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编案时间：适用班级：0903、0904课时：2课时教学课题：影响加工表面粗糙度的工艺因素及其改善措施教学目标：掌握影响切削加工表面粗糙度的因素及改善表面粗糙度的方法；磨削加工表面粗糙度的因素及改善表面粗糙度的方法；教学重点：掌握影响切削加工表面粗糙度的因素及改善表面粗糙度的方法；教学难点：表面粗糙度的计算；教具仪器：多媒体第3章机械加工质量控制第一节影响加工表面粗糙度的工艺因素及其改善措施3.1影响加工表面粗糙度的工艺因素及其改善措施3.1.1切削加工表面粗糙度切削加工表面粗糙度主要取决于切削残留面积的高度，并与切削表面塑性变形及积屑瘤的产生有关。
影响切削残留面积高度的因素图4.47示出了车削加工残留面积的高度。
图a为使用直线刀刃切削的情况，其切削残留面积高度为：(4-34) 图b为使用圆弧刀刃切削的情况，其切削残余面积的高度为：(4-35)图4-60 残留面积高度Rmax从上面两式可知，影响切削残留面积高度的因素主要包括：刀尖圆弧半径、主偏角、副偏角及进给量f等。
影响切削表面塑性变形和积屑瘤的因素图4-61示出了加工塑性材料时切削速度对表面粗糙度的影响。
切削速度v处于20～50m/min 时，表面粗糙度值最大，这是由于此时容易产生积屑瘤或鳞刺。
积屑瘤已在3.4节中介绍，鳞刺是指切削加工表面在切削速度方向产生的鱼鳞片状的毛刺。
在切削低碳钢、中碳钢、铬钢、不锈钢、铝合金、紫铜等塑性金属时，无论是车、刨、钻、插、滚齿、插齿和螺纹加工工序中都可能产生鳞刺。
积屑瘤和鳞刺均使表面粗糙度值加大。
当切削速度超100m/min时，表面粗糙度值下降，并趋于稳定。
在实际切削时，选择低速宽刀精切和高速精切，往往可以得到较小的表面粗糙度值。
图4-61 切削45钢时切削速度与粗糙度关系一般说，材料韧性越大或塑性变形趋势越大，被加工表面粗糙度就越大。
切削脆性材料比切削塑性材料容易达到表面粗糙度的要求。
对于同样的材料，金相组织越是粗大，切削加工后的表面粗糙度值也越大。
SPDT加工表面粗糙度的影响因素研究许宏淮1，徐敏1，2，李旭峰2（1.复旦大学信息科学与工程学院,上海 200433）（2. 上海现代先进超精密制造中心,上海 200433）摘要在单点金刚石车削（SPDT）加工中，影响表面粗糙度的因素多种多样，这些因素通过复杂的综合作用影响了工件表面粗糙度的形成。
这些因素可以大致分为5大方面：工件材料的性质、金刚石刀具、加工过程参数、机床设备、环境。
本文对工件材料性质、金刚石刀具和加工过程参数这三大方面的因素进行深入细致的分析。
考虑到SPDT加工的机理，SPDT 加工表面粗糙度与工件材料的性质密切相关，尤其是材料的各向异性、纯度、所含的硬颗粒和微观构造等因素。
它们与切削力、切屑的形成、刀具和工件的相对振动以及刀具的磨损密切相关。
金刚石刀具的圆弧半径、前刀角、后刀角以及磨损等因素对表面粗糙度的形成也有重要的影响。
加工过程参数包括主轴转速、进给速率、切削深度，对表面粗糙度的形成有直接的影响，其中进给量对表面粗糙度的影响最为关键。
加工中适当使用喷雾也很重要，尤其是加工硅、锗等材料时。
关键词：单点金刚石车削，表面粗糙度，工件材料性质，金刚石刀具，切削参数Study on the Factors Affecting Surface Roughness in SPDTHonghuai Xu1，Min Xu1，Jinjiang Li 2（1．