切削参数对新型光学铝级金刚石车削刀具磨损的影响

光学器件和光学测量系统的关键部件主要通过超精密加工制造。铝合金具有很多优势,通常用于光子产业。光学领域对铝合金使用和需求的不断增加,促进了在铸造过程中采用快速凝固技术对铝合金等级重新改良的发展。优异的微观结构和改进的机械和物理性能是新型铝合金等级的特点。目前主要问题在于采用金刚石车削时,由于在切削性方面缺乏对铝合金性能的充分研究,导致机械加工数据库非常有限。本文通过改变金刚石的切削参数,测量切齿安装距超过4km时金刚石刀具的磨损,研究了快速凝固铝合金RSA 905的切削性能。改变的机械加工参数为切削速度、进给速度和切削深度。结果表明切削速度对金刚石刀具的磨损影响最大。主轴转速为500rpm、进给速度为25mm/min、切削深度为15μm时,刀具磨损达到最大值12.2μm;主轴转速为1750rpm、进给速度为5mm/min、切削深度为5μm时,刀具磨损达到最小值2.45μm。通常,较高的切削速度、较低的进给速度和较短的切削深度的组合可以减少金刚石刀具磨损。建立了模型统计以分析金刚石刀具磨损。通过该模型可以生成磨损图,从而确定切削参数产生最小磨损的区域。结果证明,快速凝固铝是更好的选择,为机械工程师使用这种材料提供了参考。     

切削参数对新型光学铝级金刚石车削刀具磨损的影响（英文）

光学器件和光学测量系统的关键部件主要通过超精密加工制造。铝合金具有很多优势,通常用于光子产业。光学领域对铝合金使用和需求的不断增加,促进了在铸造过程中采用快速凝固技术对铝合金等级重新改良的发展。优异的微观结构和改进的机械和物理性能是新型铝合金等级的特点。目前主要问题在于采用金刚石车削时,由于在切削性方面缺乏对铝合金性能的充分研究,导致机械加工数据库非常有限。本文通过改变金刚石的切削参数,测量切齿安装距超过4 km时金刚石刀具的磨损,研究了快速凝固铝合金RSA 905的切削性能。改变的机械加工参数为切削速度、进给速度和切削深度。结果表明切削速度对金刚石刀具的磨损影响最大。主轴转速为500 rpm、进给速度为25 mm/min、切削深度为15μm时,刀具磨损达到最大值12.2μm;主轴转速为1 750 rpm、进给速度为5 mm/min、切削深度为5μm时,刀具磨损达到最小值2.45μm。通常,较高的切削速度、较低的进给速度和较短的切削深度的组合可以减少金刚石刀具磨损。建立了模型统计以分析金刚石刀具磨损。通过该模型可以生成磨损图,从而确定切削参数产生最小磨损的区域。结果证明,快速凝固铝是更好的选择,为机械工程师使用这种材料提供了参考。     

单晶金刚石刀具后刀面沟槽磨损的石墨化生成过程分析（英文）

单晶金刚石刀具切削单晶硅时后刀面会发生剧烈沟槽磨损,严重影响零件加工质量和刀具寿命。为了从金刚石石墨化转变角度揭示沟槽磨损生长扩展机制,建立了金刚石刀具后刀面具有初始沟槽的分子动力学模型,模拟了切削单晶硅时初始沟槽处的工件材料流动行为与金刚石刀具晶体结构变化情况。结果表明,初始沟槽的存在改变了工件材料的流动状态;并且这种材料流动引起了刀具初始沟槽附近温度和能量的变化,温度升高了8%,势能提高了1.4%;通过分析金刚石刀具晶体结构发现,初始沟槽处的刀具材料发生了石墨化转变,并通过计算采样点处原子间键角,得到了石墨化转化率随着切削的进行不断升高,并最终趋于恒定的规律,当切削进入到稳定切削阶段时,石墨化转化率约为6%。     

