金刚石刀具超精密切削加工)

金刚石刀具超精密切削的机理丶条件和应用范围
金刚石刀具是超精密切削中常用的刀具材料，其切削机理、条件和应用范围如下：
1.切削机理：
⏹金刚石刀具的切削刃非常锋利，在切削过程中能够实现“切入式切削”，
使切削力大大减小。

⏹金刚石的硬度极高，切削时不易被工件材料磨损，能够保持良好的切削刃
形状。

⏹金刚石的传热性能极佳，能够快速地将切削热量传递出去，从而降低切削
温度，减少热损伤。

1.切削条件：
⏹刀具刃口半径：为了实现超精密切削，需要将刀具的刃口半径减小到亚微
米级，以提高切削的精度和表面粗糙度。

⏹切削用量：为了减小切削力和热量，需要选择较小的切削深度和进给速度，
以提高切削效率。

⏹工件材料：金刚石刀具适用于加工各种硬材料，如淬火钢、硬质合金等。

但是，对于一些韧性较大的材料，需要进行预处理或选择其他刀具材料。

1.应用范围：
⏹金刚石刀具广泛应用于超精密切削领域，如光学零件、轴承、硬盘磁头、IC
芯片等高精度、高表面质量的零件加工。

⏹在加工过程中，金刚石刀具还可以用于制作各种微细结构，如微孔、微槽
等。

综上所述，金刚石刀具的超精密切削需要满足一定的条件，并具有广泛的应用范围。

理论与实践经济与社会发展研究超精密加工中的金刚石刀具及刀具磨损分析齐齐哈尔工程学院 武晓迪摘要：各种超精密加工应用中将金刚石用作切削工具已经成为现实，然而其目的与意义并没有得到实质性分析。

据此，本文对超精密加工中应用金刚石作为切削刀具的现实意义进行分析。

关键词：超精密加工；切削工具；刀具磨损一、技术背景分析使用高速超精密车床加工玻璃和硅等脆性材料时，当所施加的切削深度低于临界值时，则认为其处于延性模式，并且可以容易地加工而不会形成裂纹。