Department of Optical Science and Engineering, Fudan University，Shanghai，China）；(2. Modern Advanced Utral Precision Manufacturing Center, Shanghai,China）ABSTRACTSurface roughness in Single Point Diamond Turning (SPDT) is affected by a number of factors, which collectively contribute to the final finish of diamond-turned surface. This paper presents the dominant factors affecting surface roughness in SPDT. Considering the mechanism of SPDT, the generation of surface roughness is closely related to the material properties of workpieces, especially some material aspects such as anisotropy, impurity, inclusions and microstructures. The conditions of the tool such as the rake angle, the nose radius, the tool cutting edge waveness and the degree of wear exert significant influence on the surface roughness. The cutting process parameters, including the feed rate, the spindle speed and the depth of cut, as well influence the surface roughness, and the cutting conditions can be optimized for given materials and workpieces. The usage of mist also have to be considered about. Keywords: single point diamond turning, surface roughness, materials properties, crystallographic orientation，diamond tools，cutting conditions1. 简介单点金刚石车削（SPDT）是最为重要的现代超精密加工技术之一，SPDT采用单点金刚石刀具在超精密数控机床上进行点切削加工，加工出来的光学表面达到亚微米级面型精度和纳米级表面粗糙度[1]。
硬脆材料超精密加工关键技术研究随着科技的快速发展，超精密加工技术已经成为现代制造业中不可或缺的关键技术之一。
尤其是在硬脆材料的加工中，超精密加工技术的应用显得尤为重要。
本文将详细探讨硬脆材料超精密加工的关键技术，以期为相关领域的研究和应用提供有益的参考。
超精密加工技术是指通过采用高精度的机床、工具和工艺方法，将原材料或半成品加工成精度高、表面质量好的最终产品。
从20世纪60年代开始，随着计算机、激光、新材料等技术的飞速发展，超精密加工技术也不断取得重大突破。
如今，超精密加工技术已经广泛应用于航空、航天、能源、医疗等领域。
在硬脆材料的加工中，超精密加工技术可以有效提高加工效率和产品质量。
例如，利用超精密加工技术可以制造出高精度的光学元件、半导体芯片、陶瓷零件等，这些产品在各自领域都具有重要的应用价值。
硬脆材料由于其硬度高、脆性大等特点，加工过程中容易出现裂纹、崩边、表面粗糙等问题。
