先進制造工藝技術(shù)課件

先進制造工藝技術(shù)先進制造工藝技術(shù)精密/超精密加工技術(shù)的內(nèi)涵和特征

精密/超精密加工技術(shù)是適應(yīng)現(xiàn)代化技術(shù)發(fā)展的一種機械加工新工藝，它綜合應(yīng)用了微電子技術(shù)，計算機技術(shù)，激光技術(shù)，使加工技術(shù)產(chǎn)生了飛躍發(fā)展精密/超精密加工技術(shù)的內(nèi)涵和特征精密精密與超精密加工是指加工精度和表面質(zhì)量達到極高程度的精密加工工藝。隨著加工技術(shù)的發(fā)展，精密加工的技術(shù)指標(biāo)也在不斷變化。

一般加工：精度值1-10μm左右，Ra0.1～0.8μm

精密加工：精度值0.1-1μm左右，Ra0.1μm以下超精密加工：精度值0.1μm以下，Ra0.02μm以下納米加工：精度值低于0.001μm，Ra小于0.005μm一精密/超精密加工技術(shù)的內(nèi)涵精密與超精密加工是指加工精度和表面質(zhì)量達到極加工類別項目精密加工超精密加工尺寸精度2.5-0.750.20-0.25圓度0.70-0.200.12-0.02圓柱度1.25-0.380.25-0.13平面度1.25-0.380.25-0.13表面粗糙度0.10-0.025≦0.025當(dāng)前精密加工和超精密加工的水平加工類別項目精密加工超精密加工尺寸精度2.5-0.750亞微米加工加工精度達到0.1微米級的加工納米加工納米級0.1–10nm材料的產(chǎn)品設(shè)計、加工、檢驗、控制等一系列技術(shù)微細(xì)加工制造微小尺寸零件的生產(chǎn)加工技術(shù)（半導(dǎo)體集成電路）光整加工降低加工工件表面粗糙度和提高表面層物理和力學(xué)性能的加工方法(拋光磁流加工磨料流加工）精整加工既能提高加工精度，又能提高表面質(zhì)量的加工方法（研磨雙端面研磨）亞微米加工加工精度達到0.1微米級的加工二精密與超精密加工技術(shù)的特點1微量切削2綜合性高技術(shù)3采用自動化技術(shù)來保證加工精度和表面質(zhì)量（計算機控制在線控制自適應(yīng)控制）4綜合應(yīng)用各種加工方法（傳統(tǒng)切削和磨削特種加工復(fù)合加工）二精密與超精密加工技術(shù)的特點1微量切削三精密與超精密加工技術(shù)的應(yīng)用1超精密零件加工、2超精密異形零件加工3超精密光學(xué)零件加工陀螺儀飛機發(fā)動機的葉片三精密與超精密加工技術(shù)的應(yīng)用1超精密零件加工、陀螺儀飛機大規(guī)模集成電路芯片局部顯微圖像單晶硅切片制造芯片切割封裝大規(guī)模集成電路芯片局部顯微圖像單晶硅切片制造芯片切割封裝Hubble望遠(yuǎn)鏡微細(xì)齒輪Hubble望遠(yuǎn)鏡微細(xì)齒輪四精密與超精密加工技術(shù)加工方法傳統(tǒng)型主要依靠機械力去除工件材料特種型采用其他形式的能量去除工件材料復(fù)合型傳統(tǒng)方法的復(fù)合特種方法的復(fù)合傳統(tǒng)方法和特種方法的復(fù)合四精密與超精密加工技術(shù)加工方法傳統(tǒng)型主要依靠機械力去除超精密切削（車削、銑削）超精密磨削超精密研磨、拋光微細(xì)（超微細(xì)，納米）加工宏觀加工技術(shù)微觀加工技術(shù)超精密切削（車削、銑削）宏觀加工技術(shù)微觀加工技術(shù)五精密與超精密加工技術(shù)關(guān)鍵技術(shù)1加工機理（以金剛石刀具超精密切削為例）1）刀具要非常銳利切削刃鈍圓半徑要很小2）刀刃能承受巨大切應(yīng)力3）刀刃具有很強的高溫強度和高溫剛度五精密與超精密加工技術(shù)關(guān)鍵技術(shù)1加工機理（以金剛石刀具超2）技術(shù)要求超微量切削特征刀尖附近的極小局部區(qū)域能承受高溫高壓實現(xiàn)超薄切削刀刃平直工件材料的抗粘性好，化學(xué)親和力好，摩擦系數(shù)小2）技術(shù)要求超微量切削特征目前的超精密加工機床一般采用高精度空氣靜壓軸承支撐主軸系統(tǒng)；空氣靜壓導(dǎo)軌支撐進給系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模式。另外，要實現(xiàn)超微量的切削，必須配有微量移動工作臺的微進給驅(qū)動裝置（摩擦驅(qū)動方式）和滿足刀具角度微調(diào)的微量進給機構(gòu)，并實現(xiàn)數(shù)字控制。

