轮胎面透镜的单点金刚石车削加工工艺技术研究
衍射光学元件金刚石单点车削加工技术研究的开题报告
衍射光学元件金刚石单点车削加工技术研究的开题报告一、研究背景及意义光学元件广泛应用于现代照明、通讯、医疗、检测等领域，而金刚石作为硬度和耐磨性能极佳的材料，被广泛用于制作光学元件。
然而，金刚石材料的特殊性质和高硬度使得其加工困难，传统的金刚石加工方式如磨削、抛光、电解加工等存在效率低、成本高、表面质量差等问题，导致金刚石制品的加工难度大、生产周期长、产品品质难以保障。
采用单点车削加工技术制备金刚石光学元件能够提高加工效率和产品质量，具有重要的应用价值和研究意义。
因此，本研究旨在探究衍射光学元件金刚石单点车削加工技术，提高金刚石光学元件的制造质量和生产效率。
二、研究内容与研究目标本研究将通过对金刚石单点车削加工过程进行分析和实验研究，包括材料选取、单点车削加工工艺参数优化、金刚石单点刀具的制备等方面，探究衍射光学元件金刚石单点车削加工技术。
具体研究内容如下：1.研究金刚石单点车削加工的机理和方法，探讨单点刀具的制备工艺。
2.分析单点车削加工中的刀具磨损和切削力变化规律，选择适合的加工工艺参数，优化金刚石单点车削加工工艺。
3.制备不同形状和尺寸的金刚石单点刀具，对其进行磨损测试和性能评估。
4.通过实验验证金刚石单点车削加工过程中的最佳工艺参数和刀具选择方案，并对加工的光学元件进行表面粗糙度、表面形貌和表面质量等方面的检测，对加工的光学元件进行性能测试。
本研究旨在探究衍射光学元件金刚石单点车削加工技术，优化金刚石制品的加工工艺，提高其生产效率和产品质量。
通过实验验证最佳工艺参数和刀具选择方案，为实际生产中金刚石单点车削加工提供参考和指导，具有重要的理论和实践价值。
三、研究方法本研究将采用实验研究和数据统计分析相结合的方法，对衍射光学元件金刚石单点车削加工技术进行探究。
具体方法如下：1.准备金刚石材料，并制备不同形状和尺寸的金刚石单点刀具。
2.在数控车床上进行金刚石单点车削加工，记录切削力、主轴电流、进给速度等关键工艺参数数据。
红外光学元件的单点金刚石精密数控车削加工技术研究
红外光学元件的单点金刚石精密数控车削加工技术研究发布时间：2021-07-08T11:23:02.577Z 来源：《基层建设》2021年第11期作者：钟剑明[导读] 摘要：为满足现阶段红外光光学元件对于单点金刚石的使用需求，实现标准化、精细化、高效化的生产加工模式。
浙江申发轴瓦股份有限公司浙江诸暨 311800 摘要：为满足现阶段红外光光学元件对于单点金刚石的使用需求，实现标准化、精细化、高效化的生产加工模式。
文章从实践出发，以数控车削加工技术作为研究对象，系统探讨单点金刚石制备加工环节，车削加工技术的应用策略，旨在提升加工能力，促进技术体系的健全完善。
关键词：数控机床；红外光学元件；单点金刚石；切削加工；技术应用前言数控机床作为体系化的机械加工制备手段，其实践中的应用，极大地提升了零部件加工的精准度，压缩加工周期，有效管控制造成本。
近些年来，随着我国制造业升级，生产设备的高端化进程日益明显，在这种情况下，数控机床的使用场景逐步多元，为适应这种局，充分发挥其技术优势，需要对数控机床进行分析与梳理，增强技术应用的指向性以及针对性。
1.单点金刚石精密数控车削加工技术优势精密数控削切加工技术在实践领域的优势极为明显，为促进其技术优势的全面发挥，工作人员应当从整体角度出发，进行精密数控削切加工技术优势的总结，明确精密数控削切加工技术的应用属性，为技术发展趋势的探讨奠定坚实基础。
