Что такое ультрапрецизионное алмазное точение?

Как работает алмазное точение

Алмазное точение — это точение, как на любом токарном станке: деталь вращается, а резец с одной режущей кромкой движется по ней и снимает тонкую стружку. От обычного точения его отличают три вещи.

• Станок. У ультрапрецизионного станка шпиндель на аэростатических опорах, гидростатические направляющие и виброизолированное основание. Он позиционирует резец с шагом в нанометры и работает в помещении с контролем температуры.
• Резец. Режущая кромка — монокристаллический алмаз, отполированный так остро и гладко, что даже под микроскопом кромка почти идеальна.
• Резание. Финишный проход снимает лишь несколько микрометров при очень малой подаче. Кромка резца копируется на деталь оборот за оборотом.

В результате получается поверхность с шероховатостью в несколько нанометров и точностью формы лучше микрометра. Она отражает или пропускает свет прямо со станка.

Почему резец — монокристаллический алмаз

Оптическая поверхность не может быть лучше кромки, которая её нарезала. Монокристаллический алмаз — один сплошной кристалл без зёрен и связки, поэтому его кромку можно отполировать острее и глаже, чем у любого другого режущего материала. Это также самый твёрдый из известных материалов, он быстро отводит тепло, и кромка сохраняет форму на протяжении долгого реза.

Инструмент из зёрен алмаза, например PCD, прочнее, но его кромка ограничена размером зёрен и не даёт оптической поверхности. Резцы для алмазного точения делают из природного алмаза или выращенного монокристалла MCD. Чем они отличаются, читайте в статье о природном алмазе, MCD и PCD.

Какие материалы можно точить алмазом

Что нельзя точить алмазом:

• Сталь и другие чёрные металлы. При температуре резания углерод алмаза реагирует с железом, и кромка изнашивается после очень короткого реза. Поэтому стальные вставки форм сначала покрывают химическим никелем: точат никель, а не сталь.
• Стекло. Оптическое стекло слишком хрупкое для точения на практике. Стеклянные линзы шлифуют и полируют или прессуют в формах.
• Очень абразивные материалы, которые слишком быстро изнашивают кромку для сохранения оптической формы.

Хрупкие кристаллы, такие как германий и кремний, точить можно, но только с очень малыми съёмами и резцом с отрицательным передним углом. В таких условиях материал сходит тонкой стружкой, как металл, и не трескается.

Где применяется алмазное точение

• ИК-оптика. Линзы из германия, кремния и селенида цинка для тепловизоров и датчиков.
• Металлические зеркала. Плоские, сферические и внеосевые зеркала из алюминия и меди для лазеров, сканеров и телескопов.
• Вставки форм. Никелированные вставки для литья пластиковых линз камер смартфонов, фар и проекционных дисплеев.
• Асферические, свободные и дифракционные поверхности. Формы, которые долго и дорого полировать, а для станка это лишь траектория резца.
• Линзы Френеля и тонкие канавки, которые режут острым V-образным резцом.
• Контактные и интраокулярные линзы, которые точат из пластиковых заготовок на небольших станках алмазного точения.

Точение, летучее резание и сервоприводы резца

• Точение. Вращается деталь, движется резец. Стандарт для круглой симметричной оптики.
• Летучее резание. Алмазный резец вращается на большом рычаге или головке, а деталь проходит под ним. Применяется для плоских зеркал и длинных прямых канавок.
• Медленный и быстрый сервопривод резца. Резец подаётся вперёд и назад за каждый оборот шпинделя, поэтому станок может резать некруглые и несимметричные поверхности: оптику свободной формы и линзовые растры.

Что требуется от кромки

Поскольку кромка копируется на деталь, резец для алмазного точения описывают подробнее, чем обычный токарный резец.

• Радиус при вершине. От нескольких сотых миллиметра до нескольких миллиметров. Больший радиус даёт более гладкую поверхность при той же подаче; меньший достаёт крутые и мелкие элементы.
• Передний угол. Обычно 0° для металлов и пластиков и отрицательный, часто около −25°, для германия, кремния и других хрупких кристаллов.
• Задний угол. Затылование под кромкой. Он должен быть достаточным, чтобы резец не касался самой крутой части поверхности.
• Волнистость. Насколько круглая кромка отклоняется от идеальной окружности. Эта погрешность отпечатывается на поверхности, поэтому оптические резцы делают с контролируемой волнистостью — примерно от микрометра до десятков нанометров.
• Угол при вершине — для V-образных резцов, которые режут канавки и рисунки Френеля.

Алмазное точение или шлифовка и полировка?

Традиционную оптику шлифуют, а затем полируют; это работает на стекле и даёт самые гладкие поверхности. Алмазное точение быстрее для малых и средних серий, делает асферику и свободные формы так же легко, как сферы, и работает на металлах, пластиках и кристаллах, которые трудно полировать.

Его слабое место — следы точения: очень тонкий регулярный рисунок канавок от подачи резца. Для ИК-оптики это не важно. Для самой требовательной оптики видимого диапазона детали иногда слегка полируют после точения.

Когда резец изношен

Изношенная кромка сначала видна на детали: поверхность мутнеет, появляются тонкие линии, или измеренная форма уходит. Монокристаллический алмазный резец в этот момент не выбрасывают. Кромку перешлифовывают до исходного радиуса и волнистости, и резец можно переточить несколько раз.

Резцы для алмазного точения

Bulunmaz изготавливает радиусные, V-образные резцы, резцы для летучего резания и резцы с отрицательным передним углом из природного алмаза и MCD с радиусом и углами по вашему чертежу. Смотрите резцы для алмазного точения оптики и форм для линз или пришлите материал и чертёж.

Мы не выполняем алмазное точение деталей на заказ.