3）加工機床目前的超精密加工機床一般采用高精度空氣靜壓軸1）主軸：要求極高的回轉(zhuǎn)精度和剛度?？諝忪o壓軸承主軸能夠得到高于軸承零件本身的回轉(zhuǎn)精度。1）主軸：要求極高的回轉(zhuǎn)精度和剛度?？諝忪o壓軸承主軸能夠得到

2)導(dǎo)軌及進給驅(qū)動裝置：動作靈活，無爬行等不連續(xù)動作，直線精度好。通常采用空氣靜壓導(dǎo)軌?？諝忪o壓導(dǎo)軌2)導(dǎo)軌及進給驅(qū)動裝置：動作靈活，無爬行等不連續(xù)動摩擦驅(qū)動原理圖摩擦驅(qū)動原理圖NAM800LODTM超精密金剛石車床NAM800LODTM超精密金剛石車床國際知名超精密加工研究單位與企業(yè)主要有：美國LLNL實驗室和Moore公司英國Granfield大學(xué)和Tayler公司德國Zeiss（蔡司）公司和Kugler公司日本東芝機械、豐田工機和不二越公司等國內(nèi)主要的研究單位有北京機床研究所、清華大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、中國科學(xué)院長春光機所應(yīng)用光學(xué)重點實驗室、大連理工大學(xué)和浙江工業(yè)大學(xué)等。國際知名超精密加工研究單位與企業(yè)主要有：國內(nèi)4）在線檢測盒誤差補償工件檢測光波干涉測量隧道掃面顯微鏡機床本身精度檢測主軸工作臺徑向跳動機床重復(fù)定位檢測4）在線檢測盒誤差補償工件檢測5）工作環(huán)境恒溫超凈防振恒濕5）工作環(huán)境恒溫金剛石刀具切削用高精度機床和單晶金剛石刀具進行的精密、超精密切削

稱為金剛石刀具切削或SPDT（SinglePointDiamondTurning）金剛石刀具切削主要用于有色金屬（銅、鋁及其合金）、非金屬材料的精密加工利用超精密金剛石切削的菲涅爾透鏡，更薄、性能更好金剛石刀具切削用高精度機床和單晶金剛石刀具進行的精密、超精密金剛石切削機理

切削在晶粒內(nèi)進行切削力＞原子結(jié)合力（剪切應(yīng)力達13000N/mm2）刀尖處溫度極高，應(yīng)力極大，普通刀具難以承受高速切削（與傳統(tǒng)精密切削相反），工件變形小，表層高溫不會波及工件內(nèi)層，可獲得高精度和好表面質(zhì)量金剛石切削機理切削在晶粒內(nèi)進行