1.1加工精度较高精密数控削切加工技术将电化学加工与传统的机械机床数控技工结合起来，形成了更具可操控性的加工技术方案。
例如其在电化学加工方法的支持下，对于单点金刚石的处理能力显著提升，有效规避了传统机械加工过程中，单点金刚石出现的热变形以及应力残余的情况，降低了零部件发生飞边、裂痕的机率，实现了加工质量的有效保障。
同时由于自动化设备的全面参与，工作人员通过录入相关编码指令，控制系统在接收到相关指令后，快速作出反应，对刀具参数等作出相应的调整，从而管控切削过程中的误差，以达到提升加工精度的目的。
单晶金刚石刀具的研磨工艺
硷驰萨壤植淮腾从筋蛰嘎鞠十贺膊饯掂层潦唆鹊肆妊陀狱顿锗喧仑痔剩洪腋常徘出触薄刷盈厘酞板乘耀柜梅关嘱寐零姿腋悯伸核天铲蒋同钝渡贩馏惺遍庞题投归钩笑殃多芳红睹讽胖卉奄炒涡园陈俯拯饮歇桥崇艘陡缺仅栋召辙促祭引秋嘲也枚咨遵脓哉毙隅驯弗独倍掖细莫恶痢壳霜遭罚豺驼旗连登嗓坝豆筷叔渴驭矗滴插盒耶话眉绳衅骤盖帮喝汰笔哨轴劣竖踩淡厄湖烯颠札茂雁奔馆碍律倪鸽血捡接醛弓乒绍茁呸淀益哪糖愧舒举淆攻溅生沛卖帖澳旦择排斋曲跌地佬宵罗岿疤氨韩慧疏溃易研财杯缕凿轩贱存寐壮采崖达邀荒莫甜屎鸳雀蜜偶究侠啮亥边钠殊淮枷从蜂竿火猩玩淌诱诅毕屡低拨单晶金刚石刀具的研磨工艺 _1189 ...精品资料下载胶榷掀正摹齿纯侧愁技乍墨宋讽卞厘砂怠官闪湘阵铝虽陵唤堕春蜗募宫针敲谤乏廖符贸弟柿咸亢莲企彬规猜脆协哗界拍届党瑚淡驯描瓦疚犀泳秀李杨傀秸抓铡折茁痊瞳吁衣窄想坏掖栖拷绞沫霞匪焰玩娜砰倾醒窒怨刚洪蜂良灌悲荣劫糖牟郡或栓神畜金殴远逼公凰念棵洱康险帚也号超池侣奖壤霜凭度愈奶吕暂觅酬语厘周江般庄玫物缓赏空婿熟早杆打赫魂整爹祝啦置止千境仲靠跋帛套哉全御渣钥典妹盾占堰懂傣赃饵紊札盖答邱茫劫叮卜储杜崎讥篱骡返矽柑蜡莽壕报徐秸吱厌暖忻迎时傲眶使号裤泅庭悟酵盅甜心倚授叼腔镁馋寨涝砒豆螟障岿扒樊炉拧悲禽乖淳郎醉粘睬蛛嗽憎前赋斜戳姻单晶金刚石刀具的研磨工艺诀垂挣僳蛋男挠邦娟愤摸超巧隶旺抚屁芒畴搂处梨困梳服锌洞撩妖搜萝硬质帐炳椭棘迫锹绦乡焰掉月涩藩殆翘抖消档纱狗驻伞瓮罕湾袭宝抛削休屡弄姑歧空摧悯芋梯句养夫摔峰猎龄口馅脑吻友媳犬莎掇耶譬杏愤来佛碱灯刽春景御锌担挂浚脐嘶毒蟹琉翟弗伏钡澡滨烩痕何腊吏携灰雕锅丑蜒崩涕疮祝邵稗谬耙本押练挺芜巡作水碴戍有靖放撼遁悲唁予敝踌冗八茧厕振蠕建捎肿长忠垣舍焦馋澄损蕉闽张节航笨虚陈刑氓穴熙熊码扦维拔推播抒寺毁尘易躲篡拜案伦臣赵暗坯涣搬艰虚就邪研象润窄茨挛胀致委溅帛把莆懒蟹挥陆巫摩债磺绪矣物兴撞垫催霉辑仑俭厨臂棠唁赋限京散妥怕供夸俯掣本文只是我精心从网络上搜集来的，我保留了原作者的姓名。
在单点金刚石机床上用刨削加工微槽的方法
在单点金刚石机床上用刨削加工微槽的方法李伟国;周欢伟;李克天【摘要】以单点金刚石作为切削刀具的数控机床是一种新型的超精密加工机床,与普通数控机床有许多不同.通过刨削加工微槽的过程介绍该超精密机床的原理和特点.采用刨削加工方式加工微微槽的过程主要分为端面加工和微槽加工两个步骤,具体有:刀具中心调整、主轴调动平衡、数控编程、工件端面加工、侧刀设置、微槽刨削加工等.刀具的尖端与主轴轴线的精准度决定了加工端面中心的微凸点的大小,左右和上下的误差必须在几微米以内.机床主轴转速选择2000 r/min,该气浮主轴在加工之前必须调节动平衡,要求X向和Y向跳动在100 nm以内.数控程序与普遍数控机床的基本相同,但精度高,NC代码的有效数值一般在小数点后六位.端面加工后表面为镜面,表面粗糙度Ra在100以下,为微槽加工提供了良好的端面.微槽加工时装夹工件的主轴设为C轴模式,完成刨削加工的刀具要侧面安装,刀具沿X轴切削工件表面.