机床振动对高精度金刚石刀具研磨质量的影响VIP免费

第26卷第3期航空学报Vol126No132005年5月ACTAAERONAUTICAETASTRONAUTICASINICAMay2005收稿日期:2004204230;修订日期:2004209225基金项目:国家自然科学基金(50175022)资助项目文章编号:100026893(2005)0320367204机床振动对高精度金刚石刀具研磨质量的影响宗文俊1,李旦1,孙涛1,程凯1,2,梁迎春1(1.哈尔滨工业大学精密工程研究所,黑龙江哈尔滨150001)(2.英国里兹城市大学工程学院,里兹,LeedsLS13HE)MachineVibrationInfluenceonLappingQualityofUltra2precisionDiamondCuttingToolsZONGWen2jun1,LIDan1,SUNTao1,CHENGKai1,2,LIANGYing2chun1(1.PrecisionEngineeringResearchInstitute,HarbinInstituteofTechnology,Harbin150001,China)(2.SchoolofEngineering,LeedsMetropolitanUniversity,CalverleyStreet,LeedsLS13HE,U.K.)摘要:研磨机床的振动是影响金刚石刀具机械研磨质量的重要因素,尤其在精密研磨工序。为了提高金刚石刀具的研磨质量,针对金刚石刀具的精密研磨工序,在研磨加工时对机床施加空气隔振垫,使研磨的金刚石刀具切削刃钝圆半径从隔振前的9318nm降到了隔振后的7217nm,前刀面表面粗糙度则从214nm降到了110nm,研磨质量得到明显改善。关键词:金刚石刀具;刃口钝圆半径;隔振;机械研磨中图分类号:TG58016;TQ164文献标识码:AAbstract:Vibrationoflappingmachineisanimportantinfluencingfactoronthelappingqualityofdiamondcut2tingtoolsinmechanicallapping,especiallyintheprecisionlappingprocess.Inordertoimprovethelappingqualityofdiamondcuttingtools,theairvibrationisolatorsareusedforlappingmachinetoolduringthepreci2sionlappingprocedure.Measuredresultsshowthatthecuttingedgeradiusoflappeddiamondcuttingtoolisreducedfrom9318nmobtainedwithoutisolatorsto7217nm,andthesurfaceroughnessofrakefaceisreducedfrom214nmto110nm.Thelappingqualityisimprovedobviously.Keywords:diamondcuttingtool;cuttingedgeradius;vibratingisolation;mechanicallapping天然单晶金刚石具有高硬度强度、耐磨损、化学稳定性与导热性好以及可获得十分锋锐的刃口钝圆半径等优良特性,被广泛用作超精密切削用刀具材料[1]。但是,单晶金刚石刀具的刃口锋锐度、刃口及刀面的表面粗糙度和刃口的几何精度等重要刃磨技术指标都必须符合要求。随着航空、航天及民用等超精加工行业的发展,对产品加工精度也提出越来越高的要求,金刚石刀具的各项技术指标也被相应提高。在国内,由于金刚石刀具刃磨技术整体水平较低,刃口钝圆半径达到100nm比较困难,而且研磨质量也一直没有统一的技术标准。而在国外,高精度的单晶金刚石刀具研磨后的刃口钝圆半径必须在50～100nm之间,刃口及刀面表面粗糙度值Ra优于10nm,刃口线轮廓度或圆轮廓度则要优于50nm[2]。从国内外情况来看,由于高精度金刚石刀具的加工技术涉及到航空、航天等国防军工领域超精密零件的关键加工技术,世界各国都对该项技术封锁保密,有关这方面的文献叙述也相对较少。在金刚石刀具的研磨加工过程中,机床内部和外部的振动干扰会使得被研磨的金刚石刀具和研磨盘之间产生多余的相对运动而使金刚石刀具无法达到所需的加工精度和表面质量[3]。尤其在最后的精密研磨工序,这种干扰会使金刚石晶体产生微观解理,直接影响到刀具的锋锐度、刃口和前刀面的表面粗糙度。因此,针对单晶金刚石刀具的最后精密研磨工序,从实验的角度来分析研磨机床振动对金刚石刀具研磨质量的影响,从而探索出金刚石刀具研磨的最佳工艺。1理论分析金刚石刀具动态研磨过程实际上是金刚石微粉颗粒压入金刚石晶体并在金刚石晶体表面刻划的过程。假设金刚石微粉颗粒为理想的维氏压头,则微粉颗粒和金刚石晶体间的相互作用如图1所示。图中:2a为压痕的特征尺寸;α0为磨粒顶角;ap为金刚石微粉颗粒嵌入金刚石晶体表面的动态研磨深度;acp为金刚石晶体的动态脆塑转变临界研磨深度。由图示可知2a=2aptan(α0/2)(1)航空学报第26卷图1磨粒和金刚石刀具间的接触示意图Fig11Thecontactbetweendiamondcuttingtoolandgrit进行研磨时,作用在金刚石微粉颗粒上的载荷P可以表示为P=αHa2/2(2)式中:α为...