刀尖附近二維切削模型金剛石切削機理金剛石切削刀尖的切削模型OMF金屬切削模型彈性變形→剪切應(yīng)力增大，達到屈服點→產(chǎn)生塑性變形，沿OM線滑移→剪切應(yīng)力與滑移量繼續(xù)增大，達到斷裂強度→切屑與母體脫離。M刀具切屑OA終滑移線始滑移線：τ=τsΦ剪切角刀尖附近二維切削模型金剛石切削機理金剛石切削刀尖的切削模型

切削表面形成模型金剛石切削機理t0－變質(zhì)層深度；t1－給定切深；t2－實際切深；Δ－毛刺產(chǎn)生的粗糙度增量切削表面的輪廓是在垂直于切削方向的平面內(nèi)工具輪廓的復(fù)映切削表面形成模型金剛石切削機理t0－變質(zhì)層深度；t1－給定

切削表面形成模型金剛石切削機理理想刀具切削刃在工件表面的復(fù)印輪廓

切削刃的粗糙度切削刃口的復(fù)映性毛刺與加工變質(zhì)層

影響表面形成的因素切削表面形成模型金剛石切削機理理想刀具切削刃在工件表面的復(fù)金剛石切削刀具

超精密切削刀具應(yīng)具備的條件：

刀具刃口的鋒利性好。刃口半徑值極小，能實現(xiàn)超薄切削厚度。

切削刃的粗糙度低。切削時刃形將復(fù)制在被加工表面上，從而得到超光滑的鏡面。

刀具與被切削材料的親和性低。以得到極好的加工表面完整性。

切削刃強度高、耐磨損不可替代的超精密切削刀具材料：單晶金剛石金剛石切削刀具超精密切削刀具應(yīng)具備的條件：不可替代的超金剛石的性能金剛石刀具對超精密切削的適應(yīng)性硬度最高，各向異性，不同晶向的物理性能相差很大。優(yōu)質(zhì)天然單晶金剛石：多數(shù)為規(guī)整的8面體或菱形12面體，少數(shù)為6面立方體或其他形狀，淺色透明，無雜質(zhì)、無缺陷。大顆粒人造金剛石在超高壓、高溫下由子晶生長而成，并且要求很長的晶體生長時間。人造單晶金剛石已用于制造超精密切削的刀具。金剛石的性能金剛石刀具對超精密切削的適應(yīng)性硬度最高，各向金剛石刀具刃口的鋒利性－最小圓弧半徑可以達到2nm金剛石刀具刃口的粗糙度

－可達到Ry10nm金剛石刀具切削刃有良好的復(fù)印性金剛石刀具的熱化學(xué)性能

－有較高的熱導(dǎo)率和比熱容，低的摩擦系數(shù)

－高溫時易氧化和石墨化金剛石刀具對超精密切削的適應(yīng)性材料晶界圓弧半徑/nm金剛石TICFeCuAl2.01.12.93.75.7最小圓弧半徑的計算值金剛石刀具刃口的鋒利性金剛石刀具對超精密切削的適應(yīng)性材料晶金剛石刀具的分類

天然單晶金剛石刀具

人工合成金剛石刀具(如美國GE公司生產(chǎn)的COMPAX牌金剛石刀具)

－聚晶金剛石(PCD)（切割后焊在刀片上）

－金剛石膜（厚膜焊接在刀片上，薄膜涂層涂覆在超硬刀具基體上）金剛石刀具的分類天然單晶金剛石刀具刀具切削刃比較金剛石粉燒結(jié)體立方氮化硼燒結(jié)體（CBN）單晶金剛石刀具切削刃比較金剛石粉燒結(jié)體立方氮化硼燒結(jié)體（CBN）單晶金單晶金剛石刀具金剛石的晶體結(jié)構(gòu)和刃磨單晶金剛石研磨后的刀刃多晶金剛石研磨后的刀刃立方體八面體十二面體單晶金剛石刀具金剛石的晶體結(jié)構(gòu)和刃磨單晶金剛石研磨后的刀刃單晶金剛石刀具單晶金剛石的硬度（努氏硬度）單晶金剛石刀具單晶金剛石的硬度（努氏硬度）單晶金剛石刀具單晶金剛石的熱穩(wěn)定性金剛石的熱穩(wěn)定性與周圍介質(zhì)、硬度等有關(guān)金剛石在不同介質(zhì)條件下受熱升溫時所發(fā)生的狀態(tài)單晶金剛石刀具單晶金剛石的熱穩(wěn)定性金剛石的熱穩(wěn)定性與周圍介質(zhì)單晶金剛石刀具單晶金剛石的熱穩(wěn)定性MBD6型金剛石在不同溫度下保溫1小時的抗壓強度曲線MBD6型金剛石在800℃加熱不同時間的抗壓強度曲線單晶金剛石刀具單晶金剛石的熱穩(wěn)定性MBD6型金剛石在不同溫度單晶金剛石刀具