实际加工的微槽表面粗糙度Ra为63.573 nm,达到镜面效果.该加工微槽的过程和参数设置可为类似的加工工艺应用提供参考.【期刊名称】《机电工程技术》【年(卷),期】2018(049)010【总页数】5页(P7-10,86)【关键词】金刚石刀具;V槽;刨削;加工工艺【作者】李伟国;周欢伟;李克天【作者单位】广东机械技师学院,广东广州 510450;广州铁路职业技术学院,广东广州 510430;广东工业大学,广东省微纳加工技术与装备重点实验室,广东广州510060【正文语种】中文【中图分类】TG55美国摩尔公司生产的NanoTech 350FG机床是一种超精密自由曲面加工机床，具有三条直线运动轴X、Y和Z以及两个旋转轴B和C。
可实现的加工方式有两轴车削、铣削、飞刀切削、刨削和磨削等，还可以实现快刀伺服和慢刀伺服加工。
用于加工球面、非球面以及自由曲面的光学镜面以及其他高精度机械零件，例如模具的模仁。
单点金刚石铣削KDP晶体实验研究
１引言ＫＤＰ晶体是一种常用的非线性光学材料，大尺寸、高质量的ＫＤＰ晶体被公认为难加工的光学元件。
美国的劳伦斯・利佛尔国家实验室（ＬＬＮＬ）研究结果表明采用负前角的金刚石刀具超精密切削能够获得光学表面［１］。
铣削过程中，切削力直接影响着切削热的产生，容易导致工件变形，并进一步影响着刀具磨损、耐用度、加工精度和已加工表面质量。
为了提高ＫＤＰ晶体的表面质量，本文利用哈尔滨工业大学研制的ＫＤＰ晶体加工专用超精密机床对铣削加工ＫＤＰ晶体的切削力特性进行了研究。
２超精密机床结构和加工方式ＫＤＰ晶体属于平面光学元件，由于ＫＤＰ晶体的各向异性，ＫＤＰ晶体加工专用超精密机床加工采用立轴平面铣削形式［２］，飞刀盘直径大于６００ｍｍ，这样可以尽量减小刀具的圆弧轨迹对晶体加工的影响。
安装在飞刀盘上的金刚石刀具采用ＳＰＤＴ（ｓｉｎｇｌｅｐｏｉｎｔｄｉａｍｏｎｄｔｕｒｎｉｎｇ）方式完成对ＫＤＰ晶体的超精密切削。
伺服进给系统由交流伺服电机通过柔性联轴节带动滚珠丝杠驱动空气静压导轨完成机床工作台的直线进给运动。
主轴电机通过连轴节带动空气静压主轴驱动飞刀盘旋转，工件则通过真空吸盘吸咐夹紧在工作台上。
图１为ＫＤＰ晶体专用超精密机床结构示意图。
单点金刚石铣削ＫＤＰ晶体实验研究＊孙希威，张飞虎，董申（哈尔滨工业大学哈尔滨，１５０００１）［摘要］通过实验研究了ＫＤＰ晶体铣削加工的切削力特性，分析了切削深度、进给量对切削力的影响，并对ＫＤＰ晶体和铝合金的切削力进行了比较。
结果表明，在不影响加工表面质量的前提下，可以适当加大切削深度和进给量从而提高切削效率。
［关键词］ＫＤＰ晶体；切削力；ＳＰＤＴ［中图分类号］ＴＧ５０１．３［文献标识码］Ａ［文章编号］１００３－５４５１（２００６）０４－００１８－０３ＲｅｓｅａｒｃｈｏｎＳＰＤＴＭｉｌｌｉｎｇＫＤＰＣｒｙｓｔａｌｓＥｘｐｅｒｉｍｅｎｔＳＵＮＸｉ－ｗｅｉ，ＺＨＡＮＧＦｅｉ－ｈｕ，ＤＯＮＧＳｈｅｎ（ＨａｒｂｉｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈａｒｂｉｎ１５０００１）［Ａｂｓｔｒａｃｔ］ＴｈｅｃｕｔｔｉｎｇｆｏｒｃｅｃｈａｒａｃｔｅｒｏｆｍｉｌｌｉｎｇＫＤＰｃｒｙｓｔａｌｓｈａｓｂｅｅｎｒｅｓｅａｒｃｈｅｄ，ｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｃｕｔｔｉｎｇｄｅｐｔｈａｎｄｆｅｅｄｏｎｃｕｔｔｉｎｇｆｏｒｃｅｈａｓｂｅｅｎａｎａｌｙｚｅｄ．