超精密单点金刚石车削加工有限元仿真

超精密单点金刚石车削加工有限元仿真

作者:王浩杜雪张志辉

1 概述

超精密加工,在精度等级上代表了发展的最高阶段。通常,按加工精度等级,可将机械加工分为普通加工、精密加工、超精密加工三个不同阶段。随着生产技术的不断发展,划分的界限也逐渐向前推移。就加工精度等级而言,当前普遍认为:精密加工的精度为1-0.1mμ、表面粗糙度为Ra 0.1-0.025mμ;超精密加工的精度高于0.1mμ、表面粗糙度Ra小于0.025mμ。精密和超精密加工主要包括下列三种不同的工艺技术:(1)超精密切削加工;(2)精密和超精密磨削和研磨;(3)精密特种加工,如电子束、离子束加工技术等。单点金刚石车削(SPDT)加工技术(图1)是超精密加工中常用的技术。由于金刚石的硬度高、耐磨性强、导热性优越,金刚石刀具的刃口可以非常锋利(刃口半径可以小于0.05mμ甚至更小),而且金刚石与有色金属的亲和力小。对于铜、铝等有色金属以及塑料可以采用单点金刚石车削的方法,进行数控加工,直接得到超精密的光学表面。

图1 金刚石刀具与单点金刚石车削设备

有限单元法作为一种计算机仿真技术与求解方法,已经被广泛应用于科学研究的各个领域。计算机仿真实验的方法减少了物理实验的成本,加速了实验的过程。近年来,有限元仿真方法也被广泛的应用于加工过程的仿真中,作为一种预测切削力与工件表面质量的工具。本文主要介绍使用MSC.Marc进行单点金刚石车削原理的仿真方法。

2 超精密单点金刚石车削原理

理想状态下,采用圆弧刃单点金刚石刀具进行超精密撤销加工时,在工件加工表面形成轮廓峰和轮廓谷,它们之间的距离,就是所谓的理论残留高度或者理论粗糙度(如图2a)。

图2 单点金刚石切削原理示意图

在实际超精密切削塑性金属时,主切削刃和前刀面的主要任务是去除金属,切削层在前刀面

相关推荐
相关主题
热门推荐