精密切削與金剛石刀具(c) 施加在金剛石上的載荷施加在金剛石上的載荷 磨削速度與磨削量的關(guān)系 磨削量與載荷的關(guān)系 (d) 金剛石微粉粒度金剛石微粉粒度 W10W1 23第第2章章 超精密切削與金剛石刀具超精密切削與金剛石刀具2.5.1 影響超精密加工質(zhì)量和效率的因素影響超精密加工質(zhì)量和效率的因素24第第2章章 超精密切削與金剛石刀具超精密切削與金剛石刀具加工部位加工部位形狀精度粗糙度反射率加工變形殘余應(yīng)力加工變質(zhì)層刀具特性刀具特性刀尖形狀刃磨方法損傷磨損加工條件加工條件工藝參數(shù)切削溫度切屑處理冷卻液冷卻液種類供給方式溫度加工后處理加工后處理清洗被覆預(yù)加工預(yù)加工加工方式加工精度熱處理

8、金剛石刀具超精密切削金剛石刀具超精密切削加工材料加工材料組織成分制造方法強度可加工性夾具、安裝夾具、安裝夾持方式 變形 精度分度方式 精度加工機床加工機床主軸精度 導(dǎo)軌形式定位精度 微進給機床剛度加工環(huán)境加工環(huán)境防振防塵溫度控制切削過程切削過程切削力切削溫度切屑生成25第第2章章 超精密切削與金剛石刀具超精密切削與金剛石刀具2.5.2 機床性能對加工質(zhì)量和效率的影響機床性能對加工質(zhì)量和效率的影響（1）機床的剛度（主軸、導(dǎo)軌等） （2）機床的動態(tài)特性 （3）機床的熱變形 （4）機床的抗振和隔振措施 空氣隔振墊隔振系統(tǒng)原理圖 26第第2章章 超精密切削與金剛石刀具超精密切削與金剛石刀具2.5.3

9、加工環(huán)境對加工質(zhì)量和效率的影響加工環(huán)境對加工質(zhì)量和效率的影響 穩(wěn)定的加工環(huán)境條件主要是指穩(wěn)定的加工環(huán)境條件主要是指溫度、濕度、凈化和防振四個方面溫度、濕度、凈化和防振四個方面的條件的條件 。 尺寸為尺寸為100mm鋁合金零件，溫度鋁合金零件，溫度變化變化1 ，將產(chǎn)生誤差。，將產(chǎn)生誤差。要保證要保證0.1 m的尺寸精度，須達的尺寸精度，須達 0.05溫控精度。溫控精度。但是對平面度影響不會如此嚴(yán)重，對但是對平面度影響不會如此嚴(yán)重，對零件圓度影響更小。零件圓度影響更小。 （1）環(huán)境溫度的影響）環(huán)境溫度的影響（2）環(huán)境凈化的影響）環(huán)境凈化的影響 潔凈度是以潔凈度是以1ft3中有多少個中有多少個 m以

10、上的灰塵數(shù)量來表示。超精密加工時以上的灰塵數(shù)量來表示。超精密加工時的潔凈度通常要求的潔凈度通常要求10000級至級至100級，級，100級是指每級是指每1ft3空氣中所含大于空氣中所含大于0.5 m的塵埃不超過的塵埃不超過100個，以此類推。個，以此類推。 凈化主要是為了避免空氣中的塵埃在加工時可能劃傷被加工表面。凈化主要是為了避免空氣中的塵埃在加工時可能劃傷被加工表面。(200.0055)。 27第第2章章 超精密切削與金剛石刀具超精密切削與金剛石刀具刀具切削模型刀具切削模型刀尖附近的二維切削模型刀尖附近的二維切削模型28第第2章章 超精密切削與金剛石刀具超精密切削與金剛石刀具2.6.2 最

11、小切削厚度最小切削厚度29第第2章章 超精密切削與金剛石刀具超精密切削與金剛石刀具2.6.3 刀具刃口處的受力情況刀具刃口處的受力情況FyFxFyFxFyFxNFxFyNtansincossincos 僅在實際摩擦力（僅在實際摩擦力（ N） N時，被切削材料和刀時，被切削材料和刀具刃口圓弧無相對滑移，將隨刀具前進，形成堆積，最后具刃口圓弧無相對滑移，將隨刀具前進，形成堆積，最后形成切屑而被去除，故：形成切屑而被去除，故：sincos)(FyFxN30第第2章章 超精密切削與金剛石刀具超精密切削與金剛石刀具2.6.4 最小切削厚度最小切削厚度hDmin的計算的計算)1)(1tan111)cos1

12、 (222min2minFyFxFyFxhhDDhDmin （）（）31脆性材料的延性域切削脆性材料的延性域切削第第2章章 超精密切削與金剛石刀具超精密切削與金剛石刀具32第第2章章 超精密切削與金剛石刀具超精密切削與金剛石刀具2.6.5 切削表面的形成切削表面的形成切削表面形成的模型切削表面形成的模型 切削表面的輪切削表面的輪廓是在垂直切削方廓是在垂直切削方向平面內(nèi)刀具輪廓向平面內(nèi)刀具輪廓的復(fù)映，即由切削的復(fù)映，即由切削深度和進給量綜合深度和進給量綜合而成。而成。33第第2章章 超精密切削與金剛石刀具超精密切削與金剛石刀具2.6.6 切屑的形成切屑的形成34第第2章章 超精密切削與金剛石刀具

13、超精密切削與金剛石刀具 動態(tài)演示動態(tài)演示1： 動態(tài)演示動態(tài)演示2：35第第2章章 超精密切削與金剛石刀具超精密切削與金剛石刀具2.6.7 超精密切削積屑瘤超精密切削積屑瘤動態(tài)演示動態(tài)演示2：動態(tài)演示動態(tài)演示1：金屬切削金屬切削-積屑瘤積屑瘤動態(tài)演示動態(tài)演示1：金屬切削金屬切削-積屑瘤積屑瘤36第第2章章 超精密切削與金剛石刀具超精密切削與金剛石刀具積屑瘤的產(chǎn)生：積屑瘤的產(chǎn)生：37超精密切削中積屑瘤的負(fù)面影響：超精密切削中積屑瘤的負(fù)面影響：第第2章章 超精密切削與金剛石刀具超精密切削與金剛石刀具38第第2章章 超精密切削與金剛石刀具超精密切削與金剛石刀具（1）立方氮化硼刀具 立方氮化硼燒結(jié)體（PCBN）是CBN顆粒與結(jié)合劑一起燒結(jié)而成，硬度僅次于金剛石，與黑色金屬無親和力。PCBN刀具材料性能如下：（2）硬質(zhì)合金刀具（3）陶瓷刀具 分為氧化鋁(Al2O3)基和氮化硅(Si3N4)基兩大類，具有工效高、壽命長和加工質(zhì)量好等特點，但彈抗彎強度低、脆性大，抗熱沖擊性能差，當(dāng)切削溫度顯著變化時，容易產(chǎn)生裂紋。39第第2章章 超精密切削與金剛石刀具超精密切削與金剛石刀具（3）試分析影響金剛石刀具極限切削厚