因此，在硬脆材料的超精密加工中，需要解决以下难点：裂纹问题：硬脆材料在加工过程中容易产生裂纹，降低产品的合格率。
崩边问题：由于硬脆材料的硬度较高，加工时容易出现崩边现象，影响产品的精度和表面质量。
表面粗糙问题：硬脆材料在加工过程中容易出现表面粗糙的现象，影响产品的性能和使用寿命。
机床和工具的精度问题：由于硬脆材料的加工精度要求高，因此需要高精度的机床和工具来保证。
采用先进的加工工艺和工具，如激光加工、水刀切割、超声波加工等，以减少加工过程中对材料的损伤。
对硬脆材料进行预处理，如加热、冷却、加载等，以改善其加工性能。
采用高精度的机床和工具，并定期进行维护和校准，以保证加工的精度和稳定性。
对加工参数进行优化，如切削速度、切削深度、进给速度等，以提高加工效率和产品质量。
下面以光学元件和陶瓷零件的超精密加工为例，说明超精密加工技术在硬脆材料加工中的应用。
光学元件的超精密加工：光学元件是光学系统的基本组成部分，其精度和表面质量对整个光学系统的性能有着至关重要的影响。
机械加工表面质量的影响因素及控制措施摘要：机械加工表面质量影响零件的使用性能，如耐磨性、耐疲劳性等方面，同时，本文分析了影响机械加工表面质量的因素，探讨了提高机械加工工件表面质量的措施。
关键词：质量控制机械加工表面质量会直接影响零件的工作性能，尤其是零件的可靠性和工作寿命，任何机械加工所得到的零件表面实际上都不是完全理想的表面，研究机械加工表面质量及其影响因素，掌握其变化规律，对提高机械加工表面质量及产品使用性能具有重要的意义。
一、机械加工表面质量的含义表面质量是指零件被加工后表面层的状态，即：加工表面的几何形状误差和表面层金属的力学物理性能和化学性能，工件表面质量的好坏是以表面粗糙度的大小来衡量的。
表面粗糙度是指加工表面上所具有的较小间距和峰谷所组成微观几何形状的特性。
二、影响机械加工表面质量的因素1、机器使用性能对机械加工表面质量的影响表面质量对零件的耐磨性，配合精度，疲劳强度、抗腐蚀性，接触刚度等使用性能都有很大的影响。
（1）耐磨性对表面质量的影响。
零件的耐磨性主要与摩擦副的材料、热处理情况和润滑条件有关在这些条件已确定的情况下，零件的表面质量就起着决定性的作用零件的磨损过程，通常分为三个阶段：摩擦副刚开始工作时，磨损比较明显，称为初期磨损阶段（一般称为走合期）。
经初期磨损后，磨损缓慢均匀，进入正常磨损阶段。
当磨损达到一定程度后，磨损又突然加剧，导致零件不能正常工作，称为急剧磨损阶段。
（2）疲劳强度对表面质量的影响。
在交变载荷作用下，表面粗糙度的凹谷部位容易引起应力集中，产生疲劳纹。
表面粗糙度值愈大，表面的纹痕愈深，纹底半径愈，抗疲劳破坏的能力就愈差。
（3）耐蚀性对表面质量的影响。
零件的耐蚀性在很大程度上取决于表面粗糙度，表面粗糙度值愈大，则凹谷中聚积腐蚀性物质就愈多、抗蚀性就愈差。
表面层的残余拉应力会产生应力腐蚀开裂，降低零件的耐磨性，而残余压应力则能防止应力腐蚀开裂。
2、影响表面粗糙度的因素（1）切削加工影响表面粗糙度的因素。
精密和超精密加工技术复习思考题答案第一章1。
试述精密和超精密加工技术对发展国防和尖端技术的重要意义.答:超精密加工技术在尖端产品和现代化武器的制造中占有非常重要的地位。
国防方面，例如：对于导弹来说，具有决定意义的是导弹的命中精度,而命中精度是由惯性仪表的精度所决定的。
制造惯性仪表,需要有超精密加工技术和相应的设备。
尖端技术方面,大规模集成电路的发展，促进了微细工程的发展，并且密切依赖于微细工程的发展。
因为集成电路的发展要求电路中各种元件微型化，使有限的微小面积上能容纳更多的电子元件，以形成功能复杂和完备的电路。
因此，提高超精密加工水平以减小电路微细图案的最小线条宽度就成了提高集成电路集成度的技术关键。
2。