CBN和單晶金剛石的熱穩(wěn)定性比較單晶金剛石刀具CBN和單晶金剛石的熱穩(wěn)定性比較金剛石刀具可切削材料可切削材料Al（鋁）、Cu（銅）、Au（金）、Ag（銀）、Pb（鉛）、Pt（白金）、黃銅、Ge（鍺）、ZnS（硫化鋅）、各種塑膠金剛石刀具可切削材料可切削材料要求高精度、高剛度、良好穩(wěn)定性、抗振性及數(shù)控功能等金剛石切削機床型號(生產(chǎn)廠家)HCM-Ⅰ

(中國哈工大)M-18AG

(莫爾特殊機床,美國)UltraprecisionCNCmachine

(東芝,日本)UltraprecisionLathe

(IPT，德國)主軸徑向跳動(μm)≤0.075≤0.05(500r/min)≤0.048軸向跳動(μm)≤0.05≤0.05(500r/min)徑向剛度(N/μm)220100軸向剛度(N/μm)160200導(dǎo)軌Z向(主軸)直線度＜0.2μm/100mm≤0.5μm/230mm0.044μm/80mmX向(刀架)直線度＜0.2μm/100mm≤0.5μm/410mm0.044μm/80mmX、Z向垂直度(")≤11重復(fù)定位精度(μm)1(全程)、0.5(25.4mm)加工

工件

精度形面精度(μm)圓度：0.1平面度：0.3＜0.1(P-V值)0.1表面粗糙度(μm)Ra0.00420.0075(P-V值)Ra0.0020.002～0.005RMS位置反饋系統(tǒng)分辨率(μm)252.510溫控精度(℃)≤0.004±0.006±0.1隔振系統(tǒng)固有頻率(Hz)≤22加工范圍(mm)320356650×2502主軸系統(tǒng)國內(nèi)外典型超精密車床性能指標(biāo)要求高精度、高剛度、良好穩(wěn)定性、抗振性及數(shù)控功能等金剛石切削Moore金剛石車床回轉(zhuǎn)工作臺工件刀具主軸傳動帶主軸電機空氣墊刀具夾持器美國Moore公司M-18AG金剛石車床主軸采用空氣靜壓軸承，轉(zhuǎn)速5000轉(zhuǎn)/分，徑跳＜0.1μm；液體靜壓導(dǎo)軌，直線度達0.05μm/100mm；數(shù)控系統(tǒng)分辨率0.01μm。典型金剛石切削機床Moore金剛石車床回轉(zhuǎn)工作臺工件刀具主軸傳動帶主軸電機空氣典型金剛石切削機床T形布局的金剛石車床車床主軸裝在橫向滑臺（X軸）上，刀架裝在縱向滑臺（Z軸）上?？山鉀Q兩滑臺的相互影響問題，而且縱、橫兩移動軸的垂直度可以通過裝配調(diào)整保證，生產(chǎn)成本較低，已成為當(dāng)前金剛石車床的主流布局。

