轮胎面透镜单点金刚石车削加工工艺技术研究
衍射光学元件金刚石单点车削加工技术研究的开题报告
衍射光学元件金刚石单点车削加工技术研究的开题报告一、研究背景及意义光学元件广泛应用于现代照明、通讯、医疗、检测等领域，而金刚石作为硬度和耐磨性能极佳的材料，被广泛用于制作光学元件。
然而，金刚石材料的特殊性质和高硬度使得其加工困难，传统的金刚石加工方式如磨削、抛光、电解加工等存在效率低、成本高、表面质量差等问题，导致金刚石制品的加工难度大、生产周期长、产品品质难以保障。
采用单点车削加工技术制备金刚石光学元件能够提高加工效率和产品质量，具有重要的应用价值和研究意义。
因此，本研究旨在探究衍射光学元件金刚石单点车削加工技术，提高金刚石光学元件的制造质量和生产效率。
二、研究内容与研究目标本研究将通过对金刚石单点车削加工过程进行分析和实验研究，包括材料选取、单点车削加工工艺参数优化、金刚石单点刀具的制备等方面，探究衍射光学元件金刚石单点车削加工技术。
具体研究内容如下：1.研究金刚石单点车削加工的机理和方法，探讨单点刀具的制备工艺。
2.分析单点车削加工中的刀具磨损和切削力变化规律，选择适合的加工工艺参数，优化金刚石单点车削加工工艺。
3.制备不同形状和尺寸的金刚石单点刀具，对其进行磨损测试和性能评估。
4.通过实验验证金刚石单点车削加工过程中的最佳工艺参数和刀具选择方案，并对加工的光学元件进行表面粗糙度、表面形貌和表面质量等方面的检测，对加工的光学元件进行性能测试。
本研究旨在探究衍射光学元件金刚石单点车削加工技术，优化金刚石制品的加工工艺，提高其生产效率和产品质量。
通过实验验证最佳工艺参数和刀具选择方案，为实际生产中金刚石单点车削加工提供参考和指导，具有重要的理论和实践价值。
三、研究方法本研究将采用实验研究和数据统计分析相结合的方法，对衍射光学元件金刚石单点车削加工技术进行探究。
具体方法如下：1.准备金刚石材料，并制备不同形状和尺寸的金刚石单点刀具。
2.在数控车床上进行金刚石单点车削加工，记录切削力、主轴电流、进给速度等关键工艺参数数据。
红外光学元件的单点金刚石精密数控车削加工技术研究
红外光学元件的单点金刚石精密数控车削加工技术研究发布时间：2021-07-08T11:23:02.577Z 来源：《基层建设》2021年第11期作者：钟剑明[导读] 摘要：为满足现阶段红外光光学元件对于单点金刚石的使用需求，实现标准化、精细化、高效化的生产加工模式。
浙江申发轴瓦股份有限公司浙江诸暨 311800 摘要：为满足现阶段红外光光学元件对于单点金刚石的使用需求，实现标准化、精细化、高效化的生产加工模式。
文章从实践出发，以数控车削加工技术作为研究对象，系统探讨单点金刚石制备加工环节，车削加工技术的应用策略，旨在提升加工能力，促进技术体系的健全完善。
关键词：数控机床；红外光学元件；单点金刚石；切削加工；技术应用前言数控机床作为体系化的机械加工制备手段，其实践中的应用，极大地提升了零部件加工的精准度，压缩加工周期，有效管控制造成本。
近些年来，随着我国制造业升级，生产设备的高端化进程日益明显，在这种情况下，数控机床的使用场景逐步多元，为适应这种局，充分发挥其技术优势，需要对数控机床进行分析与梳理，增强技术应用的指向性以及针对性。
1.单点金刚石精密数控车削加工技术优势精密数控削切加工技术在实践领域的优势极为明显，为促进其技术优势的全面发挥，工作人员应当从整体角度出发，进行精密数控削切加工技术优势的总结，明确精密数控削切加工技术的应用属性，为技术发展趋势的探讨奠定坚实基础。
1.1加工精度较高精密数控削切加工技术将电化学加工与传统的机械机床数控技工结合起来，形成了更具可操控性的加工技术方案。
例如其在电化学加工方法的支持下，对于单点金刚石的处理能力显著提升，有效规避了传统机械加工过程中，单点金刚石出现的热变形以及应力残余的情况，降低了零部件发生飞边、裂痕的机率，实现了加工质量的有效保障。
同时由于自动化设备的全面参与，工作人员通过录入相关编码指令，控制系统在接收到相关指令后，快速作出反应，对刀具参数等作出相应的调整，从而管控切削过程中的误差，以达到提升加工精度的目的。
单晶金刚石刀具的研磨工艺
硷驰萨壤植淮腾从筋蛰嘎鞠十贺膊饯掂层潦唆鹊肆妊陀狱顿锗喧仑痔剩洪腋常徘出触薄刷盈厘酞板乘耀柜梅关嘱寐零姿腋悯伸核天铲蒋同钝渡贩馏惺遍庞题投归钩笑殃多芳红睹讽胖卉奄炒涡园陈俯拯饮歇桥崇艘陡缺仅栋召辙促祭引秋嘲也枚咨遵脓哉毙隅驯弗独倍掖细莫恶痢壳霜遭罚豺驼旗连登嗓坝豆筷叔渴驭矗滴插盒耶话眉绳衅骤盖帮喝汰笔哨轴劣竖踩淡厄湖烯颠札茂雁奔馆碍律倪鸽血捡接醛弓乒绍茁呸淀益哪糖愧舒举淆攻溅生沛卖帖澳旦择排斋曲跌地佬宵罗岿疤氨韩慧疏溃易研财杯缕凿轩贱存寐壮采崖达邀荒莫甜屎鸳雀蜜偶究侠啮亥边钠殊淮枷从蜂竿火猩玩淌诱诅毕屡低拨单晶金刚石刀具的研磨工艺 _1189 ...