【導讀】超精密加工技術的發(fā)展，直接影響到一個國家尖端技術和國防工業(yè)的發(fā)展，因此世界各國對此都極為重視，投入很大力量進行研究開發(fā)，同時實行技術保密，控制關鍵加工技術及設備出口。超精密切削加工主要是由高精度的機床和單晶金。剛石刀具進行的，故一般稱為金剛石刀具切削或SPDT。通常，按加工精度劃分，可將機械加工分為一般加工、精密加工、超精密加工三個階段。于m，表面粗糙度小于m之間的稱為超精密加工。除單位尺寸將切削加工加以區(qū)別的話，以微米級的去除，才屬于超精密加工。

　　

【正文】 密與超精密的加工刀具 金剛石刀具切削的機理 超精密切削加工主要是由高精度的機床和單晶金剛石刀具進行的 ,故一般稱為金剛石刀具切削或 SPDT(Single Point Diamond Turning)。金剛石刀具的超精密切削加工雖有很多優(yōu)點 ,但要使金剛石刀具超精密切削達 到預期的效果 ,并不是很簡單的事 ,許多因素都對它有影響。 切削厚度與材料切應力的關系 金剛石刀具超精密切削屬微量切削 ,其機理和普通切削有較大差別。精密切削時要達到 微米的加工精度和 微米的表面粗糙度 ,刀具必須具有切除亞微米級以下金屬層厚度的能力。由于切深一般小于材料晶格尺寸 ,切削是將金屬晶體一部分一部分地去除。因此 ,精密切削在切除多余材料時 ,刀具切削要克服的是晶體內部非常大的原子結合力 ,于是刀具上的切應力就急劇增大 ,刀刃必須能夠承受這個比普通加工大得多的切應力。 切削厚度與切應力成 反比 ,切削厚度越小 ,切應力越大。當進行切深為 微米的普通車削時 ,其切應力只有 500MPa；當進行切深為 微米的精密切削時 ,切應力約為 10000MPa。因此精密切削時 ,刀具的尖端將會產生根大的應力和很大的熱量 ,尖端溫度極高 ,處于高應力高溫的工作狀態(tài) ,這對于一般刀具材料是無法承受的。因為普通材料的刀具 ,其刀刃的刃口不可能刃磨得非常銳利 ,平刃性也不可能足夠好 ,這樣在高應力和高溫下會快速磨損和軟化 ,不能得到真正的鏡面切削表面。而金剛石刀具卻有很好的高溫強度和高溫硬度 ,能保持很好的切削性能 ,而不被軟化和磨損 。 材料缺陷及其對超精密切削的影響 金剛石刀具超精密車削是一種原子、分子級加工單位的去除 (分離 )加工方法 ,要從工件上去除材料 ,需要相當大的能量 ,這種能量可用臨界加工能量密度δ(J/cm3)和單位體積切削能量ω (J/cm3)來表示。臨界加工能量密度就是當應力超過材料彈性極限時 ,在切削相應的空間內 ,由于材料缺陷而產生破壞時的加工能量密度；單位體積切削能量則是指在產生該加工單位切削時 ,消耗在單位體積上的加工能量。從工件上要去除的一塊材料的大小 (切削應力所作用的區(qū)域 )就是加工單位 ,加工單位的大小和材料缺 陷分布的尺寸大小不同時 ,被加工材料的破壞方式就不同 。 淺談精密與超精密加工技術 13 5 金剛石刀具 的 切削 原理 當加工應力作用在比位錯缺陷平均分布間隔一微米則還要狹窄的區(qū)域時 ,在此狹窄區(qū)域內是不會發(fā)生由于位錯線移動而產生材料滑移變形。當加工應力作用在比位錯缺陷平均分布間隔還要寬的范圍內時 ,位錯線就會在位錯缺陷的基礎上發(fā)生滑移 ,同時在比剪切應力理論值低得多的加工應力作用下 ,晶體產生滑移變形或塑性變形。當加工應力作用在比晶粒大小更寬的范圍時 ,多數(shù)情況易發(fā)生由晶界缺陷所引起的破壞。實際上 ,在比微錯缺陷平均分布間隔還要小的范圍內 ,還存在著空位 、填隙原子等缺陷 ,會演變成位錯并發(fā)生局部塑性滑移．因此實際剪切強度比理論值低 ,實際的臨界加工能量密度和單位體積切削能量比理論值也要低得多 。 金剛石刀具車削的 表面 形成 用金剛石刀具超精密車削形成表面的主要影響因素有幾何特性、塑性變形和機械加工振動等。幾何特性主要是指刀具的形狀、幾何角度、刀刃的表面粗糙度和進給量等。它主要影響與切削運動力向相垂直的橫向表面粗糙度。圖 a 表示了在切削時 ,主偏角 kr、副偏角 kr 和進給量 f對殘留面積高度的影響。圖中 ap 為切削深度 ,Ry 為表面粗糙度的輪廓最大高度 ,由幾何關系可知 ： Ry=f/(ctgkr+ctgk )r。 金剛石刀具車削的切屑形成 金剛石刀具超精密車削所能切除金屬層的厚度標志其加工水平。