T形布局典型金剛石切削機床T形布局的金剛石車床車床主軸裝在橫向滑臺（

金剛石車床主要性能指標(biāo)數(shù)控系統(tǒng)分辯率/μm400×2005000～1000050000.1～0.01≤0.2/100≤0.1≤0.1≤1/150≤2/100徑向1140軸向1020640720最大車削直徑和長度/mm最高轉(zhuǎn)速r/mm最大進給速度mm/min重復(fù)精度(±2σ)/μm主軸徑向圓跳動/μm滑臺運動的直線度/μm主軸前靜壓軸承（φ100mm）的剛度/（N/μm）主軸后靜壓軸承（φ80mm）的剛度/（N/μm）縱橫滑臺的靜壓支承剛度/（N/μm）主軸軸向圓跳動/μm橫滑臺對主軸的垂直度/μm金剛石車床主要性能指標(biāo)數(shù)控系統(tǒng)分辯率/μm400×200金剛石車床加工4.5mm陶瓷球金剛石車床及其加工照片金剛石車床加工4.5mm陶瓷球金剛石車床及其加工照片

用于銅、鋁及其合金精密切削（切鐵金屬，由于親合作用，產(chǎn)生“碳化磨損”，影響刀具壽命和加工質(zhì)量）

加工各種紅外光學(xué)材料如鍺、硅、ZnS和ZnSe等

加工有機玻璃和各種塑料

典型產(chǎn)品：光學(xué)反射鏡、射電望遠(yuǎn)鏡主鏡面、大型投影電視屏幕、照像機塑料鏡片、樹脂隱形眼鏡鏡片等金剛石切削的應(yīng)用用于銅、鋁及其合金精密切削（切鐵金屬，由于親合作用，產(chǎn)生“謝謝觀賞謝謝觀賞知識回顧KnowledgeReview知識回顧KnowledgeReview先進制造工藝技術(shù)先進制造工藝技術(shù)精密/超精密加工技術(shù)的內(nèi)涵和特征

精密/超精密加工技術(shù)是適應(yīng)現(xiàn)代化技術(shù)發(fā)展的一種機械加工新工藝，它綜合應(yīng)用了微電子技術(shù)，計算機技術(shù)，激光技術(shù)，使加工技術(shù)產(chǎn)生了飛躍發(fā)展精密/超精密加工技術(shù)的內(nèi)涵和特征精密精密與超精密加工是指加工精度和表面質(zhì)量達到極高程度的精密加工工藝。隨著加工技術(shù)的發(fā)展，精密加工的技術(shù)指標(biāo)也在不斷變化。

