❶ 玻璃加工顺铣逆铣哪个好
玻璃属于硬脆材料,很早以前就被用于我们的日常生活中。近年来,随着IT产业的发达,玻璃作为光学器件的结构材料,其需求量不断增加。此外,在材料开发、医疗、制药、环保等各个领域,玻璃作为检查基板的制作材料,其用量也越来越大。这些构件所需玻璃制品的生产,可大致分为两类:平面或曲面加工和微细形状加工。前者通过化学机械研磨(CMP)工序,目前已确立了纳米级的高水平表面加工技术。而对于后者,由于玻璃具有易碎、易缺损的特性,以前,用机械方法直接进行加工被认为十分困难,因此一般是利用氢氟酸进行化学去除法加工。近年来,采用激光、等离子等各种加工方法,也可以实现对软玻璃的微细加工。但是,这些加工方法所使用的设备复杂,所需费用也相当高。大家都寄希望于开发出价格低廉、操作简单的加工方法。
基于这种现状,近年来,利用机械加工方法对玻璃材料进行切削试验的研究以及技术开发不断增多。最近,日本的竹内教授等人报告了利用立铣刀对玻璃进行三维形状加工的研究,其可行性和实用性值得期待。作者着眼于立铣刀的切削机理,对玻璃材料进行了10μm以上的沟槽加工试验,以考察其切削特性。本文介绍了用球头立铣刀加工玻璃材料的切削特性及应用实例。
立铣刀对玻璃的塑性-脆性混合模式切削
从刀具轴对应的垂直断面内的刃口轨迹,以及刃口轨迹与后续刃口轨迹的干涉曲线模式可以看出,立铣刀在旋转的同时由下向上运动,每旋转一次就将切除一部分材料。在这种加工过程中,刃口不断地切入和切出(脱离)材料。因此,刃口每旋转一次的切削厚度由0增加到最大切削厚度,然后又逐渐减少到0。随着刀具的移动,其余部分随后也被切削。如果玻璃的切削厚度在1μm以下,就会与金属一样生成切屑,在不发生脆性龟裂的情况下实现材料的去除。因此,将切削厚度保持在1μm以下,可使加工表面不受到脆性损伤。在实际加工过程中,由于主轴的振动及刀具弯曲的影响,并不能得到理想的切削轨迹。在刃口切入部位和切出部位附近,加工表面的创建机理也存在同样的情况。因此,要设定适当的主轴转速和进给速度,才能实现对玻璃的塑性加工。
用球头立铣刀加工时,切削刃轨迹的旋转半径随着刀具轴方向高度的提升而增大。因此,根据上述机理,从沟槽底部到沟槽上部形成加工表面时,即使沿轴向的切深较大,加工表面也不会发生脆性损伤。但是,刃口底部的旋转半径过小,切削速度很低。因此,为了提高切削性能,将刀具向进给方向倾斜一定角度,以保持一定的切削速度来进行加工。
切削特性
选用光学显微镜中观察标本所用的载物玻璃片(材料为无铅玻璃,成分为:72%SiO2,18%K2CO2,10%CaCO2)进行切削试验,观察球头立铣刀在加工过程中所呈现出的特性。在切削试验中,为了达到倾斜切削模式,将由无刷电机驱动的精密主轴朝刀具进给方向倾斜45°。在切削试验中,采用了在加工中心主轴头上安装工具系统夹持刀具的惯用方法,并将刀具倾斜。试验所用切削刀具为直径4mm、球头曲率半径为0.2mm的硬质合金球头立铣刀,刀具表面涂覆有TiAlN涂层。为了给刃口提供充足的切削液,需将玻璃工件放置在桌上的水槽内,在水中进行切削加工。
在转速80000rpm、进给速度0.06mm/min、切深18μm的加工条件www.xiangshui88.com 下,减采用干式切削和水中切削方式加工出的光学玻璃表面情况进行对比。刀具由下方进给至上方,刃口从左侧切入,右侧切出。结果显示,干式切削的加工表面质量比湿式切削效果差,在沟槽部可以观测到脆性损伤,且切削面不完整,沟槽宽度不稳定。与上述试验所用的玻璃材质不同,对经过磨削加工的石英玻璃干燥后的试验片和水浸后的试验片的维氏硬度进行了比较。在韦布尔概率纸上的比较曲线表明,玻璃在附着水分后,与干燥时相比,机械强度有所降低。由此可认为,在水中进行切削时,由于玻璃的机械性强度降低,因而可以提高切削性。
球头立铣刀以0°倾角(即未倾斜)和沿进给方向的45°倾角加工光学玻璃后(切削条件:转速20000rpm,切深0.018mm,进给速度0.48mm/min;湿式切削),二者加工表面质量的对比结果表明,后者可获得更好的加工效果。球头立铣刀倾斜切削光学玻璃时(切削条件:转速80000rpm,切深0.020mm,进给速度0.48mm/min;湿式切削),如果使用双刃球头立铣刀进行不倾斜加工,一个刀刃从材料中切出时,另一个刀刃就开始切入材料。但是,如果将刀具倾斜,在切深小于刀具半径的情况下,就会存在切削力为零的情况,即两个刀刃均未进行加工,材料与刀具没有接触,此时刀具就会冷却。此外,由于实际切削时间较短,因此切削热传入刀具的时间也较短。如将刀具倾斜,虽然刃口的切削面积增大,但因切削时间变短,冷却时间增加,因此仍然能够抑制刀具温度上升。
