精密與超精密加工課件

1、第二章第二章 超精密切削與超精密切削與金剛石刀具金剛石刀具l超精密切削是使用精密的單晶天然金剛石刀具加工有色超精密切削是使用精密的單晶天然金剛石刀具加工有色 金屬和非金屬，可以直接切出超光滑的加工表面。金屬和非金屬，可以直接切出超光滑的加工表面。l用金剛石刀具進(jìn)行超精密切削、用于加工鋁合金，無氧用金剛石刀具進(jìn)行超精密切削、用于加工鋁合金，無氧 銅，黃銅、非電解鎳等有色金屬和某些非金屬材料。在符銅，黃銅、非電解鎳等有色金屬和某些非金屬材料。在符 合條件的機(jī)床和環(huán)境條件下，可以得到超光滑表面，表面合條件的機(jī)床和環(huán)境條件下，可以得到超光滑表面，表面 粗糙度粗糙度Ra0.020.05 m，精度，精度0

2、. 01 m 。l現(xiàn)在用于加工陀螺儀，激光反射鏡，天文望遠(yuǎn)鏡的反射現(xiàn)在用于加工陀螺儀，激光反射鏡，天文望遠(yuǎn)鏡的反射 鏡，紅外反射鏡和紅外透鏡，雷達(dá)的波導(dǎo)管內(nèi)腔，計(jì)算機(jī)鏡，紅外反射鏡和紅外透鏡，雷達(dá)的波導(dǎo)管內(nèi)腔，計(jì)算機(jī) 磁盤激光打印機(jī)的多面棱鏡，錄像機(jī)的磁頭，復(fù)印機(jī)的磁盤激光打印機(jī)的多面棱鏡，錄像機(jī)的磁頭，復(fù)印機(jī)的 硒鼓，菲尼爾透鏡等。硒鼓，菲尼爾透鏡等。 l超精密切削也是金屬切削的超精密切削也是金屬切削的種，它當(dāng)然也服從金屬切種，它當(dāng)然也服從金屬切 削的普遍規(guī)律，它同時(shí)也有不少的特殊規(guī)律。這是由金剛削的普遍規(guī)律，它同時(shí)也有不少的特殊規(guī)律。這是由金剛 石刀具的特殊物理化學(xué)性能和切削層極薄等因素造

3、成的。石刀具的特殊物理化學(xué)性能和切削層極薄等因素造成的。 我們將研究超精密切削的一些主要的特殊切削規(guī)律。我們將研究超精密切削的一些主要的特殊切削規(guī)律。 l超精密切削時(shí)使用天然單晶金剛石刀具，切削刃可磨得超精密切削時(shí)使用天然單晶金剛石刀具，切削刃可磨得 極鋒利。極鋒利。 超精密切削的切削速度選擇超精密切削的切削速度選擇第一節(jié)第一節(jié) 超精密切削的切削速度選擇超精密切削的切削速度選擇超精密切削可以使用很高的切削速度超精密切削可以使用很高的切削速度l超精密切削要求得到超光滑的加工表面和高的加工精度，超精密切削要求得到超光滑的加工表面和高的加工精度， 這要求刀具有高的尺寸壽命。這要求刀具有高的尺寸壽命。

4、l高速切削時(shí)刀具磨損亦甚慢。因此高速切削時(shí)刀具磨損亦甚慢。因此超精密切削時(shí)，切削超精密切削時(shí)，切削 速度并不受刀具壽命的制約。速度并不受刀具壽命的制約。這點(diǎn)是和普通的切削規(guī)律這點(diǎn)是和普通的切削規(guī)律 不同的。不同的。 超精密切削可以使用很高的切削速度超精密切削可以使用很高的切削速度第一節(jié)第一節(jié) 超精密切削的切削速度選擇超精密切削的切削速度選擇l超精密切削實(shí)際選擇的切削速度，經(jīng)常是根據(jù)所使用的超精密切削實(shí)際選擇的切削速度，經(jīng)常是根據(jù)所使用的 超精密機(jī)床的動(dòng)特性和切削系統(tǒng)的動(dòng)特性選取，即選擇超精密機(jī)床的動(dòng)特性和切削系統(tǒng)的動(dòng)特性選取，即選擇 振動(dòng)最小的轉(zhuǎn)速。振動(dòng)最小的轉(zhuǎn)速。因?yàn)樵谠撧D(zhuǎn)速時(shí)表面粗糙度最小