单晶金刚石刀具后刀面沟槽磨损的石墨化生成过程分析

单晶金刚石刀具切削单晶硅时后刀面会发生剧烈沟槽磨损,严重影响零件加工质量和刀具寿命。为了从金刚石石墨化转变角度揭示沟槽磨损生长扩展机制,建立了金刚石刀具后刀面具有初始沟槽的分子动力学模型,模拟了切削单晶硅时初始沟槽处的工件材料流动行为与金刚石刀具晶体结构变化情况。结果表明,初始沟槽的存在改变了工件材料的流动状态;并且这种材料流动引起了刀具初始沟槽附近温度和能量的变化,温度升高了8%,势能提高了1.4%;通过分析金刚石刀具晶体结构发现,初始沟槽处的刀具材料发生了石墨化转变,并通过计算采样点处原子间键角,得到了石墨化转化率随着切削的进行不断升高,并最终趋于恒定的规律,当切削进入到稳定切削阶段时,石墨化转化率约为6%。     

超声振动干式车削钨基合金刀具的磨损行为

采用超声振动干式车削方法对钨基合金材料进行切削加工试验，对比涂层刀具及H13A刀具材料振动车削钨基合金的磨损情况，研究其磨损行为。     

单晶硅纳米切削中C–C键断裂对金刚石刀具磨损的影响

本文基于分子动力学方法模拟金刚石刀具纳米切削单晶硅, 从刀具的弹塑性变形、C–C键断裂对碳原子结构的影响以及金刚石刀具的石墨化磨损等方面对金刚石刀具的磨损进行分析, 采用配位数法和6元环法表征刀具上的磨损碳原子. 模拟结果表明: 在纳米切削过程中, 金刚石刀具表层C–C键的断裂使其两端碳原子由sp³杂化转变为sp²杂化, 同时, 表面上的杂化结构发生变化的碳原子与其第一近邻的sp²杂化碳原子所构成的区域发生平整, 由金刚石的立体网状结构转变为石墨的平面结构, 导致金刚石刀具发生磨损; 刀具表面低配位数碳原子的重构使其近邻区域产生扭曲变形, C–C键键能随之减弱, 在高温和高剪切应力的作用下, 极易发生断裂; 在切削刃的棱边上, 由于表面碳原子的配位严重不足, 断开较少的C–C键就可以使表面6 元环中碳原子的配位数都小于4, 导致金刚石刀具发生石墨化磨损.     

KDP晶体金刚石车削参数对晶体雾化的影响

安装在高功率激光系统中的KDP晶体,其表面质量是一个很重要的问题。单点金刚石车削是唯一获得透射波前误差和激光损伤阈值的方法,尤其是在紫外UV波段。KDP晶体表面雾化与金刚石车削参数有关。研究金刚石车削参数主要是为了提高KDP晶体的频率转化效率。研究结果表明,在金刚石切削中使用一种纯净的切削油和适宜的加工参数能大大地减少晶体表面的雾化。     

用物理实验绽放课堂的精彩

螺纹加工方法最常见的是数控车削加工。探讨数控车削加工时根据不同的加工精度、不同的加工材料，分别选取不同的编程指令、不同的工件装夹方式、不同的加工刀具、不同的切削参数等，在实际螺纹数控车削加工中的合理性。     

螺纹数控车削加工的工艺分析

螺纹加工方法最常见的是数控车削加工.探讨数控车削加工时根据不同的加工精度、不同的加工材料,分别选取不同的编程指令、不同的工件装夹方式、不同的加工刀具、不同的切削参数等,在实际螺纹数控车削加工中的合理性.探析螺纹数控加工的特殊性,探索如何实现精确控制螺纹数控车削加工,以及在实际加工中生产出高效、高精、稳定可靠的螺纹产品.     

