精密超精密加工技術

1、超精密切削與金剛石刀具超精密切削與金剛石刀具 王永明切削速度的選擇：切削速度的選擇： 超精密切削實際速度的選擇根據(jù)所使用的超精密切削實際速度的選擇根據(jù)所使用的超精密機床的超精密機床的動特性和切削系統(tǒng)的動特性選取動特性和切削系統(tǒng)的動特性選取，即選擇振動最小的轉速。，即選擇振動最小的轉速。超精密切削的切削速度的選擇超精密切削的切削速度的選擇超精密切削時刀具的磨損和壽命超精密切削時刀具的磨損和壽命n 由于磨損極小，刀具壽命高，同一把刀具可以加工多的零件，零件尺由于磨損極小，刀具壽命高，同一把刀具可以加工多的零件，零件尺寸一致性極好。寸一致性極好。n 用金剛石刀具加工有色金屬，刀具壽命極高，可達數(shù)百千

2、米。用金剛石刀具加工有色金屬，刀具壽命極高，可達數(shù)百千米。n 使用條件：必須在振動極小的設備上使用（很大程度上的崩刃是振動使用條件：必須在振動極小的設備上使用（很大程度上的崩刃是振動引起的引起的)超精密切削時積屑瘤的生成規(guī)律超精密切削時積屑瘤的生成規(guī)律1.1.切削參數(shù)對積屑瘤的影響切削參數(shù)對積屑瘤的影響（1 1）切削速度切削速度對積屑瘤的影響：一般材料的一般規(guī)律（未使用切削液）是隨著速對積屑瘤的影響：一般材料的一般規(guī)律（未使用切削液）是隨著速度增加而減小。（不一般：黃銅和純銅）度增加而減小。（不一般：黃銅和純銅） （2 2）進給量和背吃刀量進給量和背吃刀量對積屑瘤的影響：對積屑瘤的影響：2.2

3、.積屑瘤對切削力的和表面粗糙度的影響積屑瘤對切削力的和表面粗糙度的影響（1 1）積屑瘤越大切削力越大（普通加工相反）積屑瘤越大切削力越大（普通加工相反）原因原因有效刃口半徑增大；摩擦力增加；實際切有效刃口半徑增大；摩擦力增加；實際切削厚度增大。削厚度增大。（在宏觀時的對切削力的影響的主因與微觀時的主因不同）（在宏觀時的對切削力的影響的主因與微觀時的主因不同）（2 2）積屑瘤的存在，會使表面粗糙度增大積屑瘤的存在，會使表面粗糙度增大3.3.切削液可以有效減小積屑瘤，提升工件表面質量切削液可以有效減小積屑瘤，提升工件表面質量切削參數(shù)變化對加工表面質量的影響切削參數(shù)變化對加工表面質量的影響（1 1）

4、切削速度）切削速度-基本基本無影響無影響（其他參數(shù)都合適時）（其他參數(shù)都合適時）（2 2）進給量?。┻M給量小-表面質量好（存在臨界值）表面質量好（存在臨界值） 修光刃（圓弧和直線（刃長有講究）修光刃（圓弧和直線（刃長有講究）-可以提高加工質量可以提高加工質量（4 4）背吃刀量與刀具切削刃鈍圓半徑共同影響表面質量）背吃刀量與刀具切削刃鈍圓半徑共同影響表面質量-存在最優(yōu)組存在最優(yōu)組合（可以寫論文）。合（可以寫論文）。（5 5）背吃刀量?。┍吵缘读啃?表面殘留應力小（存在臨界值由切削刃鈍圓半徑決表面殘留應力?。ù嬖谂R界值由切削刃鈍圓半徑決定）定）切削刃銳度對切削變形、加工表面質量的影響切削刃銳度對切

5、削變形、加工表面質量的影響n 金剛石刀具的測量：用金剛石刀具的測量：用掃描電鏡、原子力顯微鏡測量掃描電鏡、原子力顯微鏡測量。n 刀刃越鋒利刀刃越鋒利銳度小銳度小切削變形小切削變形小-切削力小切削力小-組織錯組織錯位密度小位密度小-表層冷硬減小量小表層冷硬減小量小-表面殘余應力越小表面殘余應力越小對加工要求高，宏觀層面易壞對加工要求高，宏觀層面易壞 -貴貴 貴貴 貴貴加工質量加工質量-好好 好好 好好加工質量加工質量-好好 好好 好好加工質量加工質量-好好 好好 好好加工質量加工質量-好好 好好 好好加工質量加工質量-好好 好好 好好金剛石刀具超精密切削的若干理論問題金剛石刀具超精密切削的若干理

6、論問題 1.最小切削厚度最小切削厚度-目前極限目前極限1nm1nm，金剛石切削刃鈍圓半徑應為，金剛石切削刃鈍圓半徑應為34nm34nm 2. 2.金剛石刀具晶面的選擇對切削變形和加工表面質量的影響金剛石刀具晶面的選擇對切削變形和加工表面質量的影響 （100100）晶面的車刀切削時的切削變形比用（）晶面的車刀切削時的切削變形比用（110110）晶面的車刀要?。ǎ┚娴能嚨兑。?00100）晶面的車刀）晶面的車刀和（和（110110）晶面的車刀的加工表面粗糙度相差不多。（）晶面的車刀的加工表面粗糙度相差不多。（100100）晶面車刀切出的表面層殘）晶面車刀切出的表面層殘余應力小于用（余應力小于用

