超精密切削論文切削加工技術(shù)論文

1、超精密切削論文切削加工技術(shù)論文超精密切削加工技術(shù)探析摘要：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具切削或SPDT。對超精密切削加工技術(shù)及其機理進行介紹和總結(jié)，希望對超精密加工行業(yè)同事有所指導。關(guān)鍵詞：超精密切削；金剛石；機床通常,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。加工精度在0.11呵,加工表面粗糙度在Ra0.020.1g之間的加工方法稱為精密加工；精度高于0.1m表面粗糙度小于Ra0.01g之間的稱為超精密加工。因此，如果從去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。1金剛石刀具切削的機理超

2、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(SinglePointDiamondTurning)。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。1.1切削厚度與材料切應力的關(guān)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0.1微米的加工精度和Ra0.01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(nèi)部非

3、常大的原子結(jié)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0.1微米的普通車削時，其切應力只有500MPa;當進行切深為0.8微米的精密切削時，切應力約為lOOOOMPa。因此精密切削時，刀具的尖端將會產(chǎn)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

4、性能,而不被軟化和磨損。1.2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&J/cm3）和單位體積切削能量収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(nèi)，由于材料缺陷而產(chǎn)生破壞時的加工能量密度；單位體積切削能量則是指在產(chǎn)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?。ㄇ邢鲬λ饔玫膮^(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。2超精密金剛石刀具切削當加工

5、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(nèi)是不會發(fā)生由于位錯線移動而產(chǎn)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(nèi)時,位錯線就會在位錯缺陷的基礎(chǔ)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(chǎn)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(nèi)，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。2.1金剛石刀具起精密車削表面的形成用金

6、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(guān)系可知：Ry=f/(ctgkr+ctgkJr圖b表示了在切削時，刀尖圓弧半徑re和進給量f對殘留面積高度的影響,其幾何關(guān)系如下：Ry甘2/8re2.2金剛石刀具超精密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0.1微米以下，

7、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0.5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(zhì)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(zhì)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(zhì)點向前移動，形成切屑；法向分力使質(zhì)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Fzapmin=rn-h二rn

8、(1-cos忙45-滬45-arctanFfFn式中：金剛石刀切削時的摩擦角；Ff金剛石刀切削時的摩擦力；Fn金剛石刀切削時的正壓力?？梢?切削刃鈍圓半徑rn是決定切屑形成的關(guān)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。3結(jié)語近幾年來，切削加工技術(shù)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(shù)在這