一般加工：精度值1-10μm左右，Ra0.1～0.8μm

精密加工：精度值0.1-1μm左右，Ra0.1μm以下超精密加工：精度值0.1μm以下，Ra0.02μm以下納米加工：精度值低于0.001μm，Ra小于0.005μm一精密/超精密加工技術(shù)的內(nèi)涵精密與超精密加工是指加工精度和表面質(zhì)量達到極加工類別項目精密加工超精密加工尺寸精度2.5-0.750.20-0.25圓度0.70-0.200.12-0.02圓柱度1.25-0.380.25-0.13平面度1.25-0.380.25-0.13表面粗糙度0.10-0.025≦0.025當(dāng)前精密加工和超精密加工的水平加工類別項目精密加工超精密加工尺寸精度2.5-0.750亞微米加工加工精度達到0.1微米級的加工納米加工納米級0.1–10nm材料的產(chǎn)品設(shè)計、加工、檢驗、控制等一系列技術(shù)微細(xì)加工制造微小尺寸零件的生產(chǎn)加工技術(shù)（半導(dǎo)體集成電路）光整加工降低加工工件表面粗糙度和提高表面層物理和力學(xué)性能的加工方法(拋光磁流加工磨料流加工）精整加工既能提高加工精度，又能提高表面質(zhì)量的加工方法（研磨雙端面研磨）亞微米加工加工精度達到0.1微米級的加工二精密與超精密加工技術(shù)的特點1微量切削2綜合性高技術(shù)3采用自動化技術(shù)來保證加工精度和表面質(zhì)量（計算機控制在線控制自適應(yīng)控制）4綜合應(yīng)用各種加工方法（傳統(tǒng)切削和磨削特種加工復(fù)合加工）二精密與超精密加工技術(shù)的特點1微量切削三精密與超精密加工技術(shù)的應(yīng)用1超精密零件加工、2超精密異形零件加工3超精密光學(xué)零件加工陀螺儀飛機發(fā)動機的葉片三精密與超精密加工技術(shù)的應(yīng)用1超精密零件加工、陀螺儀飛機大規(guī)模集成電路芯片局部顯微圖像單晶硅切片制造芯片切割封裝大規(guī)模集成電路芯片局部顯微圖像單晶硅切片制造芯片切割封裝Hubble望遠(yuǎn)鏡微細(xì)齒輪Hubble望遠(yuǎn)鏡微細(xì)齒輪四精密與超精密加工技術(shù)加工方法傳統(tǒng)型主要依靠機械力去除工件材料特種型采用其他形式的能量去除工件材料復(fù)合型傳統(tǒng)方法的復(fù)合特種方法的復(fù)合傳統(tǒng)方法和特種方法的復(fù)合四精密與超精密加工技術(shù)加工方法傳統(tǒng)型主要依靠機械力去除超精密切削（車削、銑削）超精密磨削超精密研磨、拋光微細(xì)（超微細(xì)，納米）加工宏觀加工技術(shù)微觀加工技術(shù)超精密切削（車削、銑削）宏觀加工技術(shù)微觀加工技術(shù)五精密與超精密加工技術(shù)關(guān)鍵技術(shù)1加工機理（以金剛石刀具超精密切削為例）1）刀具要非常銳利切削刃鈍圓半徑要很小2）刀刃能承受巨大切應(yīng)力3）刀刃具有很強的高溫強度和高溫剛度五精密與超精密加工技術(shù)關(guān)鍵技術(shù)1加工機理（以金剛石刀具超2）技術(shù)要求超微量切削特征刀尖附近的極小局部區(qū)域能承受高溫高壓實現(xiàn)超薄切削刀刃平直工件材料的抗粘性好，化學(xué)親和力好，摩擦系數(shù)小2）技術(shù)要求超微量切削特征目前的超精密加工機床一般采用高精度空氣靜壓軸承支撐主軸系統(tǒng)；空氣靜壓導(dǎo)軌支撐進給系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模式。另外，要實現(xiàn)超微量的切削，必須配有微量移動工作臺的微進給驅(qū)動裝置（摩擦驅(qū)動方式）和滿足刀具角度微調(diào)的微量進給機構(gòu)，并實現(xiàn)數(shù)字控制。

3）加工機床目前的超精密加工機床一般采用高精度空氣靜壓軸1）主軸：要求極高的回轉(zhuǎn)精度和剛度?？諝忪o壓軸承主軸能夠得到高于軸承零件本身的回轉(zhuǎn)精度。1）主軸：要求極高的回轉(zhuǎn)精度和剛度?？諝忪o壓軸承主軸能夠得到

2)導(dǎo)軌及進給驅(qū)動裝置：動作靈活，無爬行等不連續(xù)動作，直線精度好。通常采用空氣靜壓導(dǎo)軌?？諝忪o壓導(dǎo)軌2)導(dǎo)軌及進給驅(qū)動裝置：動作靈活，無爬行等不連續(xù)動摩擦驅(qū)動原理圖摩擦驅(qū)動原理圖NAM800LODTM超精密金剛石車床NAM800LODTM超精密金剛石車床國際知名超精密加工研究單位與企業(yè)主要有：美國LLNL實驗室和Moore公司英國Granfield大學(xué)和Tayler公司德國Zeiss（蔡司）公司和Kugler公司日本東芝機械、豐田工機和不二越公司等國內(nèi)主要的研究單位有北京機床研究所、清華大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、中國科學(xué)院長春光機所應(yīng)用光學(xué)重點實驗室、大連理工大學(xué)和浙江工業(yè)大學(xué)等。國際知名超精密加工研究單位與企業(yè)主要有：國內(nèi)4）在線檢測盒誤差補償工件檢測光波干涉測量隧道掃面顯微鏡機床本身精度檢測主軸工作臺徑向跳動機床重復(fù)定位檢測4）在線檢測盒誤差補償工件檢測5）工作環(huán)境恒溫超凈防振恒濕5）工作環(huán)境恒溫金剛石刀具切削用高精度機床和單晶金剛石刀具進行的精密、超精密切削