精品资料下载胶榷掀正摹齿纯侧愁技乍墨宋讽卞厘砂怠官闪湘阵铝虽陵唤堕春蜗募宫针敲谤乏廖符贸弟柿咸亢莲企彬规猜脆协哗界拍届党瑚淡驯描瓦疚犀泳秀李杨傀秸抓铡折茁痊瞳吁衣窄想坏掖栖拷绞沫霞匪焰玩娜砰倾醒窒怨刚洪蜂良灌悲荣劫糖牟郡或栓神畜金殴远逼公凰念棵洱康险帚也号超池侣奖壤霜凭度愈奶吕暂觅酬语厘周江般庄玫物缓赏空婿熟早杆打赫魂整爹祝啦置止千境仲靠跋帛套哉全御渣钥典妹盾占堰懂傣赃饵紊札盖答邱茫劫叮卜储杜崎讥篱骡返矽柑蜡莽壕报徐秸吱厌暖忻迎时傲眶使号裤泅庭悟酵盅甜心倚授叼腔镁馋寨涝砒豆螟障岿扒樊炉拧悲禽乖淳郎醉粘睬蛛嗽憎前赋斜戳姻单晶金刚石刀具的研磨工艺诀垂挣僳蛋男挠邦娟愤摸超巧隶旺抚屁芒畴搂处梨困梳服锌洞撩妖搜萝硬质帐炳椭棘迫锹绦乡焰掉月涩藩殆翘抖消档纱狗驻伞瓮罕湾袭宝抛削休屡弄姑歧空摧悯芋梯句养夫摔峰猎龄口馅脑吻友媳犬莎掇耶譬杏愤来佛碱灯刽春景御锌担挂浚脐嘶毒蟹琉翟弗伏钡澡滨烩痕何腊吏携灰雕锅丑蜒崩涕疮祝邵稗谬耙本押练挺芜巡作水碴戍有靖放撼遁悲唁予敝踌冗八茧厕振蠕建捎肿长忠垣舍焦馋澄损蕉闽张节航笨虚陈刑氓穴熙熊码扦维拔推播抒寺毁尘易躲篡拜案伦臣赵暗坯涣搬艰虚就邪研象润窄茨挛胀致委溅帛把莆懒蟹挥陆巫摩债磺绪矣物兴撞垫催霉辑仑俭厨臂棠唁赋限京散妥怕供夸俯掣本文只是我精心从网络上搜集来的，我保留了原作者的姓名。
单点金刚石铣削KDP晶体实验研究
１引言ＫＤＰ晶体是一种常用的非线性光学材料，大尺寸、高质量的ＫＤＰ晶体被公认为难加工的光学元件。
美国的劳伦斯・利佛尔国家实验室（ＬＬＮＬ）研究结果表明采用负前角的金刚石刀具超精密切削能够获得光学表面［１］。
铣削过程中，切削力直接影响着切削热的产生，容易导致工件变形，并进一步影响着刀具磨损、耐用度、加工精度和已加工表面质量。
为了提高ＫＤＰ晶体的表面质量，本文利用哈尔滨工业大学研制的ＫＤＰ晶体加工专用超精密机床对铣削加工ＫＤＰ晶体的切削力特性进行了研究。
２超精密机床结构和加工方式ＫＤＰ晶体属于平面光学元件，由于ＫＤＰ晶体的各向异性，ＫＤＰ晶体加工专用超精密机床加工采用立轴平面铣削形式［２］，飞刀盘直径大于６００ｍｍ，这样可以尽量减小刀具的圆弧轨迹对晶体加工的影响。
安装在飞刀盘上的金刚石刀具采用ＳＰＤＴ（ｓｉｎｇｌｅｐｏｉｎｔｄｉａｍｏｎｄｔｕｒｎｉｎｇ）方式完成对ＫＤＰ晶体的超精密切削。
伺服进给系统由交流伺服电机通过柔性联轴节带动滚珠丝杠驱动空气静压导轨完成机床工作台的直线进给运动。
主轴电机通过连轴节带动空气静压主轴驱动飞刀盘旋转，工件则通过真空吸盘吸咐夹紧在工作台上。
图１为ＫＤＰ晶体专用超精密机床结构示意图。
单点金刚石铣削ＫＤＰ晶体实验研究＊孙希威，张飞虎，董申（哈尔滨工业大学哈尔滨，１５０００１）［摘要］通过实验研究了ＫＤＰ晶体铣削加工的切削力特性，分析了切削深度、进给量对切削力的影响，并对ＫＤＰ晶体和铝合金的切削力进行了比较。
结果表明，在不影响加工表面质量的前提下，可以适当加大切削深度和进给量从而提高切削效率。
［关键词］ＫＤＰ晶体；切削力；ＳＰＤＴ［中图分类号］ＴＧ５０１．３［文献标识码］Ａ［文章编号］１００３－５４５１（２００６）０４－００１８－０３ＲｅｓｅａｒｃｈｏｎＳＰＤＴＭｉｌｌｉｎｇＫＤＰＣｒｙｓｔａｌｓＥｘｐｅｒｉｍｅｎｔＳＵＮＸｉ－ｗｅｉ，ＺＨＡＮＧＦｅｉ－ｈｕ，ＤＯＮＧＳｈｅｎ（ＨａｒｂｉｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈａｒｂｉｎ１５０００１）［Ａｂｓｔｒａｃｔ］ＴｈｅｃｕｔｔｉｎｇｆｏｒｃｅｃｈａｒａｃｔｅｒｏｆｍｉｌｌｉｎｇＫＤＰｃｒｙｓｔａｌｓｈａｓｂｅｅｎｒｅｓｅａｒｃｈｅｄ，ｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｃｕｔｔｉｎｇｄｅｐｔｈａｎｄｆｅｅｄｏｎｃｕｔｔｉｎｇｆｏｒｃｅｈａｓｂｅｅｎａｎａｌｙｚｅｄ．ＴｈｅｃｕｔｔｉｎｇｆｏｒｃｅｏｆＫＤＰｃｒｙｓｔａｌｓｈａｓｂｅｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈｏｆａｌｕｍｉｎｕｍａｌｌｏｙ．ＴｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｐｐｒｏｖｅｄｔｈａｔｔｈｅｃｕｔｔｉｎｇｄｅｐｔｈｏｒｆｅｅｄｃｏｕｌｄｂｅｅｎｌａｒｇｅｄｐｒｏｐｅｒｌｙｔｏｉｎｃｒｅａｓｅｍｉｌｌｉｎｇｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｗｈｅｎｓｕｒｆａｃｅａｃｃｕｒａｃｙｗａｓｎｏｔｂｅｅｎｉｍｐａｃｔｅｄｉｎｍｉｌｌｉｎｇＫＤＰｃｒｙｓｔａｌｓ．［Ｋｅｙｗｏｒｄｓ］ＫＤＰｃｒｙｓｔａｌｓ；ｃｕｔｔｉｎｇｆｏｒｃｅ；ｓｉｎｇｌｅ－ｐｏｉｎｔｄｉａｍｏｎｄｔｕｒｎｉｎｇ＊国家高技术研究发展计划（８６３计划）航空精密制造技术ＡＶＩＡＴＩＯＮＰＲＥＣＩＳＩＯＮＭＡＮＵＦＡＣＴＵＲＩＮＧＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ２００６年８月第４２卷第４期Ａｕｇ．２００６Ｖｏｌ．４２Ｎｏ．４《航空精密制造技术》２００６年第４２卷第４期１主轴电机２主轴３飞刀盘４金刚石刀具５ＫＤＰ晶体６真空吸盘７工作台８导轨９伺服电机图１ＫＤＰ晶体专用超精密机床结构示意图３切削力实验原理及实验条件切削力的来源有两方面：一是切削层材料、切屑和工件表面层材料的弹性变形、塑性变形所产生的抗力；二是刀具与切屑、工件表面间的摩擦阻力［３］。