7、（110110）晶面的車刀所切出的，特別是切向殘余應力）晶面的車刀所切出的，特別是切向殘余應力 。（100100各種好但國內大部分還在車刀前刀面在用各種好但國內大部分還在車刀前刀面在用110110晶面很可能的原因是加工問晶面很可能的原因是加工問題）題）3.3.工件材料的晶體方向對切削變形和加工表面質量的影響工件材料的晶體方向對切削變形和加工表面質量的影響 單晶體材料有很高的各向異性，不同晶向的切削變形和切削力都不相同。不同晶向單晶體材料有很高的各向異性，不同晶向的切削變形和切削力都不相同。不同晶向的加工表面粗糙度都不相同。相同晶面的切削，晶面方向發(fā)生變化，切削變形和加工的加工表面粗糙度都不相同

8、。相同晶面的切削，晶面方向發(fā)生變化，切削變形和加工表面粗糙度也不相同。表面粗糙度也不相同。 對不同晶面和晶體方向的研究可以在加工時應用中用到對不同晶面和晶體方向的研究可以在加工時應用中用到4.4.脆性材料脆性材料-實現(xiàn)塑性切削（銳度合適，角度合適，切削厚度要小）實現(xiàn)塑性切削（銳度合適，角度合適，切削厚度要?。Φ毒叩囊蠹敖饎偸阅芎途w結構對刀具的要求及金剛石性能和晶體結構（1 1）對刀具材料的要求：）對刀具材料的要求：1 1）極高的硬度、耐磨性、和彈性模量，以保證刀具具有很長的壽命和很高的尺）極高的硬度、耐磨性、和彈性模量，以保證刀具具有很長的壽命和很高的尺寸耐用度。寸耐用度。2 2）極鋒

9、利的刀刃、刀刃半徑值極小、能實現(xiàn)超薄切削。）極鋒利的刀刃、刀刃半徑值極小、能實現(xiàn)超薄切削。3 3）刀刃無缺陷、切削時將刃形復印到加工表面上，能得到超光滑的鏡面。）刀刃無缺陷、切削時將刃形復印到加工表面上，能得到超光滑的鏡面。4 4）與工件的抗粘結性好、化學親和性小、摩擦系數(shù)低、能得到極好的表面完整）與工件的抗粘結性好、化學親和性小、摩擦系數(shù)低、能得到極好的表面完整性。性。5 5）切削刃粗糙度?。┣邢魅写植诙刃√烊粏尉Ы饎偸膬?yōu)點：硬度高、導熱系數(shù)大、摩擦系數(shù)小、刀刃能磨天然單晶金剛石的優(yōu)點：硬度高、導熱系數(shù)大、摩擦系數(shù)小、刀刃能磨得鋒利，是不可替代的超精密切削刀具得鋒利，是不可替代的超精密切削

10、刀具。（2 2）金剛石的晶體結構）金剛石的晶體結構1 1）在晶體中，各方位的原子面叫晶面，各方向的原子列叫晶向。）在晶體中，各方位的原子面叫晶面，各方向的原子列叫晶向。2 2）單晶金剛石晶體主要晶面有：）單晶金剛石晶體主要晶面有：100100、110110、111111金剛石晶體各晶面的耐磨性和好磨難磨方向金剛石晶體各晶面的耐磨性和好磨難磨方向（1 1）金剛石晶體各晶面的耐磨性）金剛石晶體各晶面的耐磨性 ： 金剛石晶體的各向異性，在磨削率方向：金剛石晶體的各向異性，在磨削率方向：（110110）晶面磨削率最高（）晶面磨削率最高（111111）晶）晶體磨削率體磨削率最低最低。（2 2）金剛石晶體

11、各晶體面的好磨和難磨方向：）金剛石晶體各晶體面的好磨和難磨方向： （100100）有四個好磨難磨方向；（）有四個好磨難磨方向；（110110）有）有2 2個；（個；（111)111)有有3 3個。個。（3 3）金剛石晶體研磨時磨擦系數(shù)的各向異性：）金剛石晶體研磨時磨擦系數(shù)的各向異性： （110110）晶體）晶體摩摩擦系數(shù)最大；（擦系數(shù)最大；（111111）晶體磨擦系數(shù)最小。）晶體磨擦系數(shù)最小。 摩摩擦系數(shù)大，磨削率高擦系數(shù)大，磨削率高好磨方向；好磨方向；（100）（111）（110）金剛石刀具的設計與制造金剛石刀具的設計與制造設計方向：刀具實現(xiàn)更高的加工質量；更長的壽命設計方向：刀具實現(xiàn)更高的加工質量；更長的壽命; ;（1 1）金剛石刀具的幾何形狀）金剛石刀具的幾何形狀 小圓弧刀具，直線刃刀具，大圓弧刃刀具小圓弧刀具，直線刃刀具，大圓弧刃刀具（2 2）單晶金剛石刀具的前刀面理論上應該選擇（）單晶金剛