5、、加工質(zhì)量最高。獲得因?yàn)樵谠撧D(zhuǎn)速時(shí)表面粗糙度最小、加工質(zhì)量最高。獲得 高質(zhì)量的加工表面是超精密切削的首要問題。高質(zhì)量的加工表面是超精密切削的首要問題。使用質(zhì)量好，特別是動(dòng)特性好，振動(dòng)小的超精密機(jī)床可使用質(zhì)量好，特別是動(dòng)特性好，振動(dòng)小的超精密機(jī)床可 以使用高的切削速度，可以提高加工的效率。以使用高的切削速度，可以提高加工的效率。選擇切削速度的依據(jù)選擇切削速度的依據(jù)第一節(jié)第一節(jié) 超精密切削的切削速度選擇超精密切削的切削速度選擇l例如：某超精密車床在例如：某超精密車床在700800rmin時(shí)振動(dòng)最大。時(shí)振動(dòng)最大。因此用這機(jī)床進(jìn)行超精密切削時(shí)，要避開該轉(zhuǎn)速范圍，因此用這機(jī)床進(jìn)行超精密切削時(shí)，要避開該轉(zhuǎn)

6、速范圍， 用高于或低于該轉(zhuǎn)速切削，均可得到較好的加工表面質(zhì)用高于或低于該轉(zhuǎn)速切削，均可得到較好的加工表面質(zhì) 量。量。在加工批量小時(shí)可選低轉(zhuǎn)速；在批量大要求生產(chǎn)率高時(shí)在加工批量小時(shí)可選低轉(zhuǎn)速；在批量大要求生產(chǎn)率高時(shí) 提高轉(zhuǎn)速。提高轉(zhuǎn)速。選擇切削速度的依據(jù)選擇切削速度的依據(jù)第一節(jié)第一節(jié) 超精密切削的切削速度選擇超精密切削的切削速度選擇l天然單晶金剛石刀具用于超精密切削，破損或天然單晶金剛石刀具用于超精密切削，破損或 磨損而不能繼續(xù)使用的標(biāo)志磨損而不能繼續(xù)使用的標(biāo)志為加工表面粗糙度為加工表面粗糙度 超過規(guī)定值超過規(guī)定值。 天然單晶金剛石刀具破損或磨損的標(biāo)志天然單晶金剛石刀具破損或磨損的標(biāo)志金剛石刀具

7、壽命的表示方法金剛石刀具壽命的表示方法l金剛石刀具的壽命金剛石刀具的壽命平時(shí)以其切削路徑的長度計(jì)。平時(shí)以其切削路徑的長度計(jì)。l如切削條件正常，金剛石刀具的壽命可達(dá)數(shù)百公里。如切削條件正常，金剛石刀具的壽命可達(dá)數(shù)百公里。 圖圖2-1為美國為美國LLL實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行的刀具磨損試驗(yàn)的結(jié)果，其實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行的刀具磨損試驗(yàn)的結(jié)果，其 中中圖圖2-1a為切最初為切最初300m時(shí)的加工表面粗糙度，時(shí)的加工表面粗糙度，圖圖2-1b為為 切切 20km時(shí)的表面粗糙度。時(shí)的表面粗糙度?？梢钥吹?，在切削長度超過可以看到，在切削長度超過20km后，加工表面粗糙度后，加工表面粗糙度Ra 仍在仍在0.01m以內(nèi)，刀具仍能繼續(xù)使用

8、。以內(nèi)，刀具仍能繼續(xù)使用。由于刀具的磨損甚少，故同一刀具可以加工很多零件，零由于刀具的磨損甚少，故同一刀具可以加工很多零件，零 件的尺寸一致，基本不受刀具磨損的影響。件的尺寸一致，基本不受刀具磨損的影響。l實(shí)際使用中金剛石刀具常達(dá)不到上述的壽命，常常是由于實(shí)際使用中金剛石刀具常達(dá)不到上述的壽命，常常是由于 切削刃產(chǎn)生微小崩刃而不能繼續(xù)使用，這主要是切削刃產(chǎn)生微小崩刃而不能繼續(xù)使用，這主要是由于切削由于切削 時(shí)的振動(dòng)或刀刃的碰撞引起的。時(shí)的振動(dòng)或刀刃的碰撞引起的。l注意：注意：天然單晶金剛石刀具只能用在機(jī)床主軸轉(zhuǎn)動(dòng)非常平穩(wěn)的高天然單晶金剛石刀具只能用在機(jī)床主軸轉(zhuǎn)動(dòng)非常平穩(wěn)的高 精度機(jī)床上，否則由

