[发明专利]一种用于天然金刚石刀具刃磨的复杂轨迹研抛设备

说明书

技术领域

本发明涉及精密和超精密加工技术领域，更具体的涉及一种天用于天然金刚石刀具刃磨的复杂轨迹研抛设备。

背景技术

精密和超精密加工技术是机械制造业中最重要的部分之一，这是因为精密和超精密加工技术不仅直接影响着尖端技术和国防工业的发展，而且还影响着民用机械产品的精度和表面质量，影响着产品的国际竞争力。近年来各种新技术，例如微电子技术、计算机技术、自动控制技术、激光技术等在精密加工中得到广泛应用，使得精密和超精密加工技术产生了飞跃式的发展，大大改进了它的技术面貌。各类产品要求的精度不断提高，促使精密加工技术水平迅速发展，精密和超精密加工的精度也在不断提高。在20世纪50年代，精密加工能达到的精度水平为3-5μm，超精密加工能达到的加工精度是1μm。到20世纪70年代后期，精密加工能达到的精度水平为1μm，超精密加工能达到的加工精度是0.1μm；而现在精密加工能达到的精度水平为0.1μm，超精密加工能达到的加工精度是0.01-0.001μm。世界各国都非常重视发展精密和超精密加工技术，把它作为发展先进制造技术中的优先发展内容。

随着超精密加工技术的应用与推广，在近几十年的时间里，机械加工精度被提高了1-3个数量级，并正向更高的纳米级精度发展。由于超精密加工技术在国防领域占据十分重要的地位，美国、日本、英国、德国和俄罗斯等西方工业发达国家都将超精密和纳米加工技术列入了21世纪优先发展的工业计划，使之不仅成为学术研究的热点，而且一旦突破形成核心技术又上升为国家制造业最高水平的重要标志，并为国民经济的发展带来新的增长点。由于超精密加工技术涉及到国防尖端科技和巨大的经济利益，西方工业发达国家都是独自开发且相互技术保密，对中国更是技术封锁。因此，我国也必须自行研究和开发超精密加工的关键技术。

对于超精密切削加工工艺来说，要获得零件形状尺寸的高精度和加工表面的超光滑，除了必须拥有超精密的机床、高分辨率的检测仪器和超稳定的加工环境条件以外，还须具备进行切削加工的高精度天然金刚石刀具，尤其是高精度的圆弧刃金刚石刀具。因为圆弧刃金刚石刀具的切削刃曲率半径保持不变，刃上各切削点都可参与切削，这对于加工高精度的球面或非球曲面零件至关重要。根据参阅相关文献可知，采用切削刃钝圆半径为60-70nm的圆弧刃金刚石刀具可使小件KDP晶体的切削加工表面粗糙度Ra降到5nm以下。由此可见，刀具刃磨质量对加工零件的表面粗糙度具有至关重要的影响。

但金刚石晶体以其独有的高硬度、耐磨损、难焊接等特点，使得金刚石刀具的制备比较困难。就目前我国还没有成型的圆弧刃金刚石刀具刃磨设备及相关检测设备的情况下，对圆弧刃金刚石刀具刃磨工艺和刃磨机理的研究只能停留在相对粗浅的水平。随着民用产品使用性能和国防武器型号精度、可靠性、命中率以及使用寿命等指标的不断提高，我国基本靠进口国外的圆弧刃金刚石刀具来满足和支撑军民产品急需的超精密切削加工技术，进口刀具不但价格昂贵，其刃磨质量也未达到最高水平。切削刃钝圆半径小于50nm的高精度圆弧刃金刚石刀具，国外一直禁运。另外，对于金刚石刀具切削刃的修整与重磨，我国也基本上依靠国外的技术，刀具的重复利用率极低。因此，依靠自身的技术力量研究高精度圆弧刃金刚石刀具的刃磨机理与刃磨工艺、相关的刀具设计准则和刀具切削性能优化等，对于提高我国超精密切削加工技术的整体水平和满足军、民产品超精密切削加工用高精度圆弧刃金刚石刀具的市场需求具有重要的理论意义和实用价值。

据有关文献报道，日本大阪大学与美国LLL国家实验室(Lawrence Livermore National Laboratory)进行合作，在1986年研究了关于有色金属超精密车削加工的最小切削厚度，他们在超精密车削机床上实现了最小切削厚度为lnm的单点金刚石切削，并通过理论计算指出，要实现最小切削厚度为lnm的连续切削，金刚石刀具的切削刃钝圆半径必须保持在3-5nm。上述研究成果一方面把超精密切削加工的技术水平推向了极限，另一方面则充分显示出了国外在高精度金刚石刀具制备方面已处于绝对领先的地位。概括地说，国外对金刚石刀具刃磨技术的研究和应用都已相当成熟。