單晶金剛石刀具機(jī)械刃磨技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

2019/01/11 來(lái)源:網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)載 點(diǎn)擊量：

(1)進(jìn)一步探索刃磨機(jī)理

從金剛石刀具刃磨技術(shù)的發(fā)展歷程來(lái)看，刃磨機(jī)理一直是研究的熱點(diǎn)，先后出現(xiàn)的多種刃磨理論主要由國(guó)外研究人員提出。到目前為止，提出的各種刃磨理論主要是從刃磨實(shí)驗(yàn)的觀測(cè)結(jié)果和現(xiàn)象推測(cè)得到的，很少有學(xué)者從金剛石晶體學(xué)的微觀角度去研究刃磨機(jī)理。從晶體學(xué)的微觀角度來(lái)看，化學(xué)鍵的鍵強(qiáng)決定材料的強(qiáng)度與硬度，也必然與金剛石晶體表層材料去除有著密不可分的關(guān)系。因此，今后需要進(jìn)一步從晶體學(xué)微觀角度出發(fā)，綜合考慮影響金剛石晶體材料去除的各個(gè)因素，包括刃磨參數(shù)、刃磨過(guò)程中金剛石發(fā)生的相變和化學(xué)反應(yīng)等，并結(jié)合金剛石晶體的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)和鍵強(qiáng)，從原子量級(jí)揭示金剛石晶體在刃磨過(guò)程中晶體易磨方向和難磨方向的材料去除理論，完善刃磨機(jī)理。

(2)創(chuàng)新刃磨工藝

單晶金剛石刀具的刃磨質(zhì)量和刃磨效率與刃磨工藝方法密切相關(guān)。雖然目前有多種加工方法，但由于單晶金剛石有極高的硬度，采用單一刃磨工藝方法不能很好地實(shí)現(xiàn)高效、經(jīng)濟(jì)、高精度的加工。為兼顧各種加工方法的優(yōu)點(diǎn)，可以通過(guò)不同工藝方法的結(jié)合，創(chuàng)新金剛石刀具的刃磨技術(shù)。宗文俊等通過(guò)熱—機(jī)耦合刃磨工藝，可在10min內(nèi)使金剛石刀具刃口鋒利度從30-50nm(由機(jī)械刃磨法獲得)降低到2-9nm，該工藝簡(jiǎn)單，成本低，是應(yīng)用前景較好的金剛石刀具刃磨方法。李強(qiáng)等采用機(jī)械刃磨法高效獲得所需幾何形狀的金剛石刀具，然后以化學(xué)輔助機(jī)械刃磨法對(duì)單晶金剛石進(jìn)行拋光。實(shí)驗(yàn)證明，用該工藝拋光單晶金剛石，表面粗糙度Ra可達(dá)0.8nm，此工藝對(duì)加工設(shè)備、加工環(huán)境等要求不高，可高效經(jīng)濟(jì)地獲得優(yōu)異加工表面，具有較好的應(yīng)用前景。今后的發(fā)展趨勢(shì)是金剛石刀具粗磨和精磨兩個(gè)階段將采用不同的刃磨工藝。即在粗磨階段，由于金剛石刀具的材料去除量較大，考慮到加工效率，采用普通的機(jī)械刃磨法；在精磨階段，考慮到刀具質(zhì)量，采用熱—機(jī)耦合刃磨工藝、化學(xué)輔助機(jī)械拋光等復(fù)合工藝。