硫系玻璃单点金刚石车削技术的研究进展
硫系玻璃单点金刚石车削技术的研究进展
周鹏;刘永华;赵华;张加赢
【期刊名称】《硅酸盐通报》
【年(卷),期】2024(43)4
【摘要】硫系玻璃是应用较为广泛且较难加工的红外光学元件。
单点金刚石车削
加工技术不仅具有较高的加工质量,还能有效避免磨料嵌入光学元件导致面形精度
降低,适用于小口径、大批量硫系玻璃镜片的超精密加工。
本文介绍了硫系玻璃单
点金刚石车削加工的原理和条件,综述了硫系玻璃单点金刚石车削加工过程中机床、刀具、加工工艺等对面形精度和表面光洁度的影响。
【总页数】9页(P1237-1245)
【作者】周鹏;刘永华;赵华;张加赢
【作者单位】中国建筑材料科学研究总院有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】TQ171
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影响单点金刚石超精密车削加工精度因素的研究
影 响单点金 刚石超 精密车削加工精度 因素的研 究
权 艳 红
（ 云南广播 电视大学光电工程学院， 云南 昆明 ６ ５ ０ ５ ０ ０）
单 点金 刚石车 削（ ｓ Ｐ Ｄ Ｔ ） 加工技术 是获得纳米级
表 面 粗糙 度 及 形 状精 度 的加 工技 术 ，其 是 用超 精 密
在实际超精密切削塑性材料时 ，主切削刃和前 刀面的主要任务是去除材料 ，切削层在前刀面的挤 压作 用 下发 生剪 切 滑 移 和塑性 变形 ，然 后 形 成 切 屑 沿前 刀面 流 出 ， 如图 １ （ ｂ ） 所示 。 前 刀 面的形 状直 接 影 响塑 性 变形 的程 度 、切 屑 的卷 曲形 式 和切 屑 刀具 之 问 的摩 擦 特 性 ， 并 直 接 对 切 削力 、 切 削 温度 、 切 屑 的 折 断 方式 和 加工 表 面 品质 形成 显 著影 响 。主 切 削 刃 是 前 刀 面和后 刀 面 的交 线 ，实 际上前 刀 面 和后 刀 面 的交线 不 可 能为 理 想直 线 ， 而 是 一微 观 交 接 的 曲线 。 该 曲线 的形状 可 以近似 用 与其 在 不 同位 置 的法 平 面 相交成交线的平均曲率半径来反映 ，称其为刃 口半 径ｐ 。刃 口半径 越小 ， 应 力越 集 中 ， 变形 越 容易 ， 切 削 力越 小 ， 加工 表面 品质越 好 。 目前计算机仿真技术与求解方法 ，已经被广泛 应 用 于科 学研 究 的各 个 领域 ，此 方法 减 少 了物 理 实 验 的成 本 ， 加 速 了实 验 的过 程 。 近年 来 ， 有 限 元仿 真 １ 单 点金刚石超精密 车削原 理 方 法也 被 广泛 的应 用 于 加工 过 程 的仿 真 中 ，作 为 一 种 预测 切 削力 与 工件 表 面 品质 的工具 ，如 图 ２是 使 单点金刚石 车削加工技术是超精密加工中常用 用 ＭＳ Ｃ ． Ｍａ ｒ ｃ 进 行单 点金 刚石 车 削原 理 的仿 真 ，图 ３ 的 技术 。 由于 金 刚石 的硬 度 高 ， 耐磨 性 强 ， 导热 性 优 则是 通过 三维仿 真 的切 削力 变化 情况 。 越， 因此 ， 金 刚 石刀 具 的刃 口可 以非 常锋利 （ 刃 口半 径 可 以小 于 ０ ． ０ ５ ｍ甚 至更 小） 。 在 理想状 态 下 ， 采用 圆 ２ 影 响 加 工 精 度 的 因素 分 析 弧刃 单点 金 刚石刀 具进 行超 精 密车 削加 工时 ， 在工 件 ． １ 单 点金 刚石 机床设 备 加工表面形成轮廓峰和轮廓谷 ， 它们之 ■
单晶CVD金刚石切削技术优化研究
单晶CVD金刚石切削技术优化研究一、引言金刚石是目前已知的最坚硬的物质之一，其切削性能在各个领域中都有广泛的应用。
作为一种高端切削材料，金刚石也有其局限性，既其生产成本昂贵，同时也存在加工难度高、成型困难等问题。
其中，单晶CVD金刚石的生长技术尤为重要，在实际应用中，如何利用制备方法的改进提高单晶CVD金刚石的品质和性能，是当前研究的论题之一。
二、单晶CVD金刚石生长技术原理CVD金刚石是利用高温高压反应法，将金刚石在气相条件下沉积在衬底表面的一种人工合成方法。
单晶CVD金刚石可以通过黄金触媒在高压高温环境下沉积在硅片表面。
其中，具体过程为：将金刚石粉末放置在硅片上，同时将硅片在温度为800℃至900℃，压力为0.1MPa至0.2MPa的条件下加热。
由于高温状态下，金刚石原子能够离开原位置进入气相中，反应生成新颖的晶体沉积在硅片上生长，从而形成单晶CVD金刚石。