因此，对于这些材料的延性至脆性转变具有重要意义，在这些材料中，临界切削深度的大小取决于零件的特性而变化。

通常，单晶硅经常用在微机电系统（ＭＥＭＳ）中，在该系统中，最终将材料加工成优质产品，并进行超精密研磨和抛光操作。

尽管硅材料的行为在室温下很脆，但建议使用金刚石车削工具以延性模式加工硅。

这减少了由陶瓷材料的脆性断裂引起的损坏，并提高了最终零件的生产率。

使用金刚石工具对铜，铝和镍等有色金属材料进行高速加工，以评估工具的磨损，切削力和表面光洁度。

实验针对不同的切割速度进行，例如较低的１５０ｍ／ｍｉｎ的速度和较高的４５００ｍ／ｍｉｎ的速度。

在较低的切削速度下观察到的刀具磨损率大于较高的切削速度。

这可能是由于以较高的速度减少了刀具与工件啮合的时间。

它还降低了工具和工件界面之间的化学亲和力。

具有高负前角的金刚石工具可用于以超精密精度精加工该材料。

二、金刚石作为切削工具的意义制备塑料模具的需求不断增加，而塑料模具是制造ＣＤ光学头的非球面透镜和照相机的智能透镜所必需的。

刀具的切削刃必须锋利且没有不规则形状，以加工高精度非球面。

基于工具的清晰度，单晶金刚石（ＳＣＤ）和多晶金刚石（ＰＣＤ）之间存在主要差异。

ＳＣＤ工具的切削刃是均匀的且没有不规则性，而ＰＣＤ工具的切削刃则显示出微观的不规则性，从而导致金刚石颗粒的去除。

与ＰＣＤ工具相比，ＳＣＤ工具的主要缺点是其磨损寿命短。

它还用于将铝基板加工成精细的镜面涂层，该涂层用于计算机存储系统的硬盘驱动器中。

金刚石刀具在数控机床中的应用随着科技的不断进步和发展，数控机床在工业领域中扮演着重要的角色。

数控机床的出现大大提高了生产效率和加工质量，而金刚石刀具作为一种高性能的切削工具，在数控机床中的应用也越来越广泛。

本文将探讨金刚石刀具在数控机床中的应用，并分析其优势和挑战。

一. 金刚石刀具的基本特性金刚石刀具由金刚石颗粒和金属粉末经压制、烧结等工艺制成，具有极高的硬度、耐磨性和热稳定性。

这些特性使得金刚石刀具在切削加工中具备以下优势：1. 高硬度：金刚石刀具的硬度仅次于金刚石，可用于切削超硬材料如陶瓷和高硬度合金等。

2. 耐磨性：金刚石刀具具有出色的耐磨性，可在切削过程中保持较长的使用寿命。

3. 热稳定性：金刚石刀具具有良好的热稳定性，可承受高温切削环境下的工作，不易变形。

二. 金刚石刀具在数控机床中的应用领域1. 切削加工金刚石刀具广泛应用于数控机床的切削加工领域，包括车削、铣削、钻削、磨削等。

由于金刚石刀具的高硬度和耐磨性，可用于加工硬度较高的材料，如钛合金、高速钢等。

同时，金刚石刀具还能够提供更高的加工精度和表面质量。

2. 精密加工在数控机床的精密加工中，金刚石刀具的应用更能体现出其独特的优势。

例如，在汽车零部件的精密加工过程中，采用金刚石刀具可以实现更高的加工精度和更好的表面质量。

3. 工具磨损监测由于金刚石刀具的耐磨性较高，因此可以通过监测金刚石刀具的磨损情况，准确地评估刀具的使用寿命。

这对机床的保养和刀具的及时更换具有重要意义，可降低生产成本，并提高生产效率。

三. 金刚石刀具在数控机床中的挑战虽然金刚石刀具在数控机床中有广泛的应用前景，但面临着一些挑战和限制：1. 成本高昂：金刚石刀具的制造成本较高，所以其售价也相对较高，这给广泛应用带来了一定的限制。

2. 技术要求高：金刚石刀具的加工工艺复杂，需要高精度和高温高压的条件，所以其生产过程要求较高的技术水平。

3. 刀具表面质量难以保证：由于金刚石刀具的硬度很高，常规的抛光或修整技术难以完成对其表面的加工，从而可能会影响到加工表面质量。

1、精密和超精密加工的三大领域：超精密切削、精密和超精密磨削研磨、精密特种加工。

2、金刚石刀具进行超精密切削时，适合加工铝合金、无氧铜、黄铜、非电解镍等有色金属和某些非金属材料。

3、最硬的刀具是天然单晶金刚石刀具。

金刚石刀具的的寿命用切削路程的长度计算。

4、超精密切削实际能达到的最小切削厚度和金刚石刀具的锋锐度、使用的超精密机床的性能状态、切削时的环境条件等直接相关。

5、影响超精密切削极限最小切削厚度最大的参数是切削刃钝圆半径r n。

6、金刚石晶体有3个主要晶面，即（100）、（110）、（111），（100）晶面的摩擦因数曲线有4个波峰和波谷，（110）晶面有2个波峰和波谷，（111）晶面有3个波峰和波谷。

