精密加工技术(第二讲).ppt

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1、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Ra0.020.005m，加工精度0.01m 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，硬度硬度：反映物体对抗另一硬物体压入的能力。：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

2、刚石四棱锥形的金刚石压头压头加压。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(Lawrence Livermore National Laboratory)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；

3、振动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切削时积屑瘤的生成规律一、积屑瘤的生成现象一、积屑瘤的生成现象积屑瘤是在很大的压

4、力很大的压力、强烈摩擦强烈摩擦和剧烈的金属剧烈的金属变形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积屑瘤瘤。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二、切削参数对积屑瘤生成的影响1 1、切削速度的影响、切削速度的影响12m/min62m/min815m/min120m/min2.3 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，当切削切削速度较低速度较低时，积积屑瘤高度较高屑瘤高度较高，当切削速度达到一定值时，积屑瘤趋于稳定，高度变化不大。1 1、

5、切削速度的影响、切削速度的影响材料：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；f5m/r 时，h0值最小；f值再增大时，h0值稍有增加。2 2、进给量、进给量f f的影响的影响2.3 切削时积屑瘤的生成规律在背吃刀量 25m后，h0值将随着背吃刀量的增加而增加。3 3、背吃刀量、背吃刀量ap的影响的影响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

6、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23m，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。切削模型分析切削模型分析实际切削厚度r0=0.20.3 m2.3 切削时积屑瘤的生成规律1 1、对切削力的影响、对切削力的影响积屑瘤高时切削力大，积屑瘤高时切削力大，与普通切削规律正好相反。与普通切削规律正好相反。2.3 切削时积屑瘤的生成规律2.2.对表面粗糙度的影响对表面粗糙度的影响积屑瘤高度大，表面粗糙度大，积屑瘤小表面粗糙度小。并且积

7、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。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1 1、金刚石晶体结构、金刚石晶体结构6面体晶体构造8面体12面体激光反射形成的衍射图象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面网面网100面网间距D/4=0.089nm110面网间距sqrt(2)D/4=0.126nm111面网间距sqrt(3)D/4=0.154nm 解理现象解理现象是

8、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。金刚石晶体的解理现象金刚石晶体的解理现象应考虑因素：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。刀具晶面的选用刀具晶面的选用（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）晶面的摩擦系数。课堂练习1.分析金刚石刀具的超精密切削过程中，积屑瘤对切削力是如何产生影响的？以此进一步分析对加工的质量如何产生影响？2何为解理现象？请应用解理现象，解释说明选择(100)晶面作为金刚石刀具前后刀面的原因。