从主轴转速对光学玻璃表面加工质量影响的对比结果(切削条件:切深0.018mm,每齿进给量12nm/齿;湿式切削)可知,当转速增加时,刃口切出(脱离工件材料)部位容易发生脆性损伤,且在40000rpm和80000rpm转速下还可看到切屑粘着现象。从在各www.flm8.com 转速下进行50mm切削加工时刀具磨损情况的比较可知,在40000rpm和80000rpm转速下,刀具磨损严重,刃口形状发生了变化。而在20000rpm转速下,刀具磨损较小,刃口形状稳定。
从在20000rpm转速下,切深为20μm时,采用不同进给速度湿切光学玻璃时获得的加工表面可以看出,当进给速度增加后,沟槽右侧的脆性损伤面积扩大。在相同的切削条件下,用FIB切断顺铣一侧和逆铣一侧的加工表面,观察到的各自断面情况可知,在顺铣一侧,没有观察到龟裂现象,加工表面情况良好;而在逆铣一侧,表层数微米深度范围以内,可以看到沿切削方向有扩展的裂纹。因此,用立铣刀对玻璃进行沟槽加工时,采用切削厚度减少的逆铣切削模式容易发生脆性损伤。
从在各种进给速度下,光学玻璃加工表面粗糙度的变化情况(切削条件:转速20000rpm,切深0.018mm;湿式切削)可知,进给速度越小,表面粗糙度越好。但是,当进给速度小于0.24mm/min时,加工表面质量则恶化。在进给速度分别为0.06mm/min和0.48mm/min时获得的加工表面质量对比情况可知,当进给速度为0.06mm/min时,加工表面可以看到大面积的划痕;也就是说,如进给速度过小,因刀具的弯曲会引起漏切,旋转的刃口不能一次性切掉材料,需经过数次切削才能不规则地将材料去除。因此,如进给速度过小,加工效果也不好。
玻璃立铣加工的应用
在对光学玻璃进行深度为20μm(宽度196μm)的纵沟和深度为15μm(宽度152μm)的横沟所构成的直角沟槽加工实例中,所用刀具为直径为0.4mm和0.5mm的球头立铣刀,主轴转速20000rpm,进给速度0.48mm/min,湿式切削。制作该产品是为了提高DNA微阵列的检查精度(相当于沟槽加工后剩余面积的10×10个微表面上将附着定量的DNA,多余的DNA将从沟部溢出)。可以看出,切削后的加工表面没有脆性损伤,情况良好。
检查基板所要求的微细沟槽深度一般在100-200μm左右。如果忽略刀具本身弯曲度的话,在轴向高度上就不能按切削机理来考虑。因此,要设定适当的切削条件,即使是进行一次切削100μm以上的加工,也可以在不损坏玻璃的情况下实现加工。
以上介绍了玻璃材料的高效立铣加工实例。与一般的金属切削相比,加工玻璃采用的切削进给速度相当低。但是,与像划痕试验的刮削方式等切削加工相比,从可以一次性深切削加工这一点来说,它确实能够实现玻璃的高效加工。
以前没有考虑过能采用立铣刀、以刃口切入切出方式对玻璃材料进行铣削加工,但是,如本文介绍所表明的,只要正确、灵活地采用切削机理,就可以在不损坏玻璃的前提下实现其切削加工。
为了提高玻璃立铣加工的实用性和加工效率,需要注意以下两点:
(1)合理设计适用于玻璃切削的立铣刀切削刃形状。
(2)刀具应沿切削进给方向保持倾斜姿态,灵活地进行各种沟型的加工。
对于第一点,2006年与日立工具共同开发了8刃球头立铣刀。对于第二点,在2005-2006年,经济产业省下属单位试制了加工机械,证明了其可行性。今后的课题主要是对刀具材料(尤其是涂层材料)的研究,以求提高刀具的耐磨损性能。
只要有能使刀具倾斜的设施条件,本文介绍的切削方法很容易引入机械加工生产现场,不需要使用其他特殊设备。
❷ 三种节流调速回路中溢流阀的作用和工作状态
1、回油节流调速回路
缸的回油路上,与进油路并联一个溢流支路,通过调节液压缸回油量来调节液压缸的进油量,这种调速回路称为回油节流调速回路。与进油节流调速回路的调速原理相似,调节节流阀开口面积的大小,改变了并联支路上溢流阀的溢流量,也就改变了液压缸有杆腔排出的流量,实现液压缸活塞运动速度的调节。
2、旁路节流调速回路
