Повышение качества оптических поверхностей элементов приборов алмазным шлифованием на сверхточных станках (1025559), страница 11

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 11)

2.18. Графики зависимости шероховатости поверхности внаправлении поперечной подачи от параметров: а) частоты вращениязаготовки n2 ; б) ширины алмазоносного слоя B ; в) концентрации зерен валмазоносном слое K ; г) износа алмазного зерна hizn79На Рис. 2.18, в приведена зависимость шероховатости поверхности внаправлениипоперечной подачи от концентрации алмазныхзеренвалмазоносном слое при аналогичных условиях для n2  0,1 об/мин и B  0,05 м:1 – K  75 %; 2 - K  100 %; 3 - K  125 %; 4 - K  150 %.На Рис. 2.18, г приведена зависимость шероховатости поверхности внаправлении поперечной подачи от износа алмазных зерен при аналогичныхусловиях для n2  0,1 об/мин и B  0,05 м, K  150 %: 1 – hizn  0 нм; 2 –hizn  50 нм; 3 – hizn  100 нм.НаРис.2.19приведеныграфикизависимостишероховатостиповерхности в поперечном направлении - по выражению (2.46) от поперечнойподачи при B  0,05 м, K  150% , n1  1000 об/мин, t  5 мкм, Dzag  0,2 м, n2  0,2об/мин для алмазных зерен размером: 2 мкм; 3 мкм; 5 мкм.

Расчеты дляпостроения графиков на Рис. 2.19 проведены для износа зерна равного 50 нм.Из графиков на Рис. 2.19 следует, что при уменьшении зернистостиалмазоносного слоя шероховатость поверхности уменьшается. Для того, чтобышероховатость поверхности в поперечном направлении не превышала 10 нм,величина алмазного зерна должна быть 2/3 мкм (с наличием зерен размерами до5 мкм по ГОСТ 9206-80), скорость поперечной подачи заготовки при этомдолжна быть не более 0,00045 м/мин.Анализ выражений (2.43)-(2.46) и Рис. 2.17, 2.18 и 2.19 показывает, чтодля достижения шероховатости поверхности в продольном и поперечномнаправлении менее 10 нм необходимо выбирать:- радиус шлифовального круга не менее 0,075 м;- продольную подачу заготовки не более 0,06 м/мин;- частоту вращения заготовки не менее 0,1 об/мин;- ширину алмазоносного слоя не менее 0,05 м;- концентрацию зерен в алмазоносном слое не менее 150%;- поперечную подачу не более 0,0002 м/мин при неизношенном зерне;- размер алмазного зерна не более 2 мкм.80Rmaxprod, нм2 мкм3 мкм5 мкм201510500,000250,00030,000350,00040,000450,0005Spop, м/минРис.

2.19. Графики зависимости шероховатости в поперечном направлении отподачи и зернистости алмазоносного слояКроме того, необходимо учитывать, что с увеличением износа алмазногозерна шероховатость поверхности в поперечном направлении уменьшается[81-85]. Так, при hizn  100 нм, поперечная подача увеличивается с 0,0002 м/миндо 0,0006 м/мин (Рис. 2.18, г). Поэтому для повышения производительностишлифования необходима приработка алмазного круга.Методика назначения режимов приработки круга и шлифованияприведена в Главе 5.2.8. Расчет глубины трещиноватого слоя оптической поверхностиГлубина трещиноватого слоя при плоском шлифовании перифериейкруга зависит от величины медианной трещины и определяется кинематикойрезания.

На Рис. 2.20 приведена схема расчета глубины трещиноватого слоя дляплоского шлифования периферией круга. Для каждого зерна поверхность круга81сдвигается на величину S prod . При этом следы от круга пересекаются подz S prod z некоторым углом krit  arcsin .2RКак было показано выше, толщина срезаемого слоя при плоскомшлифовании периферией круга является величиной переменной. На Рис. 2.20 внаправлении подачи шлифовального круга толщина срезаемого слоя будетувеличиваться. Зерно по мере вращения круга меняет свое угловое положение.При прохождении зерном углового положения, задаваемого углом krit наобрабатываемой поверхности, можно отметить:1) еслитолщинасрезаемогослояazkrit azkrit ,тодлинаобразовавшейся медианной трещины равна Cmkrit и ее величина определяетсявыражением (1.5);2) еслитолщинасрезаемогослояazkrit azkrit ,тодлина  и ееобразовавшейся медианной трещины зависит от силы резания Cmi Fznвеличина определяется выражением (1.6).В общем виде глубина трещиноватого слоя при плоском шлифованиипериферией может быть записана: azkrit ,Htr  R  Cmkrit coskrit  R, azkrit  cosi  R , azkrit  azkrit .Htr  max  R  Cmi Fzn(2.47)(2.48)82Рис.