當前 ,最小切削深度可達 微米以下 ,其主要影響因素是刀具的鋒利程度 ,一般以刀具的切削刃鈍圓半徑 rn來表示。超精密車削所用的金剛石車刀 ,其切削刃鈍圓半徑一船小于 微米 ,而切削時的切削深度 ap 和進給量 f 都很小 ,因此 ,在一定的切削刃鈍圓半徑下 ,如果切削深度太小 ,則可不能形成切屑。切屑能否形成主要取決于切削刃鈍圓圓弧處每個質點的受力情況 ,在自由切削條件下 ,切削刃鈍圓圓弧上 某一質點 A 的受力情況見圖。該點有切向分力 Fz 和法向分力 Fy,合力為 Fy,z。切向分力使質點向前移動 ,形成切屑；法向分力使質點壓向被加工表面 ,形成擠壓而無切屑。所以 ,切屑的形成取決于 Fz 和 Fy 的比值 ,當 FzFy 時 ,有切削過程 ,形成切屑； 當 Fz apmin=rnh=rn(1cosψ ) ψ =45 ψ =45 arctanFfFn 式中：ψ — 金剛石刀切削時的摩擦角； 淺談精密與超精密加工技術 14 Ff— 金剛石刀切削時的摩擦力； Fn— 金剛石刀切削時的正壓力。 可見 ,切削刃鈍圓半徑 rn是決定切屑形成的關鍵參數(shù)。 金剛石刀具越精 密切削時 ,刀具切削刃鈍圓半徑小 ,切薄能力強 ,形成流動切屑 ,因此切削作用是主要的。但由于實際切別刃鈍因半徑不可能為零 ,以及修光刃等的作用 ,因此還伴隨著擠壓作用。所以金剛石刀具超精密車削表面是由微切削和微擠壓而形成 ,并以微切削為主。 淺談精密與超精密加工技術 15 6 結論 超精密加工，是現(xiàn)代機械制造業(yè)最主要的發(fā)展方向之一 ， 在提高機電產品的性能、質量和發(fā)展高新技術中起著至關重要的作用 ， 并且已成為在國際競爭中取得成功的關鍵技術。 近幾年來 ， 切削加工技術得到了突飛猛進的發(fā)展 ， 像計算機用的磁鼓、磁盤 ,大功率激光用的金屬反射鏡 ， 激光掃描用的多面 棱鏡 ， 紅外光等用的光學零件和復印機的高精度零件 ， 都是用切削的方法加工出來的 ， 超精密切削加工技術在這個技術時代顯得尤為重要 。 我國的制造業(yè)發(fā)展已進入了高速發(fā)展階段，中國民營企業(yè)已具備足夠的經濟實力來使企業(yè)邁向現(xiàn)代化，先進設備的引進和大量專業(yè)人才的涌入使許多沿海地區(qū)的制造業(yè)水平迅速提高。隨著國家決策的科學化、民主化進程不斷深入 ， 相信我國的制造業(yè)會更快速、更健康地發(fā)展。淺談精密與超精密加工技術 16 7 致謝 本次設計是在我尊敬的導師 馬永杰 老師悉心指導下完成的。老師嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度和精益求精的工作作風使我受益匪淺。在此，我首先向導師表示誠 摯的感謝，并致以崇高的敬意 ! 本次畢業(yè)設計是大學三年間所學知識的綜合運用，通過這次設計把這三年所學的基礎理論和專業(yè)課程作了一個總結和回顧，加深了對理論的理解，能夠掌握機械 加工 的全套思路，為即將走上工作崗位和以后的發(fā)展打下了一定的基礎。 感謝我的室友和同學們，在論文完成的過程中在生活上和學習上給予我很大的幫助和支持，是他們不斷給我自信，如今才能順利完稿。感謝 1003 本科 班的全體成員，在這個大家庭中使我學會了寬容，忍讓，團結與互助。大家在學習上互相交流，生活上相互幫助，再次衷心的向大家說一聲謝謝 ！ 最后我要誠 摯地感謝我的家人，是他們無微不至的關懷、一貫的體諒與支持，使我能在工作和學習上不斷前進，他們是我努力工作和積極生活的精神支柱。 淺談精密與超精密加工技術 17 參考文獻 [1]黎震《先進制造技術》北京、北京理工大學出版社、 [2]袁哲俊 ,王先逵《精密和超精密加工技術》北京、機械工業(yè)社、 [3]朱煥池《機械制造工藝學》北京、機械工業(yè)出版社、 [4]蕭瑞圣《超精密加工機 超精密鏡面加工機的動向與技術》北京、機械工業(yè)雜志、 [5]楊義成《 90 年代超精密加工機的發(fā)展趨勢》河南、師范大學出 版社、 [6]洪清泉《超精密非球面加工機》機械月刊第十七卷第九期、 [1]駱紅云 《 金剛石刀具與精密超精密加工技術 》 長春光學精密機械學院學報 , [2]陳明君 《 晶體塑性域超精密切削加工過程仿真 》 光電工程