Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Алмазная резка

Алмазное точение - это токарная обработка с использованием режущего инструмента с алмазным наконечником. Это процесс механической обработки прецизионных элементов с использованием токарных станков или производных станков (например, токарно-фрезерных станков , вращающихся приводов), оснащенных алмазными коронками из природного или синтетического материала . Иногда применяется термин « одноточечная алмазная токарная обработка» ( SPDT ), хотя, как и в случае с другими токарными работами, метка «одноточечная» иногда бывает только номинальной (закругленные концы инструмента и инструменты контурной формы являются опциями). Алмазная токарная обработка широко используется для изготовления высококачественных асферических оптических элементов изкристаллы , металлы , акрил и другие материалы. Пластиковая оптика часто формуется с использованием алмазных вставок. Оптические элементы, изготовленные методом алмазной токарной обработки, используются в оптических узлах телескопов , видеопроекторов , систем наведения ракет, лазеров, научно-исследовательских инструментов и многих других систем и устройств. Большинство SPDT сегодня выполняется на станках с числовым программным управлением (ЧПУ). Алмазы также используются в других процессах обработки, таких как фрезерование, шлифование и хонингование. Поверхности с алмазной обработкой имеют высокую зеркальную яркость и не требуют дополнительной полировки или полировки, в отличие от других поверхностей, обработанных традиционным способом.

Процесс [ править ]

Алмазное точение - это многоступенчатый процесс. Начальные этапы обработки выполняются на серии токарных станков с ЧПУ повышенной точности. Токарный станок с алмазными напайками используется на заключительных этапах производственного процесса для достижения субнанометрового уровня чистоты поверхности и субмикрометровой точности формы. [ необходима цитата ] Качество отделки поверхности измеряется как расстояние от пика до впадины канавок, оставленных токарным станком. Точность формы измеряется как среднее отклонение от идеальной целевой формы. Качество обработки поверхности и точность формы контролируется на протяжении всего производственного процесса с помощью такого оборудования, как контактные и лазерные профилометры , лазерныеинтерферометры , оптические и электронные микроскопы . Алмазное точение чаще всего используется для изготовления инфракрасной оптики, потому что при более длинных длинах волн оптические характеристики менее чувствительны к качеству отделки поверхности, а также потому, что многие из используемых материалов трудно полировать традиционными методами.

Контроль температуры имеет решающее значение, потому что поверхность должна быть точной на расстояниях короче длины волны света. Температурные изменения на несколько градусов во время обработки могут изменить форму поверхности в достаточной степени, чтобы оказать влияние. Главный шпиндель может охлаждаться жидким хладагентом для предотвращения отклонений температуры.

Алмазы, которые используются в процессе, невероятно прочны в вертикальном направлении вниз, но очень слабы в вертикальном и боковом направлениях.

Станок [ править ]

Для достижения наилучшего качества природные алмазы используются в качестве одноточечных режущих элементов на заключительных этапах процесса обработки. Токарный станок с ЧПУ SPDT опирается на высококачественное гранитное основание с микрометровой чистотой поверхности. Гранитное основание размещается на пневмоподвеске на прочном основании, при этом рабочая поверхность остается строго горизонтальной. Компоненты станка размещаются на гранитной основе и могут перемещаться с высокой точностью с помощью воздушной подушки высокого давления или гидравлической подвески. Обработанный элемент прикрепляется к воздушному патрону с помощью отрицательного давления воздуха и обычно центрируется вручную с помощью микрометра. Сам патрон отделен от вращающего его электродвигателя другой пневматической подвеской.

Режущий инструмент перемещается с субмикронной точностью за счет комбинации электродвигателей и пьезоэлектрических приводов. Как и в случае с другими станками с ЧПУ, движение инструмента контролируется списком координат, генерируемым компьютером. Обычно создаваемая деталь сначала описывается с использованием модели САПР , затем преобразуется в G-код с помощью программы CAM , а затем G-код выполняется управляющим компьютером станка для перемещения режущего инструмента. [ необходима цитата ] Окончательная поверхность достигается серией проходов резания с уменьшающейся глубиной.

Альтернативные методы алмазной обработки на практике также включают алмазную резку и алмазное фрезерование. Алмазная резка мушкой может использоваться для создания дифракционных решеток и других линейных узоров с соответствующим контуром ромбовидной формы. Алмазное фрезерование можно использовать для создания массивов асферических линз методами резки кольцевого пространства с помощью сферического алмазного инструмента.