2.20. Схема расчета глубины трещиноватого слоя при плоскомшлифовании периферией кругаНа Рис. 2.21. приведены зависимости длины медианной трещины оттекущей толщины срезаемого слоя.83Cm, мкм121001010,101020304050az, нм4050az, нма)Cm, мкм0,30,20,100102030б)Рис. 2.21. Зависимость длины медианной трещины от текущей толщинысрезаемого слоя: а) для зернистости 8 мкм; б) для зернистости 2 мкмНа Рис. 2.21, а приведена зависимость длины медианной трещины оттолщины срезаемого слоя единичным зерном: 1 - для зерна размером 8 мкм сизносом hizn  630 нм; 2 - для зерна размером 8 мкм с износом hizn  200 нм.Для hizn  630 нм при az  azkrit длина медианной трещины определяетсявыражением (1.5).

При az  azkritтрещина «страгивается» и ее длинаопределяется выражением (1.6). Максимальная длина трещины по Рис. 2.21, а -8419,85 мкм. Глубина трещиноватого слоя в данном случае определяетсявыражением (2.48) и составляет 19,7 мкм.На Рис. 2.21, б приведена зависимость длины медианной трещины оттолщины срезаемого слоя единичным зерном для зерна размером 2 мкм сизносом hizn  200 нм.Поскольку при hizn  200 нм разрушение обрабатываемого материалазернами размерами 8 мкм и 2 мкм происходит по пластичному механизму,величина медианных трещин равна и составляет 0,28 мкм. Глубинатрещиноватого слоя определяется выражением (2.47) и составляет 0,28 мкм.В случае плоского шлифования периферией с наклоном оси кругаглубина трещиноватого слоя может быть определена по схеме, приведенной наРис.

2.22. Поскольку медианные трещины распространяются перпендикулярновектору скорости резания, глубина трещиноватого слоя зависит от угла наклонаоси круга.Кроме того, поскольку медианная трещина распространяется только вплоскости траектории движения зерна, необходимо учитывать размермикротрещин, которые имеют объемное распространение в соответствии сРис. 1.4. Микротрещины распространяются концентрично вокруг алмазногозерна под углом   20...50 к поверхности. Максимальный размер микротрещинопределяется исходя из выражения (1.8).При плоском шлифовании периферией с наклоном оси круга длинамедианных трещин не изменяется.

Глубина трещиноватого слоя, в свою очередь,определяется выражениями :H tr   R  Cmkrit coskrit  R  sin   azkrit ,, azkritCmikr sin      max  R  CFzn cos i  R sin   mi,a azkrit .H tr  Cmikr sin      ,       90 zkritmax  R  Cm Fz cos i  R sin   ,       90 in (2.49)(2.50)85Вид ГРис.

2.22. Схема расчета глубины трещиноватого слоя при плоскомшлифовании периферией с наклоном оси кругаТак, для зерна размером 8 мкм с износом hizn  630 нм при использованиисхемы с наклоном оси круга глубина трещиноватого слоя, рассчитанная повыражению (2.50) составит 2,62 мкм. Для зерна размером 8 мкм с износомhizn  200 нм при использовании схемы с наклоном оси круга глубинатрещиноватого слоя, рассчитанная по выражению (2.49) составит 0,04 мкм.86НаРис.2.23приведеныдиаграммы,показывающиеглубинутрещиноватого слоя для различной зернистости при использовании схемыплоского шлифования периферией и плоского шлифования периферией снаклоном оси круга.Как видно из Рис. 2.23 при использовании схемы плоского шлифованияпериферией с наклоном оси круга глубина трещиноватого слоя уменьшается,даже если материал в зоне резания разрушается по хрупкому механизму.Плоское шлифованиеперифериейПлоское шлифованиеперифериейHtr,мкм100Плоское шлифованиепериферией с наклоном осикругаHtr,мкм1Плоское шлифованиепериферией с наклоном осикруга1010,10,10,010,0112а)б)Рис.

2.23. Глубина трещиноватого слоя при использовании различныхсхем шлифования: а) для зернистости 8 мкм: 1 - hizn  630 нм; 2 - hizn  200 нм;б) для зернистости 2 мкм hizn  200 нм2.9. Выбор угла наклона оси с учетом параметров круга и глубинытрещиноватого слояМинимальное значение угла наклона оси шлифовального кругаопределяется глубиной резания и радиусом круга в соответствии с выражением:t  min kin  arcsin   .R(2.51)87При установке круга на исполнительную поверхность шлифовальногошпинделя после правки производят измерение биения рабочей поверхностишлифовального круга. Биение рабочей поверхности шлифовального кругаскладывается из биения исполнительной поверхности шпиндельного узла иразновысотности алмазных зерен.

При использовании сверхточного станкабиение поверхности шлифовального шлпинделя не должно превышатьshp  0,1мкм.Максимальнаяразновысотностьалмазныхзеренприкоэффициенте заделки алмазного зерна  составляет x . Таким образом, условиеминимального угла наклона оси, определяемого кинематикой резания, биениемшпиндельного узла и разновысотностью алмазных зерен представляет собойследующее выражение: t  shp  x min  arcsin R.(2.52)Для шлифовального круга радиусом 75 мм и глубины резания 5 мкм,минимальный угол наклона оси, рассчитанный по выражению (2.52), составляет:для зернистости 2 мкм - 0,0046 °; 3 мкм – 0,005 °; 5 мкм – 0,0058 °.Максимальное значение угла наклона оси определяется глубинойтрещиноватого слоя.

Характеристики

Список файлов диссертации