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精密金刚石车削

文章出处:五金太阳gg娱乐官网登录页面责任编辑:yaxun88编辑:数控厂家人气: 发表时间:2021-09-19 16:12 字体大小:【

什么是精密金刚石车削?

精密金刚石车削是使用带有金刚石尖端的切削刀具进行车削。它是使用配备天然或合成金刚石刀头的车床或衍生机床(例如车铣刀、旋转传输)对精密元件进行机械太阳gg娱乐官网登录页面的过程。有时使用术语单点金刚石车削 (SPDT),尽管与其他车床工作一样,“单点”标签有时只是名义上的(半径刀尖和轮廓形状刀具是可选的)。金刚石车削工艺广泛用于从晶体、金属、亚克力和其他材料制造高质量的非球面光学元件。塑料光学元件经常使用金刚石车削模具嵌件成型。通过金刚石车削生产的光学元件用于望远镜、视频投影仪、导弹制导系统、激光器、科学研究仪器以及许多其他系统和设备的光学组件。今天的大多数 SPDT 都是用计算机数控 (CNC) 机床完成的。金刚石还用于其他太阳gg娱乐官网登录页面过程,例如铣削、研磨和珩磨。金刚石车削表面具有高镜面亮度,与其他常规太阳gg娱乐官网登录页面表面不同,不需要额外的抛光或抛光。
金刚石车削刀具

金刚石车削工艺

金刚石车削是一个多阶段的过程。太阳gg娱乐官网登录页面的初始阶段是使用一系列精度不断提高的 CNC 车床进行的。在制造过程的最后阶段使用金刚石车床工具,以实现亚纳米级表面光洁度和亚微米级形状精度。 [需要引用] 表面光洁度质量测量为峰谷距离车床留下的凹槽。形状精度被测量为与理想目标形状的平均偏差。使用接触式和激光轮廓仪、激光干涉仪、光学和电子显微镜等设备在整个制造过程中监控表面质量和形状精度。金刚石车削最常用于制造红外光学器件,因为在较长波长下,光学性能对表面光洁度质量不太敏感,而且所用的许多材料很难用传统方法抛光。

温度控制至关重要,因为表面必须在比光波长更短的距离尺度上准确。太阳gg娱乐官网登录页面过程中几度的温度变化可以改变表面的形状,足以产生影响。主轴可以用液体冷却剂冷却以防止温度偏差。

在这个过程中使用的钻石在垂直向下的方向上非常坚固,但在向上和横向上非常弱。

 

机床

为了获得最佳品质,天然钻石在太阳gg娱乐官网登录页面过程的最后阶段用作单点切割元件。 CNC SPDT 车床位于具有微米级表面光洁度的高质量花岗岩底座上。花岗岩底座被放置在坚实基础上的空气悬架上,保持其工作表面严格水平。机床部件放置在花岗岩底座的顶部,可以使用高压气垫或液压悬架进行高精度移动。机太阳gg娱乐官网登录页面元件使用负气压连接到气动卡盘,通常使用千分尺手动对中。夹头本身与通过另一个空气悬架旋转它的电动机分开。

通过电动机和压电致动器的组合,切削刀具以亚微米精度移动。与其他 CNC 机床一样,刀具的运动由计算机生成的坐标列表控制。通常,要创建的零件首先使用 CAD 模型进行描述,然后使用 CAM 程序转换为 G 代码,然后由机器控制计算机实行 G 代码以移动切削刀具。 [需要引用]最终表面是通过一系列深度递减的切削路径实现的。

实践中金刚石太阳gg娱乐官网登录页面的替代方法还包括金刚石飞切和金刚石铣削。金刚石飞切可用于生成具有适当轮廓金刚石形状的衍射光栅和其他线性图案。金刚石铣削可用于通过使用球形金刚石工具的环形切割方法生成非球面透镜阵列。

精密车削

材料

金刚石车削在切割可用作红外光学元件和某些非线性光学元件(例如磷酸二氢钾 (KDP))的材料时特别有用。 KDP 是金刚石车削应用中的完美材料,因为该材料因其光学调制特性而备受青睐,但使用常规方法无法用这种材料制造光学器件。 KDP 是水溶性的,因此传统的研磨和抛光技术在生产光学器件方面效果不佳。 金刚石车削很适合用 KDP 生产光学元件。

通常,金刚石车削仅限于某些材料。 易于太阳gg娱乐官网登录页面的材料包括:

塑料
乙缩醛
丙烯酸纤维
尼龙
聚碳酸酯
聚丙烯
聚苯乙烯
 
金属
铝及铝合金
黄铜

金子
镍磷合金,通过电解或化学镀镍沉积在其他材料上



红外线晶体
硫化镉
碲化镉
氟化钙
碘化铯
砷化镓

铌酸锂
溴化钾
磷酸二氢钾 (KDP)

氯化钠
二氧化碲
硒化锌
硫化锌

最常要求的不易太阳gg娱乐官网登录页面的材料是:
硅基玻璃和陶瓷
黑色金属材料(钢、铁)



镍(化学镀镍除外)
黑色金属材料不易太阳gg娱乐官网登录页面,因为金刚石工具中的碳与基材发生化学反应,导致工具损坏和短切长度后变钝。 已经研究了几种技术来防止这种反应,但很少有人在大规模生产规模的长金刚石太阳gg娱乐官网登录页面过程中取得成功。

由于刀具昂贵,在金刚石车削中一直在考虑提高刀具寿命。 最近,该行业出现了诸如激光辅助太阳gg娱乐官网登录页面之类的混合工艺。 激光软化坚硬且难以太阳gg娱乐官网登录页面的材料,例如陶瓷和半导体,使它们更容易切割。

质量控制

尽管金刚石车削过程涉及所有自动化,但操作员仍然在实现最终结果方面发挥主要作用。质量控制是金刚石车削过程的重要组成部分,在每个太阳gg娱乐官网登录页面阶段之后都需要,有时在每次切削刀具通过之后。如果没有马上检测到,即使在任何切割阶段的微小错误都会导致零件缺陷。对金刚石车削光学器件质量的极高要求几乎没有任何出错的余地。

SPDT 制造过程产生的有缺陷部件的百分比相对较高,必须丢弃这些部件。因此,与传统的抛光方法相比,制造成本较高。即使使用 SPDT 工艺制造的光学元件数量相对较多,但该工艺也不能归类为大规模生产,尤其是与抛光光学器件的生产相比。每个金刚石车削光学元件都是单独制造的,需要大量的手工劳动。
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