从机械制造技术发展看,过去和现在达到怎样的精度可被称为精密和超精密加工。
答：通常将加工精度在0。
1—lμm，加工表面粗糙度在Ra 0。
02—0.1μm之间的加工方法称为精密加工。
而将加工精度高于0。
1μm,加工表面粗糙度小于Ra 0.01μm的加工方法称为超精密加工。
3。
精密和超精密加工现在包括哪些领域。
答：精密和超精密加工目前包含三个领域:1）超精密切削，如超精密金刚石刀具切削，可加工各种镜面.它成功地解决了高精度陀螺仪，激光反射镜和某些大型反射镜的加工.2）精密和超精密磨削研磨。
例如解决了大规模集成电路基片的加工和高精度硬磁盘等的加工.3）精密特种加工。
如电子束,离子束加工。
使美国超大规模集成电路线宽达到0.1μm.4。
试展望精密和超精密加工技术的发展。
答：精密和超精密加工的发展分为两大方面：一是高密度高能量的粒子束加工的研究和开发;另一方面是以三维曲面加工为主的高性能的超精密机械加工技术以及作为配套的三维超精密检测技术和加工环境的控制技术。
5.我国的精密和超精密加工技术和发达国家相比情况如何.答：我国当前某些精密产品尚靠进口，有些精密产品靠老工人于艺，因而废品率极高，例如现在生产的某种高精度惯性仪表，从十几台甚至几十台中才能挑选出一台合格品.磁盘生产质量尚未完全过关,激光打印机的多面棱镜尚不能生产.1996年我国进口精密机床价值达32亿多美元（主要是精密机床和数控机床).相当于同年我国机床的总产值，某些大型精密机械和仪器国外还对我们禁运。
表面粗糙度基础知识表面粗糙度是机械加工中评定零件表面质量的一个重要指标，它在一定程度上反映了零件的加工质量。
它对零件的配合性质、耐磨性、抗腐蚀性、密封性、接触刚度及抗疲劳能力都有影响。
Roughness, an important index of surface quality of component, reflects the machining quality of component and affects the fitting property, wearability, anti-corrosion, tightness, rigidity and anti-fatigue capability of component.零件的表面过于粗糙，会造成接触刚度降低、耐磨性差、疲劳强度和耐蚀性下降，配合性质改变：相对运动件的表面粗糙度过细，不易储存润滑油，加重磨损，同时过细的表面还将大大提高制造成本。
为了反映零件使用性能要求，对零件表面可以采用一个或几个表面粗糙度评定参数。
如下图所示：图1：21-13 轴1 表面粗糙度的定义和评定参数Definition and parameter of roughness表面粗糙度是指加工表面上具有的较小的间距和峰谷所组成的微观几何特性。
一般由所采用的加工方法和其他因素形成。
Caused by machining and other factors.表面粗糙度的评定参数：轮廓算数平均偏差Ra,微观不平度十点高度Rz,轮廓最大高度Ry。
表1：术语及定义Table 1: terms and definitionTerm Definition DiagramRemarks轮廓算数平均偏差Ra 在取样长度内轮廓绝对值的算术平均值Ra=微观不平度十点高度Rz 在取样长度内5个最大的轮廓峰值与5个最小的轮廓谷深的平均值之和Rz=+轮廓最大高度Ry 在取样长度轮廓峰顶线和轮廓谷底线之间的距离2 表面粗糙度的基本符号及含义2.1基本符号basic sign表示表面可用任何方法获得，当不加注粗糙度数值或有关说明（如表面处理、局部热处理）时，仅适用简化代号标注。
一、概述超精密车削镍层模仁光学表面的RA和RZ指标是评价工件表面质量的重要参数。
超精密车削技术是一种能够达到微纳级精度的高精密加工技术，镍层模仁则是一种常用的光学元件材料。
