光学玻璃磨削状态的声发射监测技术VIP专享VIP免费

【10】第32卷第10期2010-10(上)光学玻璃磨削状态的声发射监测技术Studyonultra-precisiongrindingofopticalglassbasedonacousticemissiontechnology迟玉伦，李郝林CHIYu-lun,LIHao-lin（上海理工大学机械工程学院，上海200093）摘要：本文通过建立光学玻璃磨削声发射状态监测系统，研究分析了光学玻璃超精密磨削过程中不同磨削工艺参数所对应声发射信号变化之间的关系。并通过该研究结果优化磨削工艺参数，使磨削后的光学玻璃表面粗糙度达到0.02μm，实验结果证明了声发射监测系统在光学玻璃超精密磨削过程中的实用性。关键词：光学玻璃；超精密磨削；声发射；监测中图分类号：TG580.61文献标识码：A文章编号：1009-0134(2010)10(上)-0010-05Doi:10.3969/j.issn.1009-0134.2010.10(上).040引言超精密磨削加工是实现光学玻璃高效加工的重要工艺之一，然而实现光学玻璃的超精密磨削是一个十分复杂的工作，机床特性、冷却液、砂轮磨料成份、砂轮修整、磨削工艺参数等都是影响磨削质量的重要因素。光学玻璃硬度高、脆性大,其物理机械性能尤其是韧性和强度与金属材料相比有很大差异。其磨削既不同于一般高脆性材料(金刚石)的纯断裂过程,又不同于金属材料的塑性剪切过程,为了获得高质量的脆性材料产品,对其磨削工艺进行研究是十分必要的，文献[1-2]均对该问题进行了研究。为了获取磨削工艺参数对光学玻璃磨削质量影响的信息，必须对其磨削过程进行有效的监测。声发射技术是近几年磨削状态监测被广泛采用的一种方法[3]，具有灵敏度高，抗干扰能力强的特点。本文基于声发射检测技术，对超精密光学玻璃磨削过程中的砂轮修整、磨削工艺等状态监测问题进行了试验研究，研究结果对科学地确定光学玻璃的超精密磨削工艺参数提供了依据。1超精密光学玻璃磨削的技术条件本文所研究的磨削对象为K9光学玻璃，K9光学玻璃作为高功率激光器重要的光学元件,其性能的好坏直接关系到激光器功率输出的大小和光束质量,K9玻璃还是高功率激光薄膜的常用基片,它的损伤特性直接影响激光薄膜的抗激光损伤能力,特别是增透膜偏振膜等。针对光学玻璃纳米级精度和磨削效率的要求，其加工一般由磨削与抛光两道工序完成，高精度的表面磨削质量有利于提高光学玻璃的加工效率。因此，研究K9玻璃表面的高精度磨削工艺具有重要的意义。由国内外实验研究表明，为获得光学玻璃等脆性材料磨削后粗糙度较低的光滑表面，在合适的加工条件下仍能以塑性去除的模式进行加工。实现脆性材料塑性域超精密磨削加工的条件是,砂轮单个磨粒的最大切削深度应小于脆性材料的临界切削厚度dc[6]。(1)式中,E为材料的弹性模量,MPa；H为材料的显微硬度，GPa；KC为材料的断裂韧性，。在满足上述切削深度实验条件下，本文研究了光学玻璃以塑性模式磨削条件下的不同工艺参数与声发射信号间的关系，为光学玻璃超精密磨削状态的监测提供了依据。该实验选用的磨削机床为Schleifring精密数控平面磨床K-P48T，磨削砂轮为SD24000M300GHG30，砂轮平均磨粒尺寸为1μm，磨削液选用水溶性研磨油CG-50P,其浓度配比为4%。收稿日期：2009-12-06基金项目：“高档数控机床与基础制造装备”科技重大专项（2009ZX04014-103-03）作者简介：迟玉伦（1983-），男，硕士研究生，研究方向为现代制造技术。第32卷第10期2010-10(上)【11】图1玻璃磨削试验装置图1为玻璃磨削试验装置，砂轮主轴上安装了SBS公司的L-4200-5型无线声发射检测系统，砂轮与光学玻璃的接触状态通过声发射检测传感器传送至计算机，如图2所示。通过声发射磨削监测信号实现对磨削过程的动态实时监测。光学玻璃磨削的粗糙度采用Mitutoyo公司的SJ-201粗糙度仪测量，如图3所示。图2声发射磨削监测信号图3测量玻璃表面粗糙度2实验结果和讨论2.1磨削过程中声发射信号分析光学玻璃超精密磨削中，声发射信号可直观反映出砂轮与工件的磨削状态。图4所示为光学玻璃起始磨削时声发射信号，ab和ef段表示砂轮与工件未接触，AE信号值为背景噪声水平；cd段表示砂轮与工件处于磨削状态中，AE信号有所增大并且AE信号幅值随磨削表面质量状况发生变化，由于玻璃表面不平整，导致声发射信号出现波动现象；bc段和de段的脉冲反映...