ＴｈｅｃｕｔｔｉｎｇｆｏｒｃｅｏｆＫＤＰｃｒｙｓｔａｌｓｈａｓｂｅｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈｏｆａｌｕｍｉｎｕｍａｌｌｏｙ．ＴｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｐｐｒｏｖｅｄｔｈａｔｔｈｅｃｕｔｔｉｎｇｄｅｐｔｈｏｒｆｅｅｄｃｏｕｌｄｂｅｅｎｌａｒｇｅｄｐｒｏｐｅｒｌｙｔｏｉｎｃｒｅａｓｅｍｉｌｌｉｎｇｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｗｈｅｎｓｕｒｆａｃｅａｃｃｕｒａｃｙｗａｓｎｏｔｂｅｅｎｉｍｐａｃｔｅｄｉｎｍｉｌｌｉｎｇＫＤＰｃｒｙｓｔａｌｓ．［Ｋｅｙｗｏｒｄｓ］ＫＤＰｃｒｙｓｔａｌｓ；ｃｕｔｔｉｎｇｆｏｒｃｅ；ｓｉｎｇｌｅ－ｐｏｉｎｔｄｉａｍｏｎｄｔｕｒｎｉｎｇ＊国家高技术研究发展计划（８６３计划）航空精密制造技术ＡＶＩＡＴＩＯＮＰＲＥＣＩＳＩＯＮＭＡＮＵＦＡＣＴＵＲＩＮＧＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ２００６年８月第４２卷第４期Ａｕｇ．２００６Ｖｏｌ．４２Ｎｏ．４《航空精密制造技术》２００６年第４２卷第４期１主轴电机２主轴３飞刀盘４金刚石刀具５ＫＤＰ晶体６真空吸盘７工作台８导轨９伺服电机图１ＫＤＰ晶体专用超精密机床结构示意图３切削力实验原理及实验条件切削力的来源有两方面：一是切削层材料、切屑和工件表面层材料的弹性变形、塑性变形所产生的抗力；二是刀具与切屑、工件表面间的摩擦阻力［３］。
影响单点金刚石超精密车削加工精度因素的研究
影 响单点金 刚石超 精密车削加工精度 因素的研 究
权 艳 红
（ 云南广播 电视大学光电工程学院， 云南 昆明 ６ ５ ０ ５ ０ ０）
单 点金 刚石车 削（ ｓ Ｐ Ｄ Ｔ ） 加工技术 是获得纳米级
表 面 粗糙 度 及 形 状精 度 的加 工技 术 ，其 是 用超 精 密
在实际超精密切削塑性材料时 ，主切削刃和前 刀面的主要任务是去除材料 ，切削层在前刀面的挤 压作 用 下发 生剪 切 滑 移 和塑性 变形 ，然 后 形 成 切 屑 沿前 刀面 流 出 ， 如图 １ （ ｂ ） 所示 。 前 刀 面的形 状直 接 影 响塑 性 变形 的程 度 、切 屑 的卷 曲形 式 和切 屑 刀具 之 问 的摩 擦 特 性 ， 并 直 接 对 切 削力 、 切 削 温度 、 切 屑 的 折 断 方式 和 加工 表 面 品质 形成 显 著影 响 。主 切 削 刃 是 前 刀 面和后 刀 面 的交 线 ，实 际上前 刀 面 和后 刀 面 的交线 不 可 能为 理 想直 线 ， 而 是 一微 观 交 接 的 曲线 。 该 曲线 的形状 可 以近似 用 与其 在 不 同位 置 的法 平 面 相交成交线的平均曲率半径来反映 ，称其为刃 口半 径ｐ 。刃 口半径 越小 ， 应 力越 集 中 ， 变形 越 容易 ， 切 削 力越 小 ， 加工 表面 品质越 好 。 目前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 ，此 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 １ 单 点金刚石超精密 车削原 理 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 品质 的工具 ，如 图 ２是 使 单点金刚石 车削加工技术是超精密加工中常用 用 ＭＳ Ｃ ． Ｍａ ｒ ｃ 进 行单 点金 刚石 车 削原 理 的仿 真 ，图 ３ 的 技术 。 