研究超精密车削对镍层模仁光学表面RA和RZ标准的影响对于提高镍层模仁的加工质量具有重要意义。
二、超精密车削技术的原理超精密车削是一种利用车床进行极其精密加工的技术，其原理是通过使用高速旋转的刀具，将工件表面经过数次切削，使其表面得到极高精度和光洁度的加工方法。
三、镍层模仁光学表面RA和RZ的概念RA值是表面粗糙度的平均值，用于表征加工后的表面光洁度；RZ 值是表面最大高度和最大谷深之间的垂直距离的平均值，更能反映表面的不平整程度。
四、超精密车削对镍层模仁光学表面RA和RZ的影响1. 优势：超精密车削技术能够显著降低镍层模仁的表面粗糙度，对提高光学元件的光学性能是非常有利的；2. 挑战：在超精密车削过程中，镍层模仁的表面质量容易受到各种因素的影响，从而对RA和RZ值产生一定的波动。
五、超精密车削下的镍层模仁光学表面RA和RZ的标准1. 国际标准：国际上对于镍层模仁光学表面RA和RZ的标准设立了一定的要求，主要是为了确保工件的核心光学指标得到满足；2. 制定标准的影响因素：超精密车削对镍层模仁光学表面RA和RZ 标准的影响主要受到刀具材料、车削参数的选取以及切削润滑方式等多种因素的影响。
六、未来工作展望超精密车削镍层模仁光学表面RA和RZ标准的研究对于提高镍层模仁的加工质量具有重要意义。
未来的工作可以从优化车削工艺、探索更合适的刀具材料以及研究新型的切削润滑方式等方面展开，以进一步提高镍层模仁光学表面的RA和RZ值，并为其应用提供技术支持。
七、结论总体而言，超精密车削对镍层模仁光学表面RA和RZ标准的研究，对于提高镍层模仁的加工质量和扩大其应用范围具有重要意义。
在实际的加工生产中，需要充分考虑超精密车削技术对镍层模仁光学表面RA和RZ值的影响，并制定相应的工艺控制方法，以确保工件表面质量的稳定性和一致性。
单晶金刚石车刀在超精密单点切削中的磨损分析磨损分析是评估单晶金刚石车刀在超精密单点切削中使用过程中的性能退化情况。
磨损是由切削力和摩擦力引起的，而超精密单点切削要求较小的切削力和摩擦力。
因此，单晶金刚石车刀的磨损是非常重要的。
首先，单晶金刚石车刀的磨损主要有两种形式：刃口磨损和表面磨损。
刃口磨损会导致车刀的切削边缘变钝，从而降低切削效率和切削质量。
表面磨损主要是由刀具与工件表面接触时产生的摩擦引起的。
这些磨损形式都会导致单晶金刚石车刀的使用寿命减少。
其次，可以通过磨损分析来确定单晶金刚石车刀的磨损程度。
常用的磨损评估方法有：测量切削力和刀具表面形貌、观察工件表面质量等。
测量切削力可以间接评估刃口磨损程度，如果切削力增加，则说明刃口已经磨损。
观察工件表面质量也可以判断磨损情况，如果工件表面粗糙度增加，则说明刃口已经损坏。
最后，还可以通过磨损分析找出导致单晶金刚石车刀磨损的原因。
可能的原因包括：切削条件不合适、切削速度过高、切削液不合适等。
通过找出磨损原因，可以采取相应的措施来减少磨损，延长单晶金刚石车刀的使用寿命。
总之，单晶金刚石车刀在超精密单点切削中的磨损分析是评估其使用寿命和性能的重要手段。
通过磨损分析，可以确定磨损程度，找出导致磨损的原因，并采取相应的措施来延长车刀的使用寿命。
此外，单晶金刚石车刀磨损分析还可以提供对刀具寿命的预测和刀具性能的改进。
通过磨损分析，可以获取关于刀具磨损速率和刀具寿命的重要信息。
这些信息对于制定合理的刀具更换计划非常关键，以避免频繁更换刀具或过度使用磨损严重的刀具。
磨损分析还可以帮助改进单晶金刚石车刀的设计和制造工艺。
通过观察磨损形态和区域，可以了解刀具的磨损机制和影响因素。
这对于优化刀具的材料、几何形状和涂层等方面非常有价值。
例如，可以针对刀具的磨损情况进行改进，使其更耐磨、更耐用，并提高切削效率和切削质量。
