CC BY
42
Электронное научно-техническое издание
НАУКА и ОБРАЗОВАНИЕ
Эя №ФС 77 - 30569. Государственная регистрация №0421100025.155Н 1994-0408_
Моделирование процесса алмазного точения крупногабаритных поверхностей зеркал
77-30569/243000
# 10, октябрь 2011 Грубый С. В.
УДК 621.941.1
МГТУ им. Н.Э. Баумана [email protected]
1 Алмазное точение крупногабаритных поверхностей
Алмазное точение рассматривается как процесс окончательной обработки поверхностей зеркал из меди или алюминиевого сплава монокристаллическим алмазным резцом на специальных сверхпрецизионных станках.
1.1 Технологические аспекты алмазного точения
Алмазное точение металлооптических элементов характеризуется средними толщинами срезаемого слоя в пределах десятых долей микрометра, силы резания составляют десятые и сотые доли Ньютона, температура резания для периферийной зоны поверхности диаметром 1000 мм не превышает 60-70 ^ На рисунках 1, 2 приведены примеры алмазного точения крупногабаритных поверхностей: отражателя с медной сферической поверхностью диаметром 1000 мм и одновременно трех внеосевых параболоидов диаметром 406 мм каждый из алюминиевого сплава.
Рис. 1: Алмазное точение медного сферического зеркала диаметром 1000 мм
Рис. 2: Алмазное точение внеосевых параболоидов диаметром 406 мм каждый
При анализе общего макроотклонения обработанной поверхности учтены составляющие: деформация технологической системы под действием радиальной составляющей силы; радиальный износ резца; тепловая деформация (удлинение) резца. Установлено преобладающее влияние радиального износа и теплового удлинения резца на погрешность обработки при жесткости технологической системы более 20 Н/мкм. На основании проведенного анализа отмечена возможность достижения высокой точности обработки протяженных поверхностей. Общая погрешность поверхности диаметром 1000 мм (рис. 1) при движении резца от периферии к центру может составлять 1,2 мкм.
Процесс резания при прерывистом характере обработки (рис. 2) имеет особенности, оказывающие существенное влияние на макроотклонения обработанной поверхности. Здесь общая погрешность обработки по всей поверхности может составлять 2,3 мкм.
1.2 Закономерности изнашивания алмазных резцов
Для изготовления специальных резцов повышенной износостойкости отобраны кристаллы в форме октаэдров и ромбододекаэдров исходной массой 0,65...1,06 карата. Выполнена аттестация отобранных кристаллов с применением различных методов: поляризационно-оптического, фотометрического, электронно-микроскопического.
Определены характеристики стойкости алмазных резцов: среднее значение по пути резания при непрерывном характере обработки составляет 191 км (число испытанных резцов 17); при прерывистом характере обработки - 70 км (число резцов 8). Путь резания одного прохода при непрерывном алмазном точении поверхности диаметром 1000 мм (рис. 1) может составить более 150 км, что сопоставимо со средним значением стойкости инструмента.
На рис. 3 показано состояние режущей кромки нового и изношенного алмазного резца.
wlltM
1.3 Параметры качества отражающих поверхностей
Наилучшие результаты по шероховатости обработанных поверхностей получены при алмазном точении специального мелкокристаллического сплава системы алюминий-магний. Результаты исследований шероховатости по параметру Rmax составили: диапазон изменения 14,225,3 нм; среднее значение 17,3 нм; среднее квадратическое отклонение 1,05 нм; коэффициент вариации 0,06 (46 измерений, подача 6,3-9,6 мкм/об). Шероховатость по параметру Rmax со зна-
чением менее 50 нм обеспечивается при значениях подачи менее 9 мкм/об. Такая шероховатость позволяет использовать эти поверхности как отражающие в оптических элементах различного назначения. для поверхностей, обработанных алмазным точением, характерна высокая отражательная способность. В ИК- области спектра отражательная способность оптических поверхностей после алмазного точения практически соответствует отражательной способности оптических поверхностей, обработанных традиционным методом полирования - доводки. В УФ- и видимой области спектра отмечается разброс значений коэффициентов зеркального и диффузного отражения вследствие анизотропии свойств, вызванной влиянием ориентации обработанной поверхности относительно падающего излучения и технологическими факторами обработки.
По результатами проведенных технологических исследований выявлены способы снижения погрешностей крупногабаритных металлооптических поверхностей, обработанных алмазным точением: рациональный выбор параметров, характеризующих технологическую систему; использование кристаллов алмазов повышенного качества и размеров, обеспечивающих снижение интенсивности изнашивания алмазных резцов и уменьшение радиального износа инструмента; применение материалов и конструкций, обеспечивающих снижение тепловых деформаций; управление параметрами режима резания и коррекция погрешностей обработки в режиме реального времени.
Список литературы
1. Грубый С.В. Моделирование процесса точения твердосплавными и алмазными резцами. - М.: Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2010. - 107 с.
2. Dong Guojun, Грубый С.В. Анализ закономерностей процесса алмазного точения и точности обработки поверхностей металлооптики// Технология металлов, 2008, Технология металлов, 2008, №2, с.26 -32.
3. Грубый С.В. Теоретические основы операционной технологии сверхточной лезвийной обработки протяженных металлооптических поверхностей// Вестник машиностроения, 2000, №10, с. 27-33.
4. Грубый С.В., Татьянина Н.А. Исследование и применение кристаллов природных алмазов и резцов повышенной износостойкости// Вестник машиностроения, 1997, №4, с. 19 - 23
5. A. Pramanik Etc. Cutting performance of diamond tools during ultra-precision turning of electroless-nickel plated die materials. Journal of Materials Processing Technology, 140 (2003), p. 308313.
6. Wang Hongxiang, Sun Tao, Zhang Longjiang/ Experimental Reseach on Cutting Force in Ul-traprecise Turning// China Academic Journal Electronic Publishing House, 2003, vol. 37, №5, p.10 -12.
7. Грубый С.В., Боговцева Л.П., Костеев В.А. Исследования состояния прецизионных поверхностей, обработанных методом алмазного микроточения// Вестник машиностроения. - 1996. - №7. - С. 19-24.
8. Грубый С.В. Сверхточная токарная обработка крупногабаритных поверхностей// Технология металлов, 2000, №3, с. 13 - 18.
9. Грубый С.В. Разработка модели процесса алмазного точения металлооптических элементов// Наука и образование. Электронное научно-техническое издание. - 2009. - №12. (http://technomag.edu.ru/doc/134388.html)
