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yeer

2008-08-28 20:06

超精切削微納成形刀具的特點與應用

近年來，隨著使用機床的發(fā)展，超精切削用金剛石刀具的應用范圍也在不斷擴展。該刀具的傳統(tǒng)應用領域主要是激光反射鏡、紅外透鏡的加工，以及用于制作類似DVD信號檢出探頭透鏡的塑料透鏡注射模的加工。此外，近年來超精三維輪廓加工用銑刀已應用于微加工機床和生物醫(yī)學領域。本文介紹了當今世界上最小的微納米級成形刀具，特別是半徑僅為30微米的球頭立銑刀，它們能滿足上述加工要求。

金剛石作為切削刀具材料具有最優(yōu)異的性能（如它的硬度、熱導性以及鋒利刃口的成形性）。超精金剛石切削刀具就利用了這些特點和性能，它們可以實現新型光電零部件加工工藝中甚至最高精度的成形加工能力。

近年來，在光學微電子設備市場上，隨著裝備小型化和高性能化的發(fā)展趨勢，對基于超精金剛石刀具的微切削加工需求越來越大。在光學裝置用塑料零件的金屬模具加工中，要求達到亞微米級的成形精度和納米級的表面粗糙度。此外，加工對象不僅僅有平面和圓柱面，也有三維曲面形狀，并要求達到微米級精度。

為了滿足這些需求，我們開發(fā)了世界上最小級別的超精密金剛石切削刀具（UPC微納成形刀具）。本文將介紹我們制造的UPC（超精切削刀具）的性能，以及在三維形狀微加工中的應用。

UPC超精金剛石切削刀具的性能

超精金剛石切削刀具采用單晶金剛石作為刀具材料。由于利用了金剛石材料的優(yōu)異特性，切削刃非常鋒利和耐用，可將超精加工機床的運動精確復映到被加工工件材料上，因此可用于高精度三維形狀和鏡面表面的加工。

尺寸范圍從亞微米到納米級的超微細切削要求達到以下切削條件：①鋒利的切削刃，刀尖圓弧半徑達到10納米左右；②切削刃的光潔度要求達到1納米的水平。刀尖圓弧半徑越小，切削深度也就越小，切屑的切削和去除過程才能平穩(wěn)進行而不會損壞加工表面，此外，因工件彈性變形而導致的切削厚度變化也越小，從而可實現高精密切削加工。UPC刀具的切削刃圓弧可達到50納米或更小。

如果刀具輪廓的精加工表面完全復映到工件上，則刀具切削刃的粗糙度將決定加工表面的粗糙度。因此，切削刃的光潔程度和形狀精度就變得異常重要。就UPC-R而言，我們已經達到了等于或小于50納米的世界最高精度。為實現這樣的切削性能，我們自行開發(fā)了專有的高精度測量系統(tǒng)。此外，應用金剛石拋光系統(tǒng)、采用科學方法選擇金剛石及其晶格方向也是十分必要和不可或缺的。通過應用這些專有技術，我們開發(fā)出了世界上最小級別的、用于三維微成形加工的超精密金剛石切削刀具——UPC微納成形刀具。

UPC微納成形刀具