此外，磨损分析还可以通过对比不同切削条件下的磨损情况，寻找最佳的切削参数组合。
超精密加工技术广东工业大学机电工程学院魏昕一、概述¾超精密加工技术的内涵¾超精密加工技术的地位与作用¾超精密加工技术所涉及的技术领域¾超精密加工技术的现状与发展趋势一、概述1. 超精密加工技术的内涵精密加工技术：加工精度1—0.1μm，表面粗糙度Ra <0.1 μm的加工技术；超精密加工技术：加工精度<0.1μm，表面粗糙度Ra <0.02μm的加工技术；纳米加工技术：加工精度达0.001μm(1nm)，表面粗糙度Ra <0.005 μm的加工技术。
随着加工技术的不断发展，超精密加工的技术一、概述2、超精密加工技术的地位与作用（1）超精密加工技术是实现现代制造业发展目标（提高机电产品的性能、质量和发展高新技术）的重要手段。
例如，集成电路的集成度。
（2）超精密加工技术已成为国际竞争中取得成功的关键技术。
所能达到的精度水平代表了一个国家的制造业能力和水平。
（3）精密工程、微细工程和纳米技术是现代制造技术的前沿。
/序超精密机械精度要求1导弹、飞机的惯性导航系统中的气浮陀及其马达轴承尺寸精度、圆度、圆柱度要求达到亚微米级2人造卫星仪表轴承表面粗糙度达到1纳米，圆度、圆柱度达纳米级3激光陀螺反光镜表面粗糙度达纳米，平面度达0.05微米4精确制导仪表零件精度达纳米级，若其陀螺转子轴线偏离0.5纳米,就会引起100米左右射程误差5计算机硬盘驱动器、光盘、复印机的精密零件精度达100纳米6微电子芯片刻线机刻线宽度在50纳米以下7基因操作机械移动距离在纳米级，移动精度在0.1纳米(原子尺度)现代超精密机械对精度的要求超精密加工是尖端技术产品发展不可缺少的关键加工手段关系到现代飞机、潜艇、导弹性能和命中率的惯性陀螺框架；激光核聚变用的反射镜；大规模集成电路的各种基片；计算机磁盘基底及复印机磁鼓；各种高精度的光学元器件；各种硬盘及记忆体的衬底等。
×一、概述3、超精密加工技术所涉及的技术领域（1）加工技术即加工方法与加工机理。
影响超精密车削表面粗糙度的因素分析超精密切削的主要目的是要切下一层极薄的金属层，与普通切削相比，刀具前刀面参与切削部分面积减小，而刀刃附近区域却要承担大部分的切削工作，这对所选择的刀具材料提出了更高的要求。
另外，背吃刀量从几微米减小到一微米以下时，车刀的尖端会受到很大的应力作用，从而在单位面积上会产生很大的热量，使刀具尖端局部区域达到极高的温度。
切削时采用的背吃刀量越小，就越要求使用的刀具耐热性能高、耐磨性强和硬度高，而金刚石刀具恰恰能够满足上述要求。
因此，金刚石刀具被普遍认为是超精密加工最为理想的刀具。
在超精密加工中，刀具的几何形状、振动、刀具的磨损、机床的几何运动精度和工件材料的变形等因素对超精密车削表面粗糙度具有显著的影响。
1 刀具几何形状对表面粗糙度的影响刀具的切削部分包括：前刀面、后刀面、刀具的圆弧半径及刃口半径等要素，各种要素的不同组合形成不同的切削形态。
在切削过程中，刀具切削部分的形态直接影响着切削过程的稳定性和表面质量。
理想状态下，采用圆弧刃金刚石刀具进行超精密车削加工软金属时，在工件加工表面形成轮廓峰和轮廓谷，它们之间的距离，被称为理论粗糙度(见图1)，其大小等于f2/8R(f为进给量，R为刀具圆弧半径)。
图1 理想状态下形成的表面微观形貌超精密车削模型如图2所示，在超精密切削塑性金属时，主切削刃和前刀面的主要任务是去除金属，切削层在前刀面的挤压作用下发生剪切滑移和塑性变形，然后形成切屑沿前刀面流出。
前刀面的形状直接影响塑性变形的程度、切屑的卷曲形式和切屑刀具之间的摩擦特性，并直接对切削力、切削温度、切屑的折断方式和加工表面质量造成显著影响。
主切削刃是前刀面和后刀面的交线。
实际上前刀面和后刀面的交线不可能为理想直线，而是一微观交接的曲线。