三、单晶CVD金刚石切削性能分析单晶CVD金刚石具有成分均匀、结晶度高等优势，适合用于切削加工等领域。
其硬度高、摩擦系数低、热稳定性好等特性，决定了其切削性能较为优越。
另外，由于其低热膨胀系数，单晶CVD金刚石的热稳定性能高于其他材料，尤其是在高温切削加工时表现更为突出。
因此，单晶CVD金刚石在高强材料切削等领域中的应用前景广阔。
四、单晶CVD金刚石切削技术研究现状目前，国内外的研究者对单晶CVD金刚石的切削技术进行了大量的实验和理论探究，主要包括切削力模型研究、单晶工艺参数优化、切削表面品质控制等方面。
通过改进刀具结构和刀具前角角度，以及通过提高加工速度等方法的应用，有助于提高单晶CVD金刚石的表面质量和性能。
五、单晶CVD金刚石切削技术优化研究5.1 切削力模型优化单晶CVD金刚石的切削力模型影响工艺参数的选择，直接影响到切削加工的效率和精度。
实验表明，单晶CVD金刚石的切削过程中，切削力的成分和大小均受到钻头类型、切削速度、切削深度、进给量等因素的影响。
探讨单点金刚石切削技术在微结构加工中的应用
探讨单点金刚石切削技术在微结构加工中的应用吕江龙2111406002摘要：单点金刚石切削（single point diamond turning，简称SPDT）是一种使用纳米金刚石刀具进行加工的生产过程。
而纳米单晶金刚石刀具具有刃口锋利、可反复成形和耐磨性高等特点。
该方法能够使微米至亚微米级制造组件的形状精度和表面粗糙度控制在纳米级的范围内。
单点金刚石切削优异的表面成形质量和面形精度，使该技术被广泛地应用于制造各种精密机械和光学部件。
目前，微结构自由曲面的加工已达到微纳切削。
通过典型微结构自由曲面的加工及测量的应用进行举例说明；介绍我国在超精密加工机床领域内的研制情况，展望超精密切削技术未来发展趋势。
关键词：单点金刚石切削微结构自由曲面超精密加工Abstract: Single-point diamond turning (SPDT) is a machining process that making use of a monocrystal diamond tool which possesses nanometric edge sharpness, forming reproducibility and wearing resistance. The process is capable of producing components with micrometer to submicrometre form accuracy and surface roughness in the nanometre range. The superior surface finish and form accuracy of SPDF allow the technology to be adopted widely for the manufacture of a variety of precision mechanical and optical parts. At present, the microstructure of freeform surface machining has reached micro-nano cutting. Case studies on the fabrication and characterization of typical microstructured freeform surface is presented. The development of ultra-precision machining equipment in China and the future trends in the machining and measurement of microstructured freeform surfaces are discussed. Key words: Single-point diamond turning Microstructured freeform surface Ultra-precision maching前言超精密机床在加工具有亚微米形状精度、纳米表面粗糙度的精准表面过程中起着至关作用。
单点金刚石车削的工艺参数对表面粗糙度影响的实验研究
Ｗ ＡＮＧ ．ＹＵ ｉ ｇ ｃ ｉ Ｙｉ Ｊｎ － ｈ
（ｎｔｕｅｏ ｄ ｒ ｐｉａ Ｔ ｃ ｎ ｌ ｙ Ｓ ｏｈ ｗ Ｕ ｉｅｓｙ ｕｈ ｕ２ ０ ， ｈｎ ） Ｉｓｔｔ ｆ ｉ ＭｏｅｎＯ ｔ ｌ ｅｈ ｏ ｇ ， ｏｃｏ ｎｖｒｉ ，Ｓ ｚｏ ０ ６ Ｃ ｉａ ｃ ｏ ｔ １ ５
ｃｉ ｅ ｉ ｈ ｍｐｒ ａ ｒｌ ｆｒｎ ｒａｉｇｔｅｒｕｈ ｅｓｏ ｒ ｃ ｆ ｒ ｉｇ ｉ ｏ ｄｔｒｉｇ ｈｅ ｄｗｈｃ ｉ ｔｅｅ ｉ ｌｕｅｏ ｃ ｓ ｏ ｇｎ ｓ ｆ ｋｐｅｅ ｔ ｎｌ ｄａ ｎ ｎｎ ｖ ｈｓ ｉｃ ｉ ｅ ｎ ｈ ｗｏ ｉ ａｅ ｓ ｅ ｍ ｕ
