精密加工技术(第二讲).ppt

第2章金刚石刀具的切削机理 切削速度刀具耐磨度进给量背吃刀量积屑瘤控制切削刃的锋锐度 影响加工精度的相关加工因素 第2章金刚石刀具的切削机理 硬度极高耐磨性好热传导系数高切削温度低适合加工有色金属与非金属 金刚石刀具的特点 粗糙度Ra0 02 0 005 m 加工精度 0 01 m超精密切削 2 1金刚石硬度 摩氏硬度 10显微硬度 10000kg mm2显微硬度比石英高1000倍 比刚玉高150倍 金刚石硬度具有方向性 硬度 反映物体对抗另一硬物体压入的能力 显微硬度 测量方法 1 将待测磨料制成反光磨片试样 置于显微硬度计的载物台上 2 通过加负荷装置对四棱锥形的金刚石压头加压 3 在试样表面上产生一个凹坑 把显微镜十字丝对准凹坑 用目镜测微器测量凹坑对角线长度 4 根据所加负荷及凹坑对角线长度就可计算出所测物质的显微硬度值 若用130 的金刚石四棱锥作压入头 P 负荷重量 kg d 凹坑对角线长度 mm HV 显微硬度 MPa 第2章金刚石刀具的切削机理 2 2刀具磨损及其耐用度 美国加州的劳伦斯利弗莫尔国家实验室 LawrenceLivermoreNationalLaboratory 加工表面粗糙度是否超过规定值 刀具寿命以切削长度计 第2章金刚石刀具的切削机理 刀具寿命评判标准 寿命达 数百千米 切削速度直接影响刀具耐磨度很小 振动引起的切削刃的微小崩刀是主要因素 第2章金刚石刀具的切削机理 影响刀具耐磨度的因素 一般刀具的耐磨度 依据超精密机床的动特性和切削系统的动特性 选取振动最小的切削速度 第2章金刚石刀具的切削机理 说明 表面粗糙度改变之后 表面磨损还是很小 第2章金刚石刀具的切削机理 说明 刀具剧烈磨损后 后刀面呈层状剥落 正常磨损的切削刃 剧烈磨损后刀面 发生微小振动之后的微小崩刃现象 主轴振动是影响刀具寿命一个关键因素 微小崩刃 高速精密电主轴中的陶瓷轴承 降低振动技术 高速精密空气轴承的电主轴 2 3切削时积屑瘤的生成规律 一 积屑瘤的生成现象 积屑瘤是在很大的压力 强烈摩擦和剧烈的金属变形的条件下产生的 切削过程中 会出现一小块金属牢固地粘附住所用刀具的前刀面上 这一小块金属就是积屑瘤 2 3切削时积屑瘤的生成规律 二 切削参数对积屑瘤生成的影响 12m min 62m min 815m min 120m min 2 3切削时积屑瘤的生成规律 二 切削参数对积屑瘤生成的影响 不管多大的切削速度 都有积屑瘤生成 当切削速度较低时 积屑瘤高度较高 当切削速度达到一定值时 积屑瘤趋于稳定 高度变化不大 材料 铝合金 2 3切削时积屑瘤的生成规律 进给量很小时 积屑瘤的高度很大 f 5 m r时 h0值最小 f值再增大时 h0值稍有增加 2 3切削时积屑瘤的生成规律 在背吃刀量25 m后 h0值将随着背吃刀量的增加而增加 2 3切削时积屑瘤的生成规律 积屑瘤时现时失 时大时小 使工件表面呈高低不平 使粗糙度增大 工件尺寸精度降低 积屑瘤生长与消失 改变着刀具前角 影响着刀具在切削过程中的挤压 摩擦和切削能力 造成工件表面硬度不均匀 还会引起切削过程振动 加快刀具磨损 三 积屑瘤影响精密加工质量的原因 2 3切削时积屑瘤的生成规律 1 积屑瘤前端R大约2 3 m 实际切削力由刃口半径R 切削刃半径增加导致 切削力增加明显 2 积屑瘤与切削层和已加工表面间的摩擦力增大 切削力增大 3 实际切削厚度超过名义值 切削厚度增加hD hDu 切削力增加 实际切削厚度 r0 0 2 0 3 m 2 3切削时积屑瘤的生成规律 积屑瘤高时切削力大 与普通切削规律正好相反 2 3切削时积屑瘤的生成规律 积屑瘤高度大 表面粗糙度大 积屑瘤小表面粗糙度小 并且可以看出 切削液减小积屑瘤 减小加工表面粗糙度 2 4金刚石刀具 6面体 晶体构造 8面体 12面体 激光反射形成的衍射图象 通过四个对称顶角的面是 100 晶面 八面体的外表面及其平行面 111 晶面 通过两个对称顶角和两个对称边中点的面是 110 晶面 110 激光反射形成的衍射图象 D 面网 100面网间距D 4 0 089nm 110面网间距sqrt 2 D 4 0 126nm 111面网间距sqrt 3 D 4 0 154nm 解理现象是某些晶体特有的现象 晶体受到定向的机械力作用时 沿平行于某个晶面平整劈开的现象 111 面的宽的面间距 0 154nm 是金刚石晶体中所有晶面间距中的最大的一个 并且其中的连接共价键数最少 只需击破一个价键就可使其劈开 金刚石的解理现象即沿解理面 111 平整的劈开两半 且金刚石的破碎和磨损都和解理现象直接有关 应考虑因素 刀具耐磨性好 刀刃微观强度高 不易产生微观崩刃 刀具和被加工材料间摩擦系数低 使切削变形小 加工表面质量高 制造研磨容易 111 晶面不适合作前后面 推荐采用 100 晶面作金刚石刀具的前后刀面 原因 1 100 晶面的耐磨性高于 110 晶面 2 100 晶面的微观破损强度高于 110 晶面 100 晶面受载荷时的破损机率比 110 晶面低很多 3 100 晶面和有色金属之间的摩擦系数要低于 110