该曲线的形状可以近似用与其在不同位置的法平面相交成交线的平均曲率半径来反映，称其为刃口半径ρ。
切削时刃前区的应力状态十分复杂，应力集中造成金属中位错集中，导致金属产生塑性变形和滑移分离，一部分金属成为切屑沿前刀面流出，另一部分金属经后刀面熨压留在已加工表面。
因为两部分金属运动方向不同，必然使刀具刃口前金属呈拉伸状态，拉应力使刃前区金属的抗剪能力下降，在刀刃的直接作用下，金属产生滑移分离。
刃口半径越小，应力越集中，变形越容易，切削力越小，加工表面质量越好。
也就是说刃口半径对切削过程有较大影响，同时对切削力、切削温度和切屑变形系数都有不同程度的影响。
因此，提高刀具的锋锐程度，可减小刀具对金属的挤压力，使金属的变形程度降低，减缓金属的冷作硬化，有助于提高切削过程的稳定性，改善加工表面质量和延长刀具的使用寿命。
图2 超精密车削模型另外，切削层金属被通过分流点O且平行于已加工表面的分流线分为两部分，分流线以上的材料沿前刀面流出，分流线以下的塑性变形层被O点以下的刀刃熨压后成为已加工表面。
经过熨压以后，刀刃下方的材料产生严重的压缩变形，对已加工表面质量产生直接影响。
2 最小切削厚度对表面粗糙度的影响除了机床本身的性能以外，使用刀具切削刃有效地切除工件材料时，最小切削厚度(MTC)的可控性和重复性是影响加工精度的主要因素。
MTC 不仅可以反映切削刃的纳米级微观结构，还可以反映出刀具和工件材料之间的相互作用状态。
最小切削厚度被定义为能够从工件材料上有效地去除金属的最小厚度。
切削厚度越小，工件材料抵抗塑性变形的能力越强，刀具和材料原子之间的相互作用力越弱。
当金刚石刀具刃口半径为几个纳米的特定切削环境下，最终可达到的加工精度与最小切削厚度为同一个数量级。
日本学者在高稳定的机床上使用特制的金刚石刀具切削单晶铜，获得了非常微细的切屑，并使最小切削厚度可以达到$%&。
最小切削厚度这个变量随着刀具的几何形状和切削条件的不同而变化。
美国和日本有关专家通过实验研究发现：金刚石刀具的刃口半径r对最小切削厚度有显著的影响，当车削铝合金的时候，最小切削厚度大约为所采用刀具刃口半径的0.3～0.6 倍，这个比值随着被加工材料和切削条件(如进给量和刀具的圆弧半径)的不同而略有差异。
3 金属变形对表面粗糙度的影响金属切削加工过程非常复杂，加工后形成的表面粗糙度与工件的材料、刀具的几何形状、润滑方法以及选用的切削深度密切相关。
剪切、滑移和断裂被认为是影响切屑形成的几个主要因素。
超精密切削时只要有切屑产生，就可以把该过程模型化为材料沿着与水平面倾斜一定角度的平面被刀具剪切的过程，在已加工表面上形成的峰、谷高度随刀具刃口锋锐轮廓的变化而变化。
最小切削厚度的存在使小于一定切削深度的工件材料不能被切除。
图3中所示的Xc值通常大于进给量的一半，所以不完整切屑的形成只能使表面粗糙度的值增加。
对已加工表面粗糙度进行测量时我们往往会发现一种奇怪的现象，表面粗糙度的测量值有时很小，什么原因造成的呢?我们可用材料变形的观点对这个问题作出合理解释。
图3 切屑发生的变形示意图图3中阴影所示部分为在加工表面上残留的区域，有关文献把它命名为spanzipfel(残留区)。
虚线表示理想条件下材料去除形成切屑的边界形状，磨损的刀具进给时对被加工金属产生挤压磨光作用，使金属产生塑性变形，最终导致残留区的左边界线发生偏斜，左边界线由虚线1的位置变到实线2的位置：另外，用刀具切削金属时在已加工表面将产生弹性恢复变形，使加工表面的形状由虚线3的位置变为实线4的位置，导致残留区高度的降低、表面粗糙度值相应减小。
其中残留区的高低主要取决于所使用刀具的刃口半径的大小。
刀具刃口半径不同产生的弹性恢复变形不同，其对应关系如下式所示。
式(1)中S为材料恢复变形的高度，ρ为金刚石刀具的刃口半径，K为常数，H为材料的硬度，E为材料的弹性模量。