以摩擦因数低的波谷比较，（100）晶面的摩擦因数最低，（111）晶面次之，（110）晶面最高。

比较同一晶面的摩擦因数值变化，（100）晶面的摩擦因数差别最大，（110）次之，（111）晶面最小。

7、实际金刚石晶体的（111）晶面的硬度和耐磨性最高。

推荐金刚石刀具的前面应选（100）晶面。

8、（110）晶面的磨削率最高，最容易磨；（100）晶面的磨削率次之，（111）晶面磨削率最低，最不容易磨。

9、金刚石的3个主要晶面磨削（研磨）方向不同时，磨削率相差很大。

现在习惯上把高磨削率方向称为“好磨方向”，把低磨削率方向称为“难磨方向”。

10、金刚石磨损本质是微观解离的积累；破损主要产生于（111）晶面的解离。

11、金刚石晶体定向方法：人工目测定向、X射线晶体定向、激光晶体定向。

其中激光晶体定向最常用。

12、金刚石的固定方法有：机械夹固、用粉末冶金法固定、使用粘结或钎焊固定。

13、精密磨削机理包括：微刃的微切削作用，微刃的等高切削作用，微刃的滑挤、摩擦、抛光作用。

14、超硬磨料砂轮修整的方法有：车削法、磨削法、滚压挤轧法、喷射法、电加工法、超声波振动修整法。

电解在线修锐法（ELID—electrolytic in—process dressing），原理是利用电化学腐蚀作用蚀出金属结合剂。

金刚石精密切削的定义1. 引言说到金刚石，大家可能第一反应就是“哇，那个超闪的钻石！”但其实，金刚石不仅仅是用来装饰的，咱们还可以把它用在切削加工上。

没错，金刚石精密切削就是这门绝活儿，它可以把金刚石这种硬得跟铁一样的材料，变得细腻无比，真是牛得不行啊。

2. 金刚石的特性2.1 硬度无敌首先，金刚石的硬度可以说是世界上数一数二的，连钢铁都甘拜下风，简直是“坚不可摧”的代名词。

想象一下，用它来切削其他材料，那简直是如鱼得水，游刃有余，省力又省心。

2.2 耐磨性极强除了硬度，金刚石的耐磨性也是一流的。

就像老话说的“磨刀不误砍柴工”，用金刚石切削工具，不仅能保持锋利，还能大大延长使用寿命，真是“一举两得”的好选择。

3. 精密切削的定义3.1 何谓精密切削那么，什么是精密切削呢？简单来说，就是通过高精度的切削工具对材料进行精准加工。

这可不是简单的“咔嚓”一声，而是需要科学的技术和工艺来确保每个细节都到位，完美无瑕。

3.2 金刚石在精密切削中的应用金刚石在这方面可是个大明星！它不仅能处理金属，还能处理玻璃、陶瓷等硬材料，简直是“全能型选手”。

想想看，车床上转动的金刚石刀具，切割出完美的形状，那种感觉，简直让人拍手叫好，心中默默赞叹。

4. 优势与应用4.1 效率提升用金刚石进行精密切削，可以大幅提升加工效率。

因为它的切削速度快，切削温度低，不容易变形，真是“马到成功”的好帮手。

这样一来，企业不仅能节省时间，还能降低成本，真是一箭双雕。

4.2 广泛应用这项技术的应用可谓是遍地开花，无论是汽车、航空，还是电子产品，都能看到它的身影。

比如说，在手机屏幕的加工中，金刚石切削让屏幕边缘光滑得像丝绸一样，手感超赞。

5. 未来发展5.1 技术创新随着科技的发展，金刚石精密切削的技术也在不断创新。

新材料、新工艺层出不穷，让切削的精度和效率都在不断提高，未来可期啊！。

5.2 市场前景相信随着对高品质产品的需求增加，金刚石精密切削的市场前景会越来越广阔。

超精密加工技术综述摘要超精密加工技术的发展，直接影响到一个国家尖端技术和国防工业的发展，因此世界各国对此都极为重视，投入很大力量进行研究开发，同时实行技术保密，控制关键加工技术及设备出口。

关键词超精密加工金刚石刀具的切削1. 前言超精密加工技术，是现代机械制造业最主要的发展方向之一。

在提高机电产品的性能、质量和发展高新技术中起着至关重要的作用，并且已成为在国际竞争中取得成功的关键技术。

超精密加工是指亚微米级(尺寸误差为0.3～0.03?m，表面粗糙度为Ra0.03～0.005?m)和纳米级(精度误差为0.03?m，表面粗糙度小于 Ra0.005?m)精度的加工。

实现这些加工所采取的工艺方法和技术措施，则称为超精加工技术。

加之测量技术、环境保障和材料等问题，人们把这种技术总称为超精工程。

超精密加工主要包括三个领域：超精密切削加工如金刚石刀具的超精密切削，可加工各种镜面。

它已成功地解决了用于激光核聚变系统和天体望远镜的大型抛物面镜的加工。

超精密磨削和研磨加工如高密度硬磁盘的涂层表面加工和大规模集成电路基片的加工。

超精密特种加工如大规模集成电路芯片上的图形是用电子束、离子束刻蚀的方法加工，线宽可达0.1?m。

如用扫描隧道电子显微镜(STM)加工，线宽可达2～5nm。

2. 工作原理近年来，在传统加工方法中，金刚石刀具超精密切削、金刚石微粉砂轮超精密磨削、精密高速切削、精密砂带磨削等已占有重要地位；在非传统加工中，出现了电子束、离子束、激光束等高能加工、微波加工、超声加工、蚀刻、电火花和电化学加工等多种方法，特别是复合加工，如磁性研磨、磁流体抛光、电解研磨、超声珩磨等，在加工机理上均有所创新。