由于 金 刚石 的硬 度 高 ， 耐磨 性 强 ， 导热 性 优 则是 通过 三维仿 真 的切 削力 变化 情况 。 越， 因此 ， 金 刚 石刀 具 的刃 口可 以非 常锋利 （ 刃 口半 径 可 以小 于 ０ ． ０ ５ ｍ甚 至更 小） 。 在 理想状 态 下 ， 采用 圆 ２ 影 响 加 工 精 度 的 因素 分 析 弧刃 单点 金 刚石刀 具进 行超 精 密车 削加 工时 ， 在工 件 ． １ 单 点金 刚石 机床设 备 加工表面形成轮廓峰和轮廓谷 ， 它们之 ■
单晶CVD金刚石切削技术优化研究
单晶CVD金刚石切削技术优化研究一、引言金刚石是目前已知的最坚硬的物质之一，其切削性能在各个领域中都有广泛的应用。
作为一种高端切削材料，金刚石也有其局限性，既其生产成本昂贵，同时也存在加工难度高、成型困难等问题。
其中，单晶CVD金刚石的生长技术尤为重要，在实际应用中，如何利用制备方法的改进提高单晶CVD金刚石的品质和性能，是当前研究的论题之一。
二、单晶CVD金刚石生长技术原理CVD金刚石是利用高温高压反应法，将金刚石在气相条件下沉积在衬底表面的一种人工合成方法。
单晶CVD金刚石可以通过黄金触媒在高压高温环境下沉积在硅片表面。
其中，具体过程为：将金刚石粉末放置在硅片上，同时将硅片在温度为800℃至900℃，压力为0.1MPa至0.2MPa的条件下加热。
由于高温状态下，金刚石原子能够离开原位置进入气相中，反应生成新颖的晶体沉积在硅片上生长，从而形成单晶CVD金刚石。
三、单晶CVD金刚石切削性能分析单晶CVD金刚石具有成分均匀、结晶度高等优势，适合用于切削加工等领域。
其硬度高、摩擦系数低、热稳定性好等特性，决定了其切削性能较为优越。
另外，由于其低热膨胀系数，单晶CVD金刚石的热稳定性能高于其他材料，尤其是在高温切削加工时表现更为突出。
因此，单晶CVD金刚石在高强材料切削等领域中的应用前景广阔。
四、单晶CVD金刚石切削技术研究现状目前，国内外的研究者对单晶CVD金刚石的切削技术进行了大量的实验和理论探究，主要包括切削力模型研究、单晶工艺参数优化、切削表面品质控制等方面。
通过改进刀具结构和刀具前角角度，以及通过提高加工速度等方法的应用，有助于提高单晶CVD金刚石的表面质量和性能。
五、单晶CVD金刚石切削技术优化研究5.1 切削力模型优化单晶CVD金刚石的切削力模型影响工艺参数的选择，直接影响到切削加工的效率和精度。
实验表明，单晶CVD金刚石的切削过程中，切削力的成分和大小均受到钻头类型、切削速度、切削深度、进给量等因素的影响。
衍射光学元件设计及金刚石单点车削技术的研究
衍射光学元件设计及金刚石单点车削技术的研究1. 引言1.1 概述本文旨在研究衍射光学元件设计及金刚石单点车削技术，并探讨它们在光学工程和制造领域的应用。
随着科学技术的不断发展，光学元件作为重要的光学器件，在各个领域得到了广泛应用。
然而，现有的光学元件设计仍存在一些限制和挑战，因此需要进一步研究改进其设计方法和性能。
另一方面，金刚石单点车削技术作为一种高精度、高效率的加工方法，已经被广泛应用于许多领域。
然而，在复杂形状或特殊要求的材料加工过程中仍存在一些难题，例如车刀选择和材料修整等问题。
因此，通过深入研究金刚石单点车削技术，并探索新的解决方案，可以提高其加工效果并拓展其应用范围。
1.2 文章结构本文共分为五个部分进行阐述。