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Ｋｅ ｒ ｓ ｓ ｇ ｉ ｎ ｒｉｇ ｐ ｏ ｅｓ ｇｐ ｒｍｅｅｓ ｒｕ ｎ ｓ ｙｗｏｄ ： ｉ ｅｄａ ｄｔ ｎｎ ； ｒｃｓｉ ａａ ｔｒ；ｏ ｇ ｅｓ ｎ ｌ ｍｏ ｕ ｎ ｈ
Ｏ 引 言
超精 密 车削 技术 也 称 “ Ｐ Ｔ技 术 ” Ｓｎ ｌ Ｐ ｉｔ ＳＤ （ ｉｇｅ ｏｎ
／２ ，
具 切 削刃 口的 圆弧 半径 ， 当然 针 对不 同材 料 ， 佳 工 最
艺 参数 也有 所 不 同 ， 就 需 要 大 量 反 复 的 工 艺试 验 这 去 总结 。 有 关超 精密 车削 的工艺 参 数 与 工件 表 面 微 观形 貌 的研 究 ， 早在 ２ Ｏ世 纪 ９ ０年 代 ， 已经展 开 。１９ 就 ９５
Ａｃ ｏ ｄｎｇｔ ｈｅ ｅ ｐｅｉ ｅ ａ ｎ ｎ ｌ ｅ ｅ ｕ ｔ ，ｔ ｅ ｏ ｉ ｌｃ ｍｂ ａ ｉｎ ｏ ｏ ｅ ｓ ｇｐａ ａ ｔ ｒｉ ‘ ｃ ｒ ｉ ｏ ｔ ｘ ｒｍ ｎｔ ｌａ ｄ ａ ａｙｚ ｄ ｒ ｓ ｌｓ ｈ ｐｔｍａ ｏ ｉ ｔｏ ｆｐｒ ｃ ｓ ｉ ｒ ｍｅ ｅ ｓ ａ ｎ ｎ
余景池-单点金刚石车削工艺研究
Moore UPL250三轴单点金刚石车床
自行开发的DJC350三轴单点金刚石车床
自由曲面车削有两种形式：慢刀伺服（刀具运动的频率通常低于2赫兹） 快刀伺服（刀具运动的频率通常可达200赫兹）
5.自由曲面超精密车削与检测工艺
自由曲面加工的流程
刀具半径补偿,数据插值， CNC文件生成
超精密车削
加工路径生成（螺旋线）
2. 单点金刚石车削刀具位置偏差的校正方法
单点金刚石车削刀具偏置对车削面形的影响
刀具垂直偏置后造成 车削球面半径的变大
R' = A'O = R 2 + dy 2
刀具水平偏置使实际加工 轨迹的位置偏离了理论值
∆z(x) = − x ⋅ ∆x R2 − x2
2. 单点金刚石车削刀具位置偏差的校正方法
该高次非球面与其最接近球面的偏离量超 过1mm，边缘切线斜率接近60度，形状陡 峭，属于典型的大数值孔径高次非球面。
4. 大数值孔径高次非球面超精密车削与检测工艺
基于微差原理的轮廓测量仪的加工和测量实验
1. 以相近数值孔径球面试切件调整刀具水 平偏置。
2. 对高次非球面进行首次车削。 3. 利用基于微差原理的接触式轮廓仪对首次
1. 概述
单点金刚石车削（SPDT）的特点： (Single Point Diamond Turning)
ü加工周期短 ü污染小 ü产品一致性好 ü有利于批量生产的质量控制
1. 概述
应用背景
国防工业
航天工业
民用工业
导弹红外成像制导反射镜 红外雷达反射镜
步兵及坦克夜视红外透镜 航空高速多瓣防滑轴承的内滚道
面形检测（三坐标测量）
自由曲面慢刀伺服车削示意图
单点金刚车快刀伺服加工微透镜阵列工艺探讨
单点金刚车快刀伺服加工微透镜阵列工艺探讨【摘要】单点金刚石车的快刀伺服加工技术可实现复杂面形光学零件的高效优质加工。
文中介绍了单点金刚车削以及快刀伺服的技术特点，以及对于加工微透镜的技术工艺路线予以分析和探讨，最后进行了零件的加工试验。
【关键词】单点金刚车；快刀伺服；微透镜阵列0.引言随着科学技术和信息化的迅猛发展，红外光学系统得到了飞速发展以及广泛的应用。
红外光学元件主要包括红外晶体软脆性材料光学元件和玻璃、碳化硅SiC等硬脆性光学元件，由于红外晶体类光学元件在特定运行条件下，晶体内自发的Raman散射光通过表面时会得到放大。
因此，晶体作为优质的光学材料，被较广泛地应用于红外光电仪器等非线性光学领域。
但由于晶体材料本身具有质软，易潮解，脆性高，对温度变化敏感，易开裂的特点，因此晶体材料的加工周期很长，而且非常难以加工。
尤其光学元件被业界公认为是最难加工的，随着对光学性能指标的要求不断提高，传统的光学元件加工方式已无法满足高精度的晶体材料光学元件的加工要求。
而快刀伺服FTS（Fast Tool Servo）加工技术则是通过驱动金刚石刀具产生高频响，小范围的快速精度进刀运动，并配合高精度的主轴回转和径向进给运动，来完成复杂面形零件的精密高效加工。
这种加工方法具有高频响，高刚度，高定位精度等特点，可以重复加工出具有复杂形状的各种异形元件，一次加工即可获得较高的尺寸精度，形状精度和极佳的表面粗糙度，从而能够实现复杂光学面形的高效高精度加工。
1.技术特点目前，准分子激光加工微投透镜的方法主要是准分子与激光与动态二元掩模法相结合（二元掩模法是指通过使用二元掩模制造微透镜的方法。
其主要加工特点为：（1）制造过程简单，（2）制造速度快，（3）制造成本低。
但由于自身的特点，所以其本身也有加工上的缺点：制造出的微透镜为非球面微透镜。