折衍二元光学用金刚石车刀设计

栏光效应是影响折衍元件衍射效率的一个重要因素,栏光效应与加工刀具有着密切的关系。分析刀具圆弧半径与栏光效应的联系、刀具参数与元件加工后的表面粗糙度的关系以及刀具耐用度等要求,设计了加工折衍二元光学元件的金刚石刀具,给出刀具加工里程数计算公式和车削实验结果。实验结果证明:设计的金刚石刀具能够满足折衍二元光学元件的产业化加工要求,刀具耐用度较强化前提高2倍多。     

多模调制曲面超精密加工轨迹优化技术

研究了采用单点金刚石超精密车削加工技术(SPDT)加工多模调制曲面过程中的刀具轨迹优化方法,首先,分析了SPDT方法加工多模调制曲面的基本原理;其次,理论分析了平行弦双圆弧插补算法的基本原理,推导了插补误差计算公式。在此基础上,提出采用插补步长伸缩变化方式实现了插补误差的动态控制,并获得了完整的插补计算公式;最后,采用Matlab软件对该插补算法进行了实例仿真分析,并分别与直线插补算法和固定步长双圆弧插补算法进行了对比分析,结果表明,该方法能在保证插补允差的前提下最大程度的减少插补区间数,从而有助于提高加工效率和延长刀具寿命。该方法在调制靶金属模板的制备中获得了广泛应用。     

Airborne sound emission as a process monitoring tool in the cut-off grinding of concrete

A detailed analysis of the airborne sound emitted in the cut-off grinding of concrete with a diamond grinding disk is presented. It is shown that the frequency spectra of airborne sound emitted in the cutting process contain detailed information about the process conditions. As long as the machining parameters are appropriate for the work piece, the airborne sound spectra show statistically excited natural frequencies and turning frequencies. In this case the total signal level gives sufficient evidence of the work piece composition and machinability. The effects of inappropriate machining parameters, like tool deflection or very high friction forces acting on the tool, can be identified by means of distinct frequencies in the airborne sound spectra. In addition, the emitted airborne sound can be used to image the structure of the flat joint surface, which cannot be determined by another method. With regard to everyday applications, the results obtained by this procedure can be used to apply airborne sound analysis systems to machines and detect process parameters which are overstressing the cutting tool.     

单点金刚石机床及其在光学工程领域的应用

介绍了单点金刚石车床概念,总结回顾了单点金刚石车床在国防和商业领域内的发展状况,给出了目前商用单点金刚石车床的典型产品。对单点金刚石车床的关键零部件和核心技术,如空气静压主轴、液压导轨、直流电机、对刀装置、误差补偿和自适应控制等进行了分析。最后,介绍了适宜单点金刚石车削加工的材料,分析了快刀伺服和慢刀伺服在光学元件中的应用以及所加工的光学元件在国防和商用光电产品中的应用,并以主次镜望远镜系统和精密光学系统无调整装配为例,说明了单点金刚石车削在光电产品中的重要作用。     

Condition monitoring of turning process using infrared thermography technique – An experimental approach

In metal cutting machining, major factors that affect the cutting tool life are machine tool vibrations, tool tip/chip temperature and surface roughness along with machining parameters like cutting speed, feed rate, depth of cut, tool geometry, etc., so it becomes important for the manufacturing industry to find the suitable levels of process parameters for obtaining maintaining tool life. Heat generation in cutting was always a main topic to be studied in machining. Recent advancement in signal processing and information technology has resulted in the use of multiple sensors for development of the effective monitoring of tool condition monitoring systems with improved accuracy. From a process improvement point of view, it is definitely more advantageous to proactively monitor quality directly in the process instead of the product, so that the consequences of a defective part can be minimized or even eliminated.In the present work, a real time process monitoring method is explored using multiple sensors. It focuses on the development of a test bed for monitoring the tool condition in turning of AISI 316L steel by using both coated and uncoated carbide inserts. Proposed tool condition monitoring (TCM) is evaluated in the high speed turning using multiple sensors such as Laser Doppler vibrometer and infrared thermography technique. The results indicate the feasibility of using the dominant frequency of the vibration signals for the monitoring of high speed turning operations along with temperatures gradient. A possible correlation is identified in both regular and irregular cutting tool wear. While cutting speed and feed rate proved to be influential parameter on the depicted temperatures and depth of cut to be less influential. Generally, it is observed that lower heat and temperatures are generated when coated inserts are employed. It is found that cutting temperatures are gradually increased as edge wear and deformation developed.     