由此可见：金属材料弹性恢复变形量的大小随着工件材料而变化，且工件表面弹性恢复变形量与刃口半径呈线性关系。
加工同一种材料，采用刀具的刃口半径较小时，加工表面产生的弹性恢复变形较小：当刀具刃口半径较大时，在加工表面会产生较大的恢复弹性变形，从而降低了在已加工表面形成的峰谷之间的高度。
因此，工件材料的弹性恢复变形和塑性变形，也有可能使已加工表面粗糙度值变小，这也是刀具磨损时却能加工出粗糙度值较小表面的主要原因。
由测量得到的AFM照片也可以明显看出：金属的变形对表面形貌有显著的影响。
另外，工件材料对金刚石车削加工表面粗糙度有显著的影响，在一般车削加工中经常忽略材料晶体微观结构的影响，而金刚石车削中材料对表面粗糙度的影响却不容忽视。
例如：某种材料的弹性模量主要依赖于单晶体的晶向，虽然铜、铝同样是软金属，但它们的硬度却有较大差异。
在同样条件下切削上述两种金属时，切削状态不同，产生切削力的大小也会有所不同。
另外，被加工材料的纯度、材质是否均匀以及晶体的晶向各异性都会对加工表面质量产生重要影响。
4 切削用量对表面粗糙度的影响笔者通过采用回归分析方法在大量的试验和观察中寻找隐藏在随机性后面的统计规律性，根据实验目的和数据分析来选择实验点，使得在每个实验点上获得的数据含有大量的信息，在113m/min≤V≤314m/min，1.8µm/r≤f≤5.0µm/r，1.50µm≤ap≤6.00µm的条件下，建立了如公式(2)所示的金刚石车刀车削铝合金表面粗糙度的预测模型，(V：切削速度，f：进给量，ap：背吃刀量)，从中可以看出各种切削参数对表面粗糙度值的影响。
在上述的条件下，从预测模型可反映出：随着切削速度的增加，表面粗糙度值略微减小，这种变化主要受机床动态特性的影响。
当f=5.0µm/r，ap=6.00µm时，利用模型作出如图5所示的切削速度与表面粗糙度对应关系曲线，从中也可看到切削速度变化时，表面粗糙度的变化范围仅为2nm左右，因此说切削速度对表面粗糙度基本无影响。
金刚石车削铜合金时也能够得到同样的结论。
图5 切削速度和表面粗糙度对应关系曲线车削铝合金时，背吃刀量对加工表面粗糙度的影响也不显著，当切削速度为314m/min、进给量为5µm/r时，利用模型作出如图6所示的背吃刀量与表面粗糙度对应关系曲线，从中可看到背吃刀量小于6µm时，对加工表面粗糙度基本无影响。
图6 背吃刀量和表面粗糙度对应关系曲线当切削速度为314m/min、背吃刀量为6µm时，利用模型作出如图7所示的进给量与表面粗糙度对应关系曲线，从中可知小进给量可得到小的表面粗糙度值。
但是由于最小切削厚度的存在，实测的表面粗糙度值往往要比理论粗糙度值大几倍。
图7 进给量和表面粗糙度对应关系曲线5 振动对表面粗糙度的影响尽管超精密车床具有很高的刚度，但振动仍然是影响表面粗糙度的主要因素之一。
超精密机床通常都有很高的固有频率，在超精密加工过程中，实际的工艺系统是一个非常复杂的振动系统，系统中的振动使工件与刀具之间的相对位置发生了微幅变动，最终使工件表面粗糙度增大、表面质量降低。
有关学者通过研究发现：机床主轴的振动、导轨的振动以及刀具的振动都具有高频率、小振幅的特征，积屑瘤、外界干扰、机床刚性不足以及高速旋转部件不平衡也会引起切削振动，最终导致加工表面微观特征的改变。
另外，切削系统中的动态效应对振动也有显著的影响。
因此，必须采取必要的预防措施来减小或防止振动对超精密加工表面质量的影响。
6 结束语本文对影响超精密车削表面粗糙度的几种主要因素进行了分析研究，指出刀具几何形状、最小切削厚度、不规则的金属变形、切削用量、振动等因素对表面粗糙度具有显著影响。
本文所研究的内容对改进加工方法，研究表面几何特性与使用性能的关系，超精密车削加工中表面粗糙度变化趋势的正确识别，以及提高加工表面的质量和产品性能都具有重要的意义。