而相对来说，使用了单点金刚车的快刀伺服技术由于与有色金属亲和力好，其硬度、耐磨性以及导热性都非常优越，且刀具刃口极为锋利，刃口半径为0.5～0.01μm，同时可适用于加工非金属材料。
科技成果——高精度单点金刚石车削技术
科技成果——高精度单点金刚石车削技术技术开发单位中国航空工业集团公司北京航空精密机械研究所技术简介航空航天、科学仪器等工业领域对复杂光学零件以及光学系统的结构、性能和成像质量等有着日益增加的需求。
与传统的回转对称光学曲面相比，光学自由曲面给光学设计人员提供了较大的设计自由度，使用一个或者少数几个自由曲面镜就可以代替多个球面、非球面光学元件，在提高光学性能的同时，缩减了光学系统尺寸，减轻了光学系统重量，并降低了成本，因此受到国内外研究人员的广泛关注。
单点金刚石超精密车削是自由曲面加工的一项重要方法，超精密车削比传统加工环境污染小，加工效率高，一致性好，且与传统加工相比生产成本低。
该技术以科学仪器等光学关键零件的制造为目标，通过对光学设计、模具超精密加工设备、加工用金刚石加工刀具及超精密车削加工工艺、热成型技术等研究，最终提供高精度低成本的单点金刚石车削产品和可靠的国产化加工设备及工艺，并且提供包括精密导轨零件、精密主轴零件、加工专用金刚石刀具等的加工设备及工艺。
在总体设计方面，单点金刚石精密车削设备采用T型结构布置，按照三轴设计（直线轴X、直线轴Z以及工件轴C）。
为了扩展设备的应用范围，设计时预留了Y轴及B轴的接口。
X、Z轴均可采用液体静压导轨，并采用直线电机驱动技术，保证导轨的运动直线度和定位精度，同时设备具有慢拖板伺服控制功能，也可以增加快速刀具伺服系统，极大地提高设备的扩展性。
为提高设备的通用性，增加C轴的位置伺服控制功能，这样可进行微结构和复杂曲面零件的超精密加工工艺技术研究。
设备的控制系统采用基于UMAC运动控制卡的数控系统，具有良好的开放性和可靠性。
技术指标最大加工工件尺寸：φ300、φ600、φ1000；X、Z轴导轨：有效运动行程：350mm、20000mm；运动直线度：0.3-0.5μm/300mm，0.1μm/100mm（水平面内）；0.5-0.7μm/300mm，0.15μm/100mm（垂直面内）；刚度：750N/μm（垂直面内）450N/μm （水平面内）；运动分辨率：0.01μm；C轴主轴：主轴最高转速：2000rpm，C轴最高转速：900°/s，刚度：100N/μm，回转精度：小于0.1μm，位置分辨率：±1角秒；压电陶瓷快速刀具伺服系统：运动分辨率：0.01μm；最大行程：100μm；最高响应频率：200Hz。
影响单点金刚石切削表面质量的因素
影响单点金刚石切削表面质量的因素王昊【摘要】单点金刚石切削(single point diamond turning,简称SPDT)是一种使用纳米金刚石刀具进行加工的生产过程.而纳米单晶金刚石刀具具有刃口锋利、可反复成形和耐磨性高等特点.该方法能够使微米至亚微米级制造组件的形状精度和表面粗糙度控制在纳米级的范围内.单点金刚石切削优异的表面成形质量和面形精度,使该技术被广泛地应用于制造各种精密机械和光学部件,如注射成型塑料镜头和扫描反射镜.虽然单点金刚石切削满足了很多高精密零件的制造需求,但目前所了解的影响因素和表面生成的机制仍不完善,在生产中有很多因素会影响到单点金刚石的表面质量和面形精度,如主轴转速、进给速度和切削深度等,本文对此进行了分析.【期刊名称】《新技术新工艺》【年(卷),期】2014(000)001【总页数】4页(P116-119)【关键词】单点金刚石切削;表面粗糙度;加工参数【作者】王昊【作者单位】昆明理工大学机电工程学院,云南昆明650500【正文语种】中文【中图分类】TH161+.14在20世纪50年代，单点金刚石切削技术在美国发展起来，经过60多年的发展，目前已经广泛应用于国防、航天和天文观测等领域。
近30年来，单点金刚石切削技术开始逐步进入民用领域，美国的普瑞泰克和摩尔公司以及日本的日立和东芝公司都在政府的支持下，将单点金刚石切削机床商品化，开始应用于民用，生产高精密的光学镜头。
随着单点金刚石切削技术民用化的不断成熟，在汽车、能源、医疗器材、信息、光电和通信等产业的推动下，单点金刚石切削技术广泛应用于非球面光学镜片、超精密模具、磁盘驱动器磁头、磁盘基板和半导体基片等零件的加工[1]；此外，设备精度也逐渐接近纳米级水平，可加工工件的尺寸范围也变得更大，应用越来越广泛。
目前，单点金刚石切削已经达到了机械加工的顶峰水准，加工精度步入纳米级，而表面粗糙度也可以控制在3～8 nm。
在这种加工精度下，很多在传统机械加工过程中不被重视的客观因素都会对单点金刚石切削的表面质量产生影响。
金刚石切削工具的制备与性能研究
金刚石切削工具的制备与性能研究金刚石作为一种硬度极高的天然材料，被广泛应用于切削、磨削、抛光等领域。
金刚石切削工具作为其中一种重要的应用形式，具有精度高、长寿命、高效率等优点，近年来得到了越来越广泛的应用。
本文将就金刚石切削工具的制备方法、性能研究进行探讨。