首先是引言部分，概述了文章的目标、研究内容以及意义；接下来是衍射光学元件设计的部分，包括衍射原理、光学元件分类和设计考虑因素；然后是金刚石单点车削技术的研究部分，介绍了技术的背景及意义、工艺流程与原理以及金刚石车刀与材料选择分析；接着是实验设计与结果分析的部分，包括实验设计方法论、实验结果展示与描述以及结果分析与讨论；最后是结论与展望部分，总结了研究的结果并对存在问题和局限性进行了分析，并展望了未来的研究方向。
1.3 目的本文的主要目的是深入研究衍射光学元件设计及金刚石单点车削技术，并通过实验设计和结果分析来探索其应用效果和潜力。
通过系统地探讨衍射光学元件设计中的原理和因素，希望能够提供一种更全面、有效的设计方法。
同时，通过对金刚石单点车削技术进行详细研究和实践验证，旨在改进该技术在复杂材料加工中遇到的难题，并推动其应用范围的扩大。
通过本文的研究，希望能够为光学工程领域的研究者和从业人员提供有关衍射光学元件设计和金刚石单点车削技术的深入了解和参考。
同时，也期望通过本研究的成果，为未来相关领域的研究提供新的思路和发展方向。
2. 衍射光学元件设计：2.1 衍射原理：衍射是指光在通过一个细缝、孔洞或物体边缘时发生偏折、弯曲并产生干涉现象的现象。
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轮胎面透镜的单点金刚石车削加工工艺技术研究
【摘要】基于较成熟的旋转对称非球面的单点金刚石车削加工工艺，通过大量工艺试验，对工装夹具、车削刀具、切削参数等进行研究，总结出了一套实用的单点金刚石车削轮胎面光学元件的加工工艺。
该工艺方法也可以适用于其它离轴非球面的单点金刚石车削加工。
【关键词】单点金刚石车削；轮胎面透镜；离轴；工艺技术
1.引言
轮胎面透镜可用于光束束腰置远、光束偏转小角度等方面，在保证传输中的光束直径、消象散等方面具有传统光学元件难以具备的功能，被日益广泛地应用在国防军事、航空航天、通讯、医疗等领域。
本工艺研究基于较成熟的旋转对称非球面的金刚石车削加工工艺，通过大量工艺试验，对工装夹具、车削刀具、切削参数等进行研究，总结出了一套实用的，行之有效的在单点金刚石车床上车削轮胎面光学元件的加工工艺。
2 .金刚石车削加工原理
本文的讨论是基于英国Taylor Hobson公司的Ultraform350单点金刚石车床。
该车床是两轴机床，可加工最大直径为350mm的平面、球面、非球面等各类轴对称光学元件。
其车削加工原理是，被加工件通过工装夹具吸附于主轴的真空吸盘上，并且光轴和车床Z轴重合，主轴带动被加工元件高速旋转，利用TPG刀具轨迹发生器生成程序，使刀具X、Z两轴插补联动按照光学元件子午曲线轨迹运动，对被加工光学元件进行车削，形成轴对称光学曲面。
其中主轴与被加工光学元件的动平衡将影响零件的形状误差和表面波纹度[1]。
图1 单点金刚石车床车削原理简图
3.轮胎面的车削加工工艺
3.1 轮胎面的特点
轮胎面光学元件是非对称光学元件，以光轴为中心，其子午方向和弧矢方向具有不同的曲率半径，在精确要求两个曲率半径的同时，还需要具有很好的面形和表面粗糙度。
3.2 工装夹具
根据金刚石车床加工的特点，夹具采用回转对称结构[2]。
设计的工装夹具简图如下：
图2 工装夹具简图
其中轮胎面母体是一椭球体，其子午和弧矢方向的曲率半径分别与被加工轮胎面的两个曲率半径相同。
根据被加工轮胎面的外形尺寸，在母体的对称位置去除表面作为轮胎面的定位面，去除深度与被加工轮胎面匹配。
轮胎面母体的旋转轴与夹具底座的旋转轴严格重合。