(3)提高刃磨機(jī)床性能

近年來(lái)，我國(guó)在金剛石刃磨機(jī)床的研發(fā)中做了大量工作，并自主研發(fā)了多臺(tái)不同型號(hào)的刃磨機(jī)床。但是這些刃磨機(jī)床在抗振性、工作可靠性以及主軸回轉(zhuǎn)精度水平上與國(guó)外技術(shù)頂尖的刃磨機(jī)床還存在差距，在一定程度上阻礙了金剛石刀具刃磨質(zhì)量的提高。目前，從提高刃磨機(jī)床主軸回轉(zhuǎn)精度方面看，各研究機(jī)構(gòu)在刃磨機(jī)床的設(shè)計(jì)制造過(guò)程中均采用靜壓軸承主軸(包括氣體靜壓軸承和液體靜壓軸承)，不僅極大提高主軸回轉(zhuǎn)精度，而且為研磨盤(pán)的端面跳動(dòng)達(dá)到亞微米創(chuàng)造了條件；從降低刃磨機(jī)床振動(dòng)和機(jī)床變形方面看，通過(guò)不斷優(yōu)化擺軸部件、刀夾部件等結(jié)構(gòu)，同時(shí)采用高剛度、高抗振性、低熱膨脹系數(shù)的優(yōu)質(zhì)大理石作為刃磨工作平臺(tái)，大幅提高了刃磨機(jī)床的抗振性能和整體抗變形能力。今后還需繼續(xù)優(yōu)化靜壓軸承主軸結(jié)構(gòu)，同時(shí)努力提高金剛石刀具刃磨機(jī)床關(guān)鍵部件的剛度和精度，逐漸縮小與國(guó)外刃磨機(jī)床之間的差距。

(4)研發(fā)刃磨輔助裝置

由于對(duì)金剛石刀具需求量的增加，各國(guó)都在研發(fā)刃磨機(jī)床的輔助裝置，以實(shí)現(xiàn)刀具的自動(dòng)化刃磨。目前，國(guó)外已研發(fā)出多臺(tái)不同型號(hào)的數(shù)控刃磨機(jī)床，配備有監(jiān)測(cè)設(shè)備，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)刀具的磨削情況和刃磨機(jī)床精度狀況，并將監(jiān)測(cè)結(jié)果反饋給用戶(hù)以調(diào)整刃磨參數(shù)，初步實(shí)現(xiàn)金剛石刀具的半自動(dòng)和全自動(dòng)加工。國(guó)內(nèi)建立了基于在線圖像處理的圓弧刃金剛石刀具研磨系統(tǒng)，該輔助系統(tǒng)可對(duì)CCD攝像頭監(jiān)測(cè)到的圖像進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，并將結(jié)果作為反饋信號(hào)用于調(diào)節(jié)研磨機(jī)運(yùn)動(dòng)，最后得到刃口輪廓精度為±0.5μm、刃口半徑為0.5mm的單晶金剛石刀具。此外，在金剛石刀具刃磨前需要對(duì)刀，但是目前缺少高精度的對(duì)刀裝置，通過(guò)調(diào)整微調(diào)機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)刀具定位不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而且難以保證對(duì)刀精度。因此，要加大刀具幾何參數(shù)在線監(jiān)測(cè)設(shè)備、對(duì)刀裝置等一些刀具刃磨輔助裝置的研發(fā)力度，使金剛石刀具的刃磨向?qū)崿F(xiàn)數(shù)控化、自動(dòng)化的方向發(fā)展，逐漸擺脫目前刃磨調(diào)刀只能依賴(lài)工人技術(shù)水平的局面。

小結(jié)

單晶金剛石刀具加工精度高、使用壽命長(zhǎng)，在超精密切削加工中應(yīng)用廣泛。近年來(lái)，采用金剛石刀具加工的產(chǎn)品(如隱形眼鏡片、菲涅爾透鏡、復(fù)印機(jī)的感光磁鼓等)越來(lái)越多地進(jìn)入到普通家庭和工作場(chǎng)所。金剛石刀具的廣泛應(yīng)用對(duì)刀具刃磨技術(shù)提出了更高的要求。機(jī)械刃磨法具有工藝簡(jiǎn)單、成本低、加工效率高等優(yōu)點(diǎn)，是目前應(yīng)用最廣泛的刃磨工藝方法之一。合理選擇刀具的刃磨面、刃磨方向、刃磨參數(shù)以及降低刃磨機(jī)床振動(dòng)等能有效提高單晶金剛石刀具的機(jī)械刃磨質(zhì)量和刃磨效率。隨著對(duì)刃磨機(jī)理、刃磨參數(shù)的深入研究，刃磨工藝的創(chuàng)新以及刃磨機(jī)床精度的提高和刃磨輔助裝置的研發(fā)，金剛石刀具將向高質(zhì)量、低成本的方向進(jìn)一步發(fā)展。