《超精密切削加工》PPT課件

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1、第3章超精密切削加工超精密切削加工主要是用高精度的機床和單晶金剛石刀具進行的加工。故一般稱為金剛石刀具切削(SinglePointDiamondTuring，SPDT)。123.1超精密切削的歷史60年代初，由于宇航用的陀螺，計算機用的磁鼓、磁盤，光學掃描用的多面棱鏡，大功率激光核聚變裝置用的大直徑非圓曲面鏡，以及各種復雜形狀的紅外光用的立體鏡等等各種反射鏡和多面棱鏡精度要求極高，使用磨削、研磨、拋光等方法進行加工，不但加工成本很高，而且很難滿足精度和表面粗糙度的要求。為此，研究、開發(fā)了使用高精度、高剛度的機床和金剛石刀具進行切削加工的方法加工。3經SPDT加工的光學元件成品示意圖

2、圖中所示的各種形狀的零件是去氧銅或鋁合金材料，43.2超精密切削加工的應用平面鏡的切削5（1）平面鏡的切削平面度<0.06μm表面粗糙度Rmax<0.02μm6玻璃鏡的切削7測量結果8（2）多面鏡的切削激光印刷機、復印機。面分度精度7.5"面傾斜精度3.6“平面度<0.07μm表面粗糙度

3、加工的表面對光線的反射率很高，例如對波長λ為10.6μm的激光，經SPDT切削加工的去氧銅表面的反射率為99～99.4%。在去氧銅表面鍍金、銀、銅層，經SPDT切削加工后．表面的反射率為96.7～99.3%。經SPDT加工的表面，對激光具有很高的耐熱損傷性能，故它是大功率激光用的反射鏡終精加工的最好方法。133.3金剛石刀具切削的優(yōu)點（2）金剛石刀具超精密切削與一般切削加工相比，精度要高1－2個量級。從成本上看，用去氧銅經SPDT進行加工的光學反射鏡、棱鏡等與過去用鍍鉻經磨料加工的產品相比，成本大約為后者的一半或數分之一。在SPDT加工過程中可采用數控進行批量生產，這樣不僅可以縮短

4、加工時間，而且可以很容易地加工非球面及其他形狀復雜的表面，故相對而言，雖然加工設備最初的投資較高，但與效益相比，成本還是低的。143.4影響金剛石刀具切削加工的因素153.5超精磨切削的刀具3.5.1超精密切削對刀具的要求1)刀具刃口鋒銳度ρ能磨得極其鋒銳，刃口圓弧半徑ρ極小，能實現超薄切削厚度，減小切削表面彈性恢復和表面變質層。ρ與切削刃的加工方位有關，普通刀具5~30μm，金剛石刀具<10nm；從物理學的觀點，刃口半徑ρ有一極限。16最小圓弧半徑計算r表面能Ef楊氏模量材料強度極限σ＝Ef/1017最小圓弧半徑計算值材料楊氏模量Ef/x107表面能r/x107J/cm2晶界圓弧

5、半徑/nm金剛石10.553002.0BN6.948002.8TiC3.29001.1Fe2.115342.9Cu1.211003.7183.5.1超精密切削對刀具的要求2)切削刃的粗糙度。切削時切削刃的粗糙度將決定加工表面的粗糙度。普通刀刃的粗糙度Ry0.3~5μm，金剛石刀具刀刃的粗糙度Ry0.1~0.2μm，特殊情況Ry1nm，很難。3)極高的硬度、極高的耐磨性和極高的彈性模量，保證長的刀具壽命。4)刀刃無缺陷，足夠的強度，耐崩刃性能。5)化學親和性小、與工件材料的抗粘結性好、摩擦系數低，能得到極好的加工表面完整性。193.5.2金剛石刀具對超精密切削的適應性（1）金剛石刀具

6、的性能特點硬度極高。自然界最硬的材料，比硬質合金的硬度高5~6倍。摩擦系數低。除黑色金屬外，與其它物質的親和力小。能磨出極鋒銳的刀刃。最小刃口半徑1~5nm。耐磨性好。比硬質合金高50~100倍。導熱性能好，熱膨脹系數小，刀具熱變形小。不適宜切黑色金屬。很脆，避免振動。價格昂貴，刃磨困難。天然單晶金剛石被一致公認為理想的、不能代替的超精密切削刀具。20不同刀具材料硬度21（2）金剛石刀具刃口的鋒銳性物理學計算值：最小極限圓弧半徑ρ＝2nm；目前沒有可靠的測量方法，究竟最小可達到什么程度還沒有定論；試驗推斷目前ρ<10nm；一般情況下，經過精密研磨成形的金剛石刀具刃口半徑ρ＝0.2~

7、0.5μm。特殊精心研磨可達到ρ＝0.1μm。22刀具刃口最小半徑觀測通過掃描電鏡對刀具刃口的觀察和對最小切屑厚度的測量，推斷目前刃口半徑最小可<10nm。23（3）金剛石刀具刃口的粗糙度目前，經研磨成形的刀面粗糙度在刀具有效切削長度上比較容易達到1nm，切削刃的粗糙度可達到Ry10nm。24（4）金剛石刀具切削刃輪廓的復映性理想情況下，超精密加工表明應該是金剛石刀具切削刃形狀在被加工表面的復映。金剛石刀具切削刃輪廓的復映性與被加工材料有關，受金剛石與被加工材料親和性