稱為金剛石刀具切削或SPDT（SinglePointDiamondTurning）金剛石刀具切削主要用于有色金屬（銅、鋁及其合金）、非金屬材料的精密加工利用超精密金剛石切削的菲涅爾透鏡，更薄、性能更好金剛石刀具切削用高精度機床和單晶金剛石刀具進行的精密、超精密金剛石切削機理

切削在晶粒內(nèi)進行切削力＞原子結(jié)合力（剪切應(yīng)力達13000N/mm2）刀尖處溫度極高，應(yīng)力極大，普通刀具難以承受高速切削（與傳統(tǒng)精密切削相反），工件變形小，表層高溫不會波及工件內(nèi)層，可獲得高精度和好表面質(zhì)量金剛石切削機理切削在晶粒內(nèi)進行

刀尖附近二維切削模型金剛石切削機理金剛石切削刀尖的切削模型OMF金屬切削模型彈性變形→剪切應(yīng)力增大，達到屈服點→產(chǎn)生塑性變形，沿OM線滑移→剪切應(yīng)力與滑移量繼續(xù)增大，達到斷裂強度→切屑與母體脫離。M刀具切屑OA終滑移線始滑移線：τ=τsΦ剪切角刀尖附近二維切削模型金剛石切削機理金剛石切削刀尖的切削模型

切削表面形成模型金剛石切削機理t0－變質(zhì)層深度；t1－給定切深；t2－實際切深；Δ－毛刺產(chǎn)生的粗糙度增量切削表面的輪廓是在垂直于切削方向的平面內(nèi)工具輪廓的復(fù)映切削表面形成模型金剛石切削機理t0－變質(zhì)層深度；t1－給定

切削表面形成模型金剛石切削機理理想刀具切削刃在工件表面的復(fù)印輪廓

切削刃的粗糙度切削刃口的復(fù)映性毛刺與加工變質(zhì)層

影響表面形成的因素切削表面形成模型金剛石切削機理理想刀具切削刃在工件表面的復(fù)金剛石切削刀具

超精密切削刀具應(yīng)具備的條件：

刀具刃口的鋒利性好。刃口半徑值極小，能實現(xiàn)超薄切削厚度。

切削刃的粗糙度低。切削時刃形將復(fù)制在被加工表面上，從而得到超光滑的鏡面。

刀具與被切削材料的親和性低。以得到極好的加工表面完整性。

切削刃強度高、耐磨損不可替代的超精密切削刀具材料：單晶金剛石金剛石切削刀具超精密切削刀具應(yīng)具備的條件：不可替代的超金剛石的性能金剛石刀具對超精密切削的適應(yīng)性硬度最高，各向異性，不同晶向的物理性能相差很大。優(yōu)質(zhì)天然單晶金剛石：多數(shù)為規(guī)整的8面體或菱形12面體，少數(shù)為6面立方體或其他形狀，淺色透明，無雜質(zhì)、無缺陷。大顆粒人造金剛石在超高壓、高溫下由子晶生長而成，并且要求很長的晶體生長時間。人造單晶金剛石已用于制造超精密切削的刀具。金剛石的性能金剛石刀具對超精密切削的適應(yīng)性硬度最高，各向金剛石刀具刃口的鋒利性－最小圓弧半徑可以達到2nm金剛石刀具刃口的粗糙度