Application of gas-fluid atomization technology in ultrosonic vibration cutting titanium alloy workpiece

Acoustical Physics - To further improve machined surface quality of diamond cutting titanium workpiece and reduce diamond tool wear, it puts forward a kind of machining technology with mixture of...     

Modelling and simulation of effect of ultrasonic vibrations on machining of Ti6Al4V

The titanium alloys cause high machining heat generation and consequent rapid wear of cutting tool edges during machining. The ultrasonic assisted turning (UAT) has been found to be very effective in machining of various materials; especially in the machining of “difficult-to-cut” material like Ti6Al4V. The present work is a comprehensive study involving 2D FE transient simulation of UAT in DEFORM framework and their experimental characterization. The simulation shows that UAT reduces the stress level on cutting tool during machining as compared to that of in continuous turning (CT) barring the penetration stage, wherein both tools are subjected to identical stress levels. There is a 40–45% reduction in cutting forces and about 48% reduction in cutting temperature in UAT over that of in CT. However, the reduction magnitude reduces with an increase in the cutting speed. The experimental analysis of UAT process shows that the surface roughness in UAT is lower than in CT, and the UATed surfaces have matte finish as against the glossy finish on the CTed surfaces. Microstructural observations of the chips and machined surfaces in both processes reveal that the intensity of thermal softening and shear band formation is reduced in UAT over that of in CT.     

KDP晶体单点金刚石切削表面粗糙度预测及实验研究

采用单点金刚石切削的方法加工了KDP晶体,利用回归分析的方法建立了表面粗糙度预测模型,达到了在加工前设计、预测和控制表面粗糙度的目的。利用预测模型分析了进给量、切削速度、背吃刀量对表面粗糙度的影响。通过优化设计获得了KDP晶体在该条件下的最佳切削参数,得到的表面粗糙度的最佳估计值为6.3389nm。利用最佳的切削工艺参数,加工出了表面粗糙度值为6.895nm的超光滑表面。     

超声振动对光学玻璃加工的锯切力特征研究

超声振动辅助方法已在各种硬脆性材料的加工工艺中得以应用,其优异的加工能力和效果已得到广泛证明。本研究中通过采集有无超声振动条件下锯切光学玻璃的平均锯切力以及单颗金刚石磨粒划擦实验下的力信号,对不同工艺条件下的平均锯切力、单颗磨粒受力特征进行分析。同时通过扫描电镜观察对应力信号下工件与工具加工后表面形貌,进一步通过超声振动下材料去除机理解释超声振动对锯切力影响。结果表明：与传统锯切工艺相比,超声振动辅助使得单颗磨粒划擦过程中的受力降低引起平均锯切力的降低;超声振动改变普通锯切下材料的去除方式;同时可使工具保持良好的锯切状态,降低光学玻璃材料的锯切力比,改善其可加工性。     

衍射光学元件车削补偿技术的研究

超精密单点金刚石车削加工是高精度衍射光学元件制造的重要方法,但是以往的加工方法是直接一次车削加工成型,无法实现具有加工-检测-补偿加工-检测的闭环控制特点的超精密加工,从而导致零件精度较低。针对这种加工技术的缺陷,通过研究衍射光学元件金刚石车削过程和面形状误差补偿,对表面轮廓仪实际测量的轮廓数据进行处理,计算出实际车削曲线与理想曲线之间的法向残余误差,以此获得新的金刚石车削加工轨迹,实现衍射光学元件的超精密闭环控制加工。利用单点金刚石车床对口径78的衍射光学元件进行补偿加工试验,最终使其PV值由10.4 m经过一次补偿加工后降为4.3 m。