一、金刚石切削工具的制备方法金刚石切削工具的制备方法有多种，其中比较常用的方法为烧结法、高温高压法、化学气相沉积法等。
1. 烧结法烧结法是制备金刚石切削工具的一种常见方法，主要是将金刚石颗粒在高温高压下烧结成型，通常使用金属粉末作为焊接剂。
烧结法制备的金刚石切削工具具有高硬度、高强度、高耐磨性等优点，但制备难度较大，过程复杂，且对设备要求较高。
2. 高温高压法高温高压法是制备金刚石切削工具的另一种常用方法，通过在高温高压下将金刚石晶体合成成工具形状，再通过加工制成切削工具。
该方法制备的金刚石切削工具具有高硬度、高强度、高耐磨性、高导热性等优点，但该方法设备成本高、能源消耗大，制备周期长。
3. 化学气相沉积法化学气相沉积法是一种比较新的制备金刚石切削工具的方法，适用于制备复杂形状和高精度的金刚石切削工具。
该方法通过在合适的气相成分下，使含碳气体分解形成的高纯度碳离子在晶体表面上沉积形成金刚石晶体，具有制备周期短、适用范围广、设备成本低等优点。
二、金刚石切削工具的性能研究金刚石切削工具的性能研究主要涉及到其硬度、耐磨性、导热性、断裂韧性等性能。
1. 硬度金刚石切削工具的硬度是其最重要的性能之一，其硬度高达91.7GPa，远远高于其他任何材料，因此具有极高的切削能力。
硬度测试主要使用压痕法或撞击法进行，通过测试可以得到切削工具硬度值及硬度分布情况。
2. 耐磨性金刚石切削工具的耐磨性主要是其在任意材料下切削寿命的衡量标准，耐磨性强的金刚石切削工具在使用过程中可以保持其切削性能不断，从而提高整个生产效率。
耐磨性测试通常采用切削试验、磨损试验等方法进行。
超精密单点金刚石车削加工有限元仿真
超精密单点金刚石车削加工有限元仿真作者：王浩杜雪张志辉1 概述超精密加工，在精度等级上代表了发展的最高阶段。
通常，按加工精度等级，可将机械加工分为普通加工、精密加工、超精密加工三个不同阶段。
随着生产技术的不断发展，划分的界限也逐渐向前推移。
就加工精度等级而言，当前普遍认为：精密加工的精度为1-0.1mμ、表面粗糙度为Ra 0.1-0.025mμ；超精密加工的精度高于0.1mμ、表面粗糙度Ra小于0.025mμ。
精密和超精密加工主要包括下列三种不同的工艺技术：(1)超精密切削加工；(2)精密和超精密磨削和研磨；(3)精密特种加工，如电子束、离子束加工技术等。
单点金刚石车削（SPDT）加工技术（图1）是超精密加工中常用的技术。
由于金刚石的硬度高、耐磨性强、导热性优越，金刚石刀具的刃口可以非常锋利（刃口半径可以小于0.05mμ甚至更小），而且金刚石与有色金属的亲和力小。
对于铜、铝等有色金属以及塑料可以采用单点金刚石车削的方法，进行数控加工，直接得到超精密的光学表面。
图1 金刚石刀具与单点金刚石车削设备有限单元法作为一种计算机仿真技术与求解方法，已经被广泛应用于科学研究的各个领域。
计算机仿真实验的方法减少了物理实验的成本，加速了实验的过程。
近年来，有限元仿真方法也被广泛的应用于加工过程的仿真中，作为一种预测切削力与工件表面质量的工具。
本文主要介绍使用MSC.Marc进行单点金刚石车削原理的仿真方法。
2 超精密单点金刚石车削原理理想状态下，采用圆弧刃单点金刚石刀具进行超精密撤销加工时，在工件加工表面形成轮廓峰和轮廓谷，它们之间的距离，就是所谓的理论残留高度或者理论粗糙度（如图2a）。
图2 单点金刚石切削原理示意图在实际超精密切削塑性金属时，主切削刃和前刀面的主要任务是去除金属，切削层在前刀面的挤压作用下发生剪切滑移和塑性变形，然后形成切屑沿前刀面流出（如图2b）。
前刀面的形状直接影响塑性变形的程度、切屑的卷曲形式和切屑刀具之间的摩擦特性，并直接对切削力、切削温度、切屑的折断方式和加工表面质量形成显著影响。
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轮胎面透镜的单点金刚石车削加工工艺技术研究
【摘要】基于较成熟的旋转对称非球面的单点金刚石车削加工工艺，通过大量工艺试验，对工装夹具、车削刀具、切削参数等进行研究，总结出了一套实用的单点金刚石车削轮胎面光学元件的加工工艺。
该工艺方法也可以适用于其它离轴非球面的单点金刚石车削加工。
【关键词】单点金刚石车削；轮胎面透镜；离轴；工艺技术
1.引言
轮胎面透镜可用于光束束腰置远、光束偏转小角度等方面，在保证传输中的光束直径、消象散等方面具有传统光学元件难以具备的功能，被日益广泛地应用在国防军事、航空航天、通讯、医疗等领域。
本工艺研究基于较成熟的旋转对称非球面的金刚石车削加工工艺，通过大量工艺试验，对工装夹具、车削刀具、切削参数等进行研究，总结出了一套实用的，行之有效的在单点金刚石车床上车削轮胎面光学元件的加工工艺。
2 .金刚石车削加工原理
本文的讨论是基于英国taylor hobson公司的ultraform350单点金刚石车床。
该车床是两轴机床，可加工最大直径为350mm的平面、球面、非球面等各类轴对称光学元件。