Материалы [ править ]

Алмазная токарная обработка особенно полезна при резке материалов, пригодных для использования в качестве компонентов инфракрасной оптики и некоторых нелинейных оптических компонентов, таких как дигидрофосфат калия (KDP). KDP - идеальный материал для алмазного точения, потому что этот материал очень желателен из-за его оптических модулирующих свойств, но из этого материала невозможно изготовить оптику обычными методами. KDP растворим в воде, поэтому обычные методы шлифовки и полировки неэффективны при производстве оптики. Алмазное точение хорошо подходит для производства оптики из KDP.

Как правило, алмазная токарная обработка ограничивается определенными материалами. Материалы, которые легко поддаются механической обработке, включают: [1]

  • Пластмассы
    • Ацеталь
    • Акрил
    • Нейлон
    • Поликарбонат
    • Полипропилен
    • Полистирол
    • Zeonex
  • Металлы
    • Алюминий и алюминиевые сплавы
    • Латунь
    • Медь
    • Золото
    • Никель-фосфорный сплав, нанесенный электролитическим или химическим никелированием на другие материалы
    • Серебро
    • Банка
    • Цинк
  • Инфракрасные кристаллы
    • Сульфид кадмия
    • Теллурид кадмия
    • Фторид кальция
    • Йодид цезия
    • Арсенид галлия
    • Германий
    • Ниобат лития
    • Бромид калия
    • Дигидрофосфат калия (KDP)
    • Кремний
    • Натрия хлорид
    • Диоксид теллура
    • Селенид цинка
    • Сульфид цинка

Наиболее часто запрашиваемые материалы, которые не поддаются механической обработке: [1]

  • Стекла и керамика на основе кремния
  • Черные металлы ( сталь , чугун )
  • Бериллий
  • Титана
  • Молибден
  • Никель (кроме химического никелирования)

Металлические материалы не поддаются механической обработке, потому что углерод в алмазном инструменте химически реагирует с подложкой, что приводит к повреждению инструмента и затуплению после резки на короткие отрезки. Было исследовано несколько методов предотвращения этой реакции, но лишь немногие из них оказались успешными для процессов обработки длинных алмазов в массовом производстве.

При алмазной токарной обработке рассматривается вопрос о повышении стойкости инструмента, так как инструмент стоит дорого. В последнее время в этой отрасли появились гибридные процессы, такие как лазерная обработка. [2] Лазер смягчает твердые и труднообрабатываемые материалы, такие как керамика и полупроводники, что упрощает их резку. [3]

Контроль качества [ править ]

Несмотря на всю автоматизацию процесса алмазной токарной обработки, человек-оператор по-прежнему играет основную роль в достижении конечного результата. Контроль качества является важной частью процесса алмазной токарной обработки и требуется после каждого этапа обработки, иногда после каждого прохода режущего инструмента. Если это не обнаруживается сразу, даже минутная ошибка на любом из этапов резки приводит к дефектной детали. Чрезвычайно высокие требования к качеству оптики с алмазным точением практически не оставляют места для ошибки.

В процессе производства SPDT образуется относительно высокий процент дефектных деталей, которые необходимо выбросить. В результате стоимость производства высока по сравнению с обычными методами полировки. Даже при относительно большом количестве оптических компонентов, производимых с использованием процесса SPDT, этот процесс нельзя классифицировать как массовое производство, особенно по сравнению с производством полированной оптики. Каждый оптический элемент с алмазной точением изготавливается в индивидуальном порядке с большим ручным трудом.

См. Также [ править ]

  • Изготовление и тестирование (оптические компоненты)

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b Марк Крейг Герхман (1986). Фишер, Роберт Э; Смит, Уоррен Дж (ред.). «Технические характеристики и особенности производства оптических компонентов, обработанных алмазной обработкой» (PDF) . Спецификации оптических компонентов для лазерных систем и других современных оптических систем . Спецификации оптических компонентов для лазерных систем и других современных оптических систем. 607 : 36–45. DOI : 10.1117 / 12.956360 . S2CID  135651810 .
  2. ^ Мохаммади, Хоссейн; Пойраз, Х. Богач; Равиндра, Дипак; Паттен, Джон А. (2014). «Одноточечная алмазная токарная обработка кремния с использованием техники микролазерной обработки» . Международная научная и инженерная конференция ASME 2014 . 2 . DOI : 10.1115 / MSEC2014-4138 . ISBN 978-0-7918-4581-3.
  3. ^ Мохаммади, Хоссейн; Пойраз, Х. Богач; Равиндра, Дипак; Паттен, Джон А. (2015). «Улучшение качества поверхности неполированной кремниевой пластины с помощью микролазерной обработки» . Международный журнал абразивных технологий . 7 (2): 107–121. DOI : 10.1504 / IJAT.2015.073805 .