Истоки одноточечного алмазного точения и механической обработки

Алмазное точение, также известное как одноточечное алмазное точение, первоначально означало процесс получения зеркальных поверхностей на высокоточных токарных станках с пневматическим подшипником с использованием сверхострого режущего инструмента из натурального алмаза.

Технология была разработана в основном в лабораториях ядерного оружия США, где требовались компоненты с чрезвычайно жесткими допусками по посадке, форме и чистоте поверхности.

Со временем эта технология была принята производителями оптики, что позволило изготавливать металлические оптические компоненты со сложной и высокоточной асферической геометрией.

Методы токарной обработки алмазов

Со временем появилось несколько подходов к обработке алмазов. В основе всех методов лежит исключительная точность алмазно-токарного станка, способного позиционировать инструмент с погрешностью менее 100 нанометров. Основные методы обработки включают традиционное точение, внеосевое точение, фрезерование с накаткой и обработку произвольной формы.

Традиционное точение

Традиционное точение - это усовершенствованная форма классической токарной обработки. Заготовка обрабатывается на токарном станке с чрезвычайно точным шпинделем и направляющими, в то время как сверхточный алмазный инструмент с точно контролируемым радиусом среза обрабатывает деталь. Интерполяция осей X и Z с помощью ЧПУ позволяет создавать любую геометрически симметричную форму. В принципе, изготовить параболическую поверхность для зеркального телескопа так же просто, как и простую цилиндрическую форму.

Внеосевое точение

При внеосевом точении заготовка устанавливается на шпиндель асимметрично. Это позволяет выполнять одновременную резку нескольких деталей или создавать контуры, центр вращения которых не совпадает с центром детали. В некоторых оптических конфигурациях этот метод используется для достижения сложной геометрии.

Фрезерование и раскрой с отрывом

При плавной резке и фрезеровании положение инструмента и заготовки меняется на противоположное: инструмент устанавливается на шпиндель, а заготовка перемещается по направляющей. Такая установка позволяет создавать плоские, эллиптические или другие поверхности, не симметричные относительно вращения.

Обработка произвольной формы

За счет добавления дополнительных осей перемещения алмазные токарные станки могут создавать поверхности абсолютно произвольной формы без какой-либо симметрии вращения. На данном этапе процесс больше напоминает фрезерование, чем токарную обработку. Высокоскоростные шлифовальные шпиндели могут заменить одноточечные алмазные инструменты, позволяя обрабатывать керамику, стекло и металлы с одинаковой точностью. С помощью этого подхода также можно создавать канавки, решетки и другие сложные элементы поверхности.

Материалы

В принципе, любой материал может быть обработан на алмазно-токарном станке. Однако не все материалы подходят для одноточечной алмазной резки. Теория, лежащая в ее основе, которая зависит от электронной структуры материала, сложна.

Как правило, наиболее распространенные цветные металлы, все пластмассы и некоторые кристаллические материалы, такие как кремний и германий, могут быть обработаны алмазом.

Материалы, которые невозможно обработать монокристаллическим алмазом, имеют альтернативные варианты: на них можно нанести покрытие из никеля с высоким содержанием фосфора, обработать с помощью инструментов из кубического нитрида бора (CBN) или подвергнуть шлифовке.