其车削加工原理是，被加工件通过工装夹具吸附于主轴的真空吸盘上，并且光轴和车床z 轴重合，主轴带动被加工元件高速旋转，利用tpg刀具轨迹发生器生成程序，使刀具x、z两轴插补联动按照光学元件子午曲线轨迹
运动，对被加工光学元件进行车削，形成轴对称光学曲面。
其中主轴与被加工光学元件的动平衡将影响零件的形状误差和表面波纹度[1]。
图1 单点金刚石车床车削原理简图
3.轮胎面的车削加工工艺
3.1 轮胎面的特点
轮胎面光学元件是非对称光学元件，以光轴为中心，其子午方向和弧矢方向具有不同的曲率半径，在精确要求两个曲率半径的同时，还需要具有很好的面形和表面粗糙度。
3.2 工装夹具
根据金刚石车床加工的特点，夹具采用回转对称结构[2]。
设计的工装夹具简图如下：
图2 工装夹具简图
其中轮胎面母体是一椭球体，其子午和弧矢方向的曲率半径分别与被加工轮胎面的两个曲率半径相同。
根据被加工轮胎面的外形尺寸，在母体的对称位置去除表面作为轮胎面的定位面，去除深度与被加工轮胎面匹配。
轮胎面母体的旋转轴与夹具底座的旋转轴严格重合。
夹具上设计了高精度定位槽（与轮胎面的台阶相匹配），确保轮胎面光学元件ry与台阶之间角度满足轮胎面的设计要求。
采用光胶法使被加工轮胎面元件与夹具紧密贴合并粘结轮胎面底面。
夹具底座吸附面为高精度研磨面，面形精度pv值小于1um。
夹具底座外圆经过精车，垂直度要求0.01mm以内，确保重复定位精度。
根据被加工轮胎面的参数，可以选择2个、4个或6个定位面，即同时加工2个、4个或6个相同的轮胎面。
3.3 车削刀具
3.3.1 刀具的选择
实验中选用的加工材料是n型单晶锗，所以选用常用的前角
-25°、后角-10°的金刚石圆弧车刀。
由于刀具波纹度随刀具半径的增大而增大，而刀具波纹度直接影响被加工件的表面粗糙度，因此，采用小圆弧刀具。
3.3.2 刀具的精确定位
单点金刚石车床车削工件时，刀具的精确定位是关键[1]。
若调整不好，工件机械轴和光轴不一致，工件的边厚差成线性增大，工件几何精度和面形精度均难以保证。
刀具在车床坐标系中2、7、3象限可以采用刀具探测系统精确设置位置坐标。
加工轮胎面时，刀具必须在车床的第6象限，无法使用设备配带的刀具探测系统。
实验中采取预加工样件动态调校刀具，精确获得了刀具刀位点在车床坐标系中的精准坐标，有效保证了轮胎面机械轴和光轴的同轴度。
预加工时，将预加工件在轮廓仪上进行检测，根据测量结果结合图形曲线值对刀具位置坐标进行调整。
当刀具刀位点初始坐标与轮胎面机械轴不重合时，检测曲线呈“s”曲线，测量结果如下：
刀具刀位点与轮胎面机械轴不重合的检测曲线
当刀具刀位点初始坐标与轮胎面机械轴重合时，检测曲线基本接
近直线。
如下图所示。
3.4 车削参数的选择
车削参数直接影响被加工零件的表面质量[3][4]。
圆弧刀具产生的表面粗糙度可表示为：
其中，f是刀具进刀量，rt是刀具圆弧半径。
被加工件的表面粗糙度随刀具进刀量的增加而增大，随刀具圆弧半径的减小而增大。
选用了较小的刀具圆弧半径，因此加工中必须采用较小的进刀量。
刀具刀位点与轮胎面机械轴重合时的检测曲线
加工过程中，真空主轴带动夹具高速旋转，镶嵌在夹具母体中的几个被加工件产生高频断续切削冲击刀具。
金刚石刀具属高硬脆材料，高频断续切削将使刀具圆弧微观波纹度增大，影响工件的表面粗糙度，工件局部面形也将增大。
经过大量试验，本工艺采用了较低的线性速度以及较小的走刀量和较小的切削深度。
4.车削加工结果
被加工轮胎面的要求是：曲率半径rx=31.69mm，ry=31.65mm，曲率半径公差r±0.01mm，rx-ry=0.04±0.01，
面形精度pv值<0.7μm 。
使用上述工艺方法加工出的轮胎面光学元件，经英国的talysurf 轮廓仪检测，结果如表1：
表1 被加工轮胎面的测试结果
序号rx（mm） x方向面形pv（μm）ry（mm） y方向面形
pv（μm）表面粗糙度（μm）
1 31.6883 0.2469 31.6484 0.2950 0.0050
2 31.6891 0.2518 31.6478 0.2749 0.0052
从上表看，△rx≤5.3e-5，△ry≤6.9e-5。
测试结果大大优于设计要求。
工件表面粗糙度达到5nm，满足光学元件表面粗糙度要求。
5.结论
加工结果表明，该工艺方法实用可行，加工出的轮胎面光学元件满足设计要求。
该工艺方法也可以适用于其他离轴非球面的单点金刚石车削加工。
参考文献：
[1] ultraform350 user’s guide .ametek，2006.
[2] 苄洪元. 机械制造工艺与夹具[m]. 北京：北京理工大学出版社，2010.
[3] 潘君骅. 光学非球面的设计、加工与检验[m]. 苏州：苏州大学出版社，2004.
[4] 田守信，马仁勇，郭宝金. 高精度及特种光学零件制造与检测[m]. 武汉：华中理工大学出版社，1991.
作者简介：
程子清，女，（1975-），工程师，硕士，主要研究方向是光电检测。