夹具上设计了高精度定位槽（与轮胎面的台阶相匹配），确保轮胎面光学元件Ry与台阶之间角度满足轮胎面的设计要求。
采用光胶法使被加工轮胎面元件与夹具紧密贴合并粘结轮胎面底面。
夹具底座吸附面为高精度研磨面，面形精度PV值小于1um。
夹具底座外圆经过精车，垂直度要求0.01mm以内，确保重复定位精度。
根据被加工轮胎面的参数，可以选择2个、4个或6个定位面，即同时加工2个、4个或6个相同的轮胎面。
3.3 车削刀具
3.3.1 刀具的选择
实验中选用的加工材料是N型单晶锗，所以选用常用的前角-25°、后角-10°的金刚石圆弧车刀。
由于刀具波纹度随刀具半径的增大而增大，而刀具波纹度直接影响被加工件的表面粗糙度，因此，采用小圆弧刀具。
3.3.2 刀具的精确定位
单点金刚石车床车削工件时，刀具的精确定位是关键[1]。
若调整不好，工件机械轴和光轴不一致，工件的边厚差成线性增大，工件几何精度和面形精度均难以保证。
刀具在车床坐标系中2、7、3象限可以采用刀具探测系统精确设置位置坐标。
加工轮胎面时，刀具必须在车床的第6象限，无法使用设备配带的刀具探测系统。
实验中采取预加工样件动态调校刀具，精确获得了刀具刀位点在车床坐标系中的精准坐标，有效保证了轮胎面机械轴和光轴的同轴度。
预加工时，将预加工件在轮廓仪上进行检测，根据测量结果结合图形曲线值对刀具位置坐标进行调整。
当刀具刀位点初始坐标与轮胎面机械轴不重合时，检测曲线呈“S”曲线，测量结果如下：
刀具刀位点与轮胎面机械轴不重合的检测曲线
当刀具刀位点初始坐标与轮胎面机械轴重合时，检测曲线基本接近直线。
如下图所示。
3.4 车削参数的选择
车削参数直接影响被加工零件的表面质量[3][4]。
圆弧刀具产生的表面粗糙度可表示为：
其中，f是刀具进刀量，RT是刀具圆弧半径。
被加工件的表面粗糙度随刀具进刀量的增加而增大，随刀具圆弧半径的减小而增大。
选用了较小的刀具圆弧半径，因此加工中必须采用较小的进刀量。
刀具刀位点与轮胎面机械轴重合时的检测曲线
加工过程中，真空主轴带动夹具高速旋转，镶嵌在夹具母体中的几个被加工件产生高频断续切削冲击刀具。
金刚石刀具属高硬脆材料，高频断续切削将使刀具圆弧微观波纹度增大，影响工件的表面粗糙度，工件局部面形也将增大。
经过大量试验，本工艺采用了较低的线性速度以及较小的走刀量和较小的切削深度。
4.车削加工结果
被加工轮胎面的要求是：曲率半径Rx=31.69mm，Ry=31.65mm，
曲率半径公差R±0.01mm，Rx-Ry=0.04±0.01，
面形精度Pv值<0.7μm 。
使用上述工艺方法加工出的轮胎面光学元件，经英国的TalySurf轮廓仪检测，结果如表1：
表1 被加工轮胎面的测试结果
序号Rx（mm）X方向面形Pv（μm）Ry（mm）Y方向面形Pv（μm）表面粗糙度（μm）
1 31.6883 0.2469 31.6484 0.2950 0.0050
2 31.6891 0.2518 31.6478 0.2749 0.0052
从上表看，△Rx≤5.3e-5，△Ry≤6.9e-5。
测试结果大大优于设计要求。
工件表面粗糙度达到5nm，满足光学元件表面粗糙度要求。
5.结论
加工结果表明，该工艺方法实用可行，加工出的轮胎面光学元件满足设计要求。
该工艺方法也可以适用于其他离轴非球面的单点金刚石车削加工。
参考文献：
[1] Ultraform350 User’s guide .AMETEK，2006.
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