[发明专利]切削抛光光学有机玻璃的单晶金刚石刀具

说明书

技术领域

本发明涉及单晶金刚石刀具领域，特别涉及一种切削抛光光学有机玻璃的单晶金刚石刀具。

背景技术

有机玻璃又称亚克力（Acrylic）是一种长链的高分子化合物，属聚丙烯酸甲类，英文名称Polymethylmethacrylate简称PMMA。能做光学材料的有机玻璃它的物理力学性能是透光率特高(可达≥95%)，但是导热系数小（0.19w/cmk）,线膨胀系数大（130×10^-6/℃），熔点(180℃)低，表面硬度不高须硬化处理，因此它具有良好的热加工变形和较小的切削变形，以及晶莹透亮的特性，适合做大型光学用的透镜。根据它的物理力学性能，使有机玻璃加工后仍然保持透、光、亮的属性，只有挤亮（例如亚克力以前的抛光工艺就是用“布轮抛光”，但粉尘大影响员工身体健康和环境）和用锋利的刀刃切亮（例如用本专利的单晶金刚石刀具切削抛光）。但它的切削性能具有二重性，从切削力较小来看是一种易切削材料。但从加工表面质量分析来看由于热膨胀系数大尺寸较难控制，加工表面的粗糙度较差，刀具磨损较快，因此又是一种较难切削的材料。基于光学有机玻璃在车削时切屑呈带状连续不断应该属于切削原理意义中的非金属塑性材料。

光学有机玻璃是具有一定特性的塑性材料，它遵循一般切削原理的同时，还应该有它固有的、特殊的切削规律。研究和应用这些规律，在此基础上发明光学有机玻璃切削抛光的单晶金刚石刀具就有了可靠的理论根据，是本发明专利的重要组成部分。

1、刀刃钝圆半径ρ的数学模型

参见图1a和图1b，用单晶金刚石刀具切削抛光光学有机玻璃实质上是一种微细切削加工中的微量分离技术。由于精密切削抛光光学有机玻璃时是采用极锋利的单晶金刚石刀具的刃口，能够得到极小残留切削厚度H_min，由此透光度可以达到95%以上。也就是说极小残留切削厚度H_min的大小是影响光学有机玻璃透光度的主要原因。本发明专利研究表明：极小残留切削厚度H_min的大小与单晶金刚石刀具的切薄能力有关，即与单晶金刚石刀具的刀刃钝圆半径ρ的大小以及光学有机玻璃的物理力学性能有关。

工件上O点处受切削力Fc及其垂直力Fx的作用，形成合力Fr(也可分解成O点处法向力Fn和摩擦力F_f,其中F_f=μFn，μ为光学有机玻璃的摩擦系数、Fn为正压力)，合力Fr的方向即为O点处所受正应力的方向。当O点的正应力方向与切削速度V_f方向的夹角约为38°～45°时，O点以上的光学有机玻璃材料经剪切、滑移、卷曲形成切屑，而O点以下材料经后刀面摩擦、挤压，以及弹性变形和塑性变形后形成已加工表面。此时，O点即为残留切削厚度的临界点。极限极小残留切削厚度H_min可用下式求得：

H_min=ρ(1-cosθ)     (1)

式中：ρ为刀刃钝圆半径

而θ+ω+β=90°

θ=90°-(ω+β)     (2)

式中β为刀具与工件材料的摩擦角关系：tgβ=μ,单晶金刚石刀具切削光学有机玻璃时，光学有机玻璃的摩擦系数μ约为0.5～0.6，并随着切削深度增大而增大；

ω为正应力方向与切削速度方向的夹角，一般为38°～45°将（2）式代入（1）式得：

Hmin=ρ[1-sinω+μcosω1+μ2]---(3)]]>

当ω=45°时，（3）式可简化为：