3. 设备对精密和超精密加工所用的加工设备有下列要求。

(1)高精度。

包括高的静精度和动精度，主要的性能指标有几何精度、定位精度和重复定位精度、分辨率等，如主轴回转精度、导轨运动精度、分度精度等；(2)高刚度。

包括高的静刚度和动刚度，除本身刚度外，还应注意接触刚度，以及由工件、机床、刀具、夹具所组成的工艺系统刚度。

1、通常将加工精度在0.1-1um、加工表面粗糙度R在0.02-0.1um之间的加工方法称为精密加工。

而将加工精度高于0.1um、加工表面粗糙度R小于0.01um的加工方法称为超精密加工。

2、提高加工精度的原因：提高制造精度后可提高产品的性能和质量，提高其稳定性和可靠性；促进产品的小型化；增强零件的互换性，提高装配生产率，并促进自动化装配。

3、精密和超精密加工目前包含三个领域：超精密切削；精密和超精密磨削研磨‘精密特种加工。

4、金刚石刀具的超精密切削加工技术，主要应用于两个方面：单件的大型超精密零件的切削加工和大量生产的中小型零件的超精密切削加工技术。

5、金刚石刀具有两个比较重要的问题：晶面的选择；切削刃钝圆半径。

6、超稳定环境条件主要是指恒温、防振、超净和恒湿五个方面的条件。

7、我国应开展超精密加工技术基础的研究，其主要内容包括以下四个方面：1）超精密切削、磨削的基本理论和工艺。

2）超精密设备的关键技术、精度、动特性和热稳定性。

3）超精密加工的精度检测、在线检测和误差补偿。

4）超精密加工的环境条件。

5）超精密加工的材料。

8、超精密切削实际选择的切削速度，经常是根据所使用的超精密机床的动特性和切削系统的动特性选取，即选择振动最小的转速。

9、超精密切削实际能达到的最小切削厚度和金刚石刀具的锋锐度、使用的超精密机床的性能状态、切削时的环境等都直接有关。

10、为实现超精密切削，刀具应具有如下性能：1）极高的硬度、极高的耐磨性和极高的弹性模量，以保证刀具有很长的寿命和很高的尺寸耐用度。

2）切削刃钝圆能磨得极其锋锐，切削刃钝圆半径r值极小，能实现超薄切削厚度。

3）切削刃无缺陷，切削时刃形将复印在加工表面上，能得到超光滑的镜面。

4）和工件材料的抗粘结性好、化学亲和性小、摩擦因素低，能得到极好的加工表面完整性。

11、SPDT——金刚石刀具切削和超精密切削。

12、晶体受到定向的机械力作用时，可以沿平行于某个平面平整地劈开的现象称为解理现象。

金刚石刀具超精密车削技术研究作者：杨震来源：《科学与财富》2018年第27期摘要：通过对超精密车床、超精密加工材料特性、超精密加工刀具、超精密切削用量、加工冷却液及超精密检测技术等进行分析研究，总结出超精密车削技术研究的工程化加工技术，提高现有的加工水平，扩展了金刚石刀具加工的空白领域，为公司的研制产品和批产提供技术保障和技术储备。

关键词：铜铝合金；超精密加工；金刚石刀具；切削用量1引言为了适应国内外发展形势，目前，我公司产品正由精密型向超精密型转化，产品零件的精度、加工难度、复杂性等都在向更高层次发展。

公司研制产品中，铜铝合金零件的精度要求越来越高，现有的加工水平已经不能满足公司的需求。

因此，对超精密车削技术进行研究，充分应用高精密车床设备的各项功能，试验摸索合理的切削参数、刀具材料及冷却液，有效提高刀具的加工效率和使用寿命，实现超精密零件车削加工尤为重要。

2超精密车床的应用研究超精密车床是实现超精密加工的首要条件，根据公司研制产品的需求，新购置的超精密车床HLV，主轴的径、轴向跳动量为0.0004mm、加工零件的圆度为0.5um、圆柱度为5um/100mm、表面粗糙度为Ra0.2um。

为了更好发挥该车床各项功能，在加工试验中，依据加工检测零件的实际尺寸，对机床主轴进行微调，将机床的各参数调整到最佳状态。

依据车床最小进刀刻度尺及光栅供数显用的最小尺寸精度0.008mm，做了两个表架，并安装精度为0.001mm的表以便控制切削深度，提高零件加工尺寸精度和稳定性。

同时，摸索机床的各项参数，依据加工材料的特性，选择最佳的机床转速，尽量减少机床内部所有振动，提高机床工作时的平衡性。

3零件材料的理论分析超精密加工的材料在化学成分、物理机械性能和加工工艺上都有严格的要求，材料应选择质地均匀，不能有杂质，性能要一致、稳定，无外部和内部缺陷，如杂质、砂眼。