－可達到Ry10nm金剛石刀具切削刃有良好的復(fù)印性金剛石刀具的熱化學(xué)性能

－有較高的熱導(dǎo)率和比熱容，低的摩擦系數(shù)

－高溫時易氧化和石墨化金剛石刀具對超精密切削的適應(yīng)性材料晶界圓弧半徑/nm金剛石TICFeCuAl2.01.12.93.75.7最小圓弧半徑的計算值金剛石刀具刃口的鋒利性金剛石刀具對超精密切削的適應(yīng)性材料晶金剛石刀具的分類

天然單晶金剛石刀具

人工合成金剛石刀具(如美國GE公司生產(chǎn)的COMPAX牌金剛石刀具)

－聚晶金剛石(PCD)（切割后焊在刀片上）

－金剛石膜（厚膜焊接在刀片上，薄膜涂層涂覆在超硬刀具基體上）金剛石刀具的分類天然單晶金剛石刀具刀具切削刃比較金剛石粉燒結(jié)體立方氮化硼燒結(jié)體（CBN）單晶金剛石刀具切削刃比較金剛石粉燒結(jié)體立方氮化硼燒結(jié)體（CBN）單晶金單晶金剛石刀具金剛石的晶體結(jié)構(gòu)和刃磨單晶金剛石研磨后的刀刃多晶金剛石研磨后的刀刃立方體八面體十二面體單晶金剛石刀具金剛石的晶體結(jié)構(gòu)和刃磨單晶金剛石研磨后的刀刃單晶金剛石刀具單晶金剛石的硬度（努氏硬度）單晶金剛石刀具單晶金剛石的硬度（努氏硬度）單晶金剛石刀具單晶金剛石的熱穩(wěn)定性金剛石的熱穩(wěn)定性與周圍介質(zhì)、硬度等有關(guān)金剛石在不同介質(zhì)條件下受熱升溫時所發(fā)生的狀態(tài)單晶金剛石刀具單晶金剛石的熱穩(wěn)定性金剛石的熱穩(wěn)定性與周圍介質(zhì)單晶金剛石刀具單晶金剛石的熱穩(wěn)定性MBD6型金剛石在不同溫度下保溫1小時的抗壓強度曲線MBD6型金剛石在800℃加熱不同時間的抗壓強度曲線單晶金剛石刀具單晶金剛石的熱穩(wěn)定性MBD6型金剛石在不同溫度單晶金剛石刀具

CBN和單晶金剛石的熱穩(wěn)定性比較單晶金剛石刀具CBN和單晶金剛石的熱穩(wěn)定性比較金剛石刀具可切削材料可切削材料Al（鋁）、Cu（銅）、Au（金）、Ag（銀）、Pb（鉛）、Pt（白金）、黃銅、Ge（鍺）、ZnS（硫化鋅）、各種塑膠金剛石刀具可切削材料可切削材料要求高精度、高剛度、良好穩(wěn)定性、抗振性及數(shù)控功能等金剛石切削機床型號(生產(chǎn)廠家)HCM-Ⅰ

(中國哈工大)M-18AG

(莫爾特殊機床,美國)UltraprecisionCNCmachine

(東芝,日本)UltraprecisionLathe

(IPT，德國)主軸徑向跳動(μm)≤0.075≤0.05(500r/min)≤0.048軸向跳動(μm)≤0.05≤0.05(500r/min)徑向剛度(N/μm)220100軸向剛度(N/μm)160200導(dǎo)軌Z向(主軸)直線度＜0.2μm/100mm≤0.5μm/230mm0.044μm/80mmX向(刀架)直線度＜0.2μm/100mm≤0.5μm/410mm0.044μm/80mmX、Z向垂直度(")≤11重復(fù)定位精度(μm)1(全程)、0.5(25.4mm)加工

工件

精度形面精度(μm)圓度：0.1平面度：0.3＜