探讨单点金刚石切削技术在微结构加工中的应用吕江龙2111406002摘要：单点金刚石切削（singlepointdiamondturning，简称SPDT）是一种使用纳米金刚石刀具进行加工的生产过程。而纳米单晶金刚石刀具具有刃口锋利、可反复成形和耐磨性高等特点。该方法能够使微米至亚微米级制造组件的形状精度和表面粗糙度控制在纳米级的范围内。单点金刚石切削优异的表面成形质量和面形精度，使该技术被广泛地应用于制造各种精密机械和光学部件。目前，微结构自由曲面的加工已达到微纳切削。通过典型微结构自由曲面的加工及测量的应用进行举例说明；介绍我国在超精密加工机床领域内的研制情况，展望超精密切削技术未来发展趋势。关键词：单点金刚石切削微结构自由曲面超精密加工Abstract:Single-pointdiamondturning(SPDT)isamachiningprocessthatmakinguseofamonocrystaldiamondtoolwhichpossessesnanometricedgesharpness,formingreproducibilityandwearingresistance.Theprocessiscapableofproducingcomponentswithmicrometertosubmicrometreformaccuracyandsurfaceroughnessinthenanometrerange.ThesuperiorsurfacefinishandformaccuracyofSPDFallowthetechnologytobeadoptedwidelyforthemanufactureofavarietyofprecisionmechanicalandopticalparts.Atpresent,themicrostructureoffreeformsurfacemachininghasreachedmicro-nanocutting.Casestudiesonthefabricationandcharacterizationoftypicalmicrostructuredfreeformsurfaceispresented.Thedevelopmentofultra-precisionmachiningequipmentinChinaandthefuturetrendsinthemachiningandmeasurementofmicrostructuredfreeformsurfacesarediscussed.Keywords:Single-pointdiamondturningMicrostructuredfreeformsurfaceUltra-precisionmaching前言超精密机床在加工具有亚微米形状精度、纳米表面粗糙度的精准表面过程中起着至关作用。20世纪60年代前，只有简单几何形状的表面，如平面、柱面和球面，才能加工到表面粗糙。随后1962年，美国的UnionCardie公司首先开发了一台超精密半球面加工设备，可以加工直径101.6mm的铝合金半球表面到镜面效果（形状精度0.6um，表面粗糙度25nm）。这也是首次步入微米尺度的加工过程。之后在20世纪70年代，中小尺度超精密加工设备先后出现，包括美国Moore公司的M-18AG、Pneumo公司的MS-325、荷兰Phillips公司的Colath等。这些数控非球面车床配备金刚石刀具，可加工工件到形状精度0.3～0.5um，表面粗糙度到10nm。1975年后，日本着重开发大负荷、特殊超精密加工机床（如磁性平板车削机床）。1996年韩国生产出非球面超精密金刚石车床可以加工最大直径达640mm的工件，进给分辨率0.01um。所加工的铜质工件表面粗糙度可达30nm。在中国，2003年制造出非球面超精密金刚石车床，可加工形状精度PV值达0.228um，表面粗糙度7.8nm。随着新材料的发展，以及切削工具的改进，从20世纪70年代开始，超精密加工技术已成为制造精密零部件和精密光学的有力手段[1]。到20世纪80年代，超精密加工技术已成功用于生产影印机的硒鼓，激光扫面仪的反射镜，计算机磁盘等，这些部件具有亚微米的形状精度和纳米级别的表面粗糙度。根据加工精度，加工过程基本上可以划分为常规加工，精密加工以及超精密加工。超精密加工的形状精度是常规加工精度的100倍，而表面粗糙度是1000倍。超精密加工代表了迄今加工技术的最高发展阶段。如何划分加工过程是随着技术发展水平不同而改变的。例如，过去认为是精密加工现在可能被认为是常规加工。著名的Taniguchi曲线描述了过去60年加工精度的发展[2]。现在的超精密加工精度已经在纳米级别。图1描述了TANIGUCHI预测的加工精度的发展趋势。目前，一个为多数人所接受的关于加工精度的观点是，精密加工是指加工形状精度为1.0～0.1um，表面粗糙度为0.100～0.025um，而超精密加工的形状精度优于0.1um，表面粗糙度优于0.025um。依此，超精密也被称为微纳加工。图1TANIGUCHI预测的加工精度趋势1．单点金刚石切削单点金刚石切削（Singlepointdiamondturning，SPDT）早在20世纪50年代出现，用以加工一些软质金属材料如铝、...