铝合金具有密度小、塑性高、热导率高等优点，切削加工性能良好，是达到超精密加工优选材料。

如何检测金刚石刀具刃口锋利度和粗糙度及刀面质量？
刃磨后的金刚石刀具刃口及刀面质量将直接影响被加工零件表面质量完整性。

如切削刃钝圆半径R过大，会增加刀具切入工件的难度、增加切削力、加大表面的变形程度及变形层深度，刃口锯齿度、刃口和刀面的表面粗糙度、波度都会复印到已加工工件表面等。

所以，在超精密切削加工中金刚石刀具刃口的锋利度、刃口及刀面的表面粗糙度、刃口的几何精度是衡量金刚石刀具质量的重要技术指标。

一般来说，高精度金刚石车刀刃磨指标为刃口钝圆半径R≤ 0.05μm刃口及刀面表面粗糙度值Ra≤0.01μm或更小，线轮廓度和圆轮廓度不大于0.05μm或更小，因此，选择合理的金刚石刀具刃口检测方法是保证刀具刃磨质量的重要手段之一。

、
目前国际上最流行的测量金刚石刀具切削刃钝圆半径的方法是扫描电子显微镜法，由于采用该方法之前必须在金刚石表面镀上一层导电薄膜，故测量不能反映刀具刃口及刀面的真实形貌，且当刀具刃口钝圆半径R<100nm后，该方法的分辨率明显不够，图像边缘比较模糊，难以实现100nm精度内的有效测量。

国际上已出现了一些高精度的测量方法，如日本国立横滨大学提出用SEM检测的细金线压痕法、美国Oklahoma大学提出的直接用原子力显微镜测量金刚石刀具切削刃钝圆半径等。

超精密切削加⼯主要指⾦刚⽯⼑具的超精密切削超精密切削加⼯主要指⾦刚⽯⼑具的超精密切削。

超精密切削的⼯作机理：普通的切削的切削深度⼀般远⼤于材料晶粒的尺⼨，切削加⼯以数⼗计的晶粒团为加⼯单位，在切削⼒的作⽤下从基体上去除⾦属。

⽽超精密加⼯的切削层很薄或尺⼨很⼩，切削深度和进给量必然很⼩，特别是亚微⽶和纳⽶级的超精密切削，切削深度通常⼩于材料晶粒直径，使的切削只能在晶粒内部进⾏。

超精密切削时的切削⼒的特征为：切削⼒微⼩，单位切削⼒很⼤，切削⼒随着切削深度的减⼩⽽增⼤，⽽在切深很⼩时切削⼒却急剧上升。

超精密切削加⼯的特点与应⽤（1）单位切削⼒⼤实现纳⽶级的超精密加⼯的物理实质是切断材料的分⼦、原⼦间的结合，实现原⼦或者分⼦的去除，因此切削⼒必须超过晶体内部的分⼦、原⼦结合⼒。

（2）切削温度由于超精密切削的切削⽤量极⼩以及⾦刚⽯⼑具和⼯件材料具有的⾼导热性，因此超精密切削温度相当低。

（3）⼑刃圆弧半径对最⼩切削厚度的限制⼑具刃⼝半径限制了其最⼩的切削厚度，⼑具刃⼝越⼩，允许的最⼩切削厚度也越⼩。

超精密切削的应⽤超精密加⼯主要⽤于加⼯软⾦属材料以及光学玻璃、⼤理⽯和碳素纤维板等⾮⾦属材料，主要加⼯对象是精度要求很⾼的镜⾯零件。

（下图是超精密切削球⾯镜的加⼯原理图）球⾯镜的加⼯原理1-主轴；2-凹⾯镜；3-⼑具轴超精密磨削超精密磨削是当代能达到最低磨削表⾯粗糙度值和最⾼加⼯精度的磨削⽅法。

超精密磨削去除量最薄，采⽤较⼩修整导程和吃⼑量来修整砂轮，是靠超微细磨粒等⾼微刃磨削作⽤，并采⽤较⼩的磨削⽤量磨削。

超精密磨削要求严格消除振动，并保证恒温及超净的⼯作环境。

超精密磨削的光磨微细摩擦作⽤带有⼀定的研抛作⽤性质。

1.超精密砂轮磨削的磨削超精密砂轮磨削机理：( 1 ) 超微量切除超精密磨削是⼀种极薄切削，切屑厚度极⼩，磨削深度可能⼩于晶粒的⼤⼩，磨削就在晶粒内进⾏，因此磨削⼒⼀定要超过晶体内部⾮常⼤的原⼦、分⼦结合⼒，从⽽磨粒上所承受的切应⼒就急速地增加并变得⾮常⼤，可能接近被磨削材料的剪切强度的极限。