旁路节流调速回路由定量液压泵、液压缸、节流阀和溢流阀组成,节流阀安装在与液压缸并联的旁油路上。定量液压泵输出的压力油一部分进人液压缸,另一部分通过节流阀流回液压油箱。通过调节节流阀的开口面积,来控制定量液压泵流回液压油箱的流量,从而也就控制了进入液压缸的流量,实现液压缸活塞运动速度的调节。
3、进油节流调速回路
进油节流调速回路节流阀串联安装在定量液压泵出口和液压缸入口之间,所以称为进油节流调速回路。定量液压泵输出的油液一部分经过节流阀流入液压缸的无杆腔,推动活塞运动,另一部分油液通过与定量液压泵并联的溢流阀流回液压油箱。由于溢流阀有溢流,定量液压泵出口压力p,就是溢流阀的调整压力并基本保持恒定。
(2)逆铣提升泵扩展阅读
由于溢流已由节流阀承担,故溢流阀作安全阀用,回路正常工作时溢流阀关闭,过载时溢流阀打开,溢流阀调定压力为最大工作压力的1.1~1.2倍。液压泵的工作压力随外负载变化。
应定期将安全阀拆下进行全面清洗、检查并重新研磨、整定后方可重新使用。安装在室外的安全阀要采取适当的防护措施,以防止雨、雾、尘埃、锈污等 脏物 侵入安全阀及排放管道,当环境低于摄氏零度时,还应采取必要的防冻措施以保证安全阀动作的可靠性。
❸ 串联缸的应用场合有哪些
节流调速路通液压路采用流量调节元件(节流阀或调速阀)实现调速种路般根据流量调节阀路位置同进油节流调速、油节流调速及旁路节流调速三种
①采用节流阀进油节流调速路图7-1所示节流阀进油节流调速路种调速路采用定量泵供油泵与执行元件间串联安装节流阀泵口处并联安装溢流阀种路工作溢流阀保证泵输油液压力达稳定状态该路称定压式节流调速路泵工作输油液根据需要部进液压缸推塞运部经溢流阀溢流油箱进入液压缸油液流量由调节节流阀口决定
进油节流调速路易负载变化较工作情况使用种情况速度变化效率低主要原溢流损失液压系统两种速度要求场合用双泵系统
②采用节流阀油节流调速路油节流调速路节流阀装液压系统液压缸油路其速度负载特性与进口节流调速进油节流调速路同适合于功率、负载条件
进油节流调速与路节流调速虽其流量特性与功率特性基本相同使用所同面讨论几主要同
首先承受负载能力同所谓负载与液压缸塞运向相同负载比起重机向运重力铣床与工作台运向相同铣削(逆铣)等等显口节流调速路承受负载进口节流调速则能需要油路加背压阀才能承受负载需提高调定压力功率损耗
其口节流调速路油液通节流阀温度升高所产热量直接返液压缸油箱散掉;进口节流调速路则进执行机构增加系统负担
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❹ 试述进口节流调速,出口节流调速和旁路节流调速三种方法的优缺点及应用场合
节流调速回路是通过在液压回路上采用流量调节元件(节流阀或调速阀)来实现调速的一种回路,一般又根据流量调节阀在回路中的位置不同分为进油节流调速、回油节流调速及旁路节流调速三种。
①采用节流阀的进油节流调速回路如图7-1所示节流阀进油节流调速回路,这种调速回路采用定量泵供油,在泵与执行元件之间串联安装有节流阀,在泵的出口处并联安装一个溢流阀。这种回路在正常工作中,溢流阀是常开的,以保证泵的输出油液压力达到一个稳定的状态,因此,该回路又称为定压式节流调速回路。泵在工作中输出的油液根据需要一部分进人液压缸,推动活塞运动,一部分经溢流阀溢流回油箱。进入液压缸的油液流量的大小就由调节节流阀开口的大小来决定。
进油节流调速回路不易在负载变化较大的工作情况下使用,这种情况下,速度变化大,效率低,主要原因是溢流损失大。因此,在液压系统中有两种速度要求的场合最好用双泵系统。
②采用节流阀的回油节流调速回路回油节流调速回路就是将节流阀装在液压系统的液压缸回油路上,其速度负载特性与进口节流调速一样。进油节流调速回路同样适合于小功率、小负载的条件下。
进油节流调速与回路节流调速虽然其流量特性与功率特性基本相同,但在使用时还是有所不同,下面讨论几个主要不同。
首先,承受负载的能力不同。所谓负载就是与液压缸活塞运动方向相同的负载。比如起重机向下运动时的重力,铣床上与工作台运动方向相同的铣削(逆铣)等等。很显然,出口节流调速回路可以承受负载,而进口节流调速则不能,需要在回油路上加背压阀才能承受负载,但需提高调定压力,功率损耗大。
其次,出口节流调速回路中油液通过节流阀时温度升高,但所产生的热量直接返回液压缸油箱时将散掉;而进口节流调速回路中,则进人执行机构中,增加系统的负担。