9、于振動(dòng)金剛石刀具將會(huì)很快產(chǎn)生刀刃精度機(jī)床上，否則由于振動(dòng)金剛石刀具將會(huì)很快產(chǎn)生刀刃 微觀崩刀，不能繼續(xù)使用。微觀崩刀，不能繼續(xù)使用。金剛石刀具要求使用維護(hù)極為小心，不允許在有振動(dòng)的機(jī)金剛石刀具要求使用維護(hù)極為小心，不允許在有振動(dòng)的機(jī) 床上使用。床上使用。在刀具設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)正確選擇金剛石晶體方向，以保證刀刃有在刀具設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)正確選擇金剛石晶體方向，以保證刀刃有 較高強(qiáng)度。較高強(qiáng)度。 圖圖2-2為金剛石刀具磨損區(qū)概為金剛石刀具磨損區(qū)概 貌。一般到加工表面粗糙度貌。一般到加工表面粗糙度 改變時(shí)，刀具磨損仍甚小，改變時(shí)，刀具磨損仍甚小， 刀刃的正常磨損情況，如刀刃的正常磨損情況，如 圖圖2-3a所示。所示。

10、圖圖2-3b中為劇烈磨損情況。中為劇烈磨損情況。 從圖中可看到磨損后成層從圖中可看到磨損后成層 狀，即刀具磨損為層狀微小狀，即刀具磨損為層狀微小 剝落，這大概是剝落，這大概是由于金剛石由于金剛石 沿沿(111)晶面有解理現(xiàn)象產(chǎn)生晶面有解理現(xiàn)象產(chǎn)生 而造成這樣的磨損形式。而造成這樣的磨損形式。 圖圖2-4中是金剛石切削鋼和鎳時(shí)的磨損形式，沿切削速度中是金剛石切削鋼和鎳時(shí)的磨損形式，沿切削速度 方向出現(xiàn)磨損溝槽，這是由于金剛石和鐵、鎳的化學(xué)和方向出現(xiàn)磨損溝槽，這是由于金剛石和鐵、鎳的化學(xué)和 物理親和性而產(chǎn)生的腐蝕溝槽。物理親和性而產(chǎn)生的腐蝕溝槽。圖圖2-5為刀刃產(chǎn)生微小崩刃時(shí)情況，在金剛石刀具切削

11、為刀刃產(chǎn)生微小崩刃時(shí)情況，在金剛石刀具切削 時(shí)，如有微小振動(dòng)，就會(huì)產(chǎn)生刀刃微小崩刃。時(shí)，如有微小振動(dòng)，就會(huì)產(chǎn)生刀刃微小崩刃。 超精密切削時(shí)積屑瘤的生成規(guī)律超精密切削時(shí)積屑瘤的生成規(guī)律一、一、超精密切削時(shí)超精密切削時(shí)切削參數(shù)對積屑瘤生成的影響切削參數(shù)對積屑瘤生成的影響1 1、切削速度的影響、切削速度的影響l例如金剛石刀具精切硬鋁例如金剛石刀具精切硬鋁2A12時(shí)，時(shí)，不同的切削速度都產(chǎn)生積屑瘤。不同的切削速度都產(chǎn)生積屑瘤。但但切削速度變化將影響切削速度變化將影響 積屑瘤的高度。積屑瘤的高度。當(dāng)切削速度較低時(shí)，積屑瘤高度較高，當(dāng)切削速度達(dá)到當(dāng)切削速度較低時(shí)，積屑瘤高度較高，當(dāng)切削速度達(dá)到 一定值時(shí)，

12、積屑瘤趨于穩(wěn)定，高度變化不大。一定值時(shí)，積屑瘤趨于穩(wěn)定，高度變化不大。 從從圖圖2-6可看到當(dāng)切削速度較低可看到當(dāng)切削速度較低 時(shí)，積屑瘤高度時(shí)，積屑瘤高度ho最高，而當(dāng)最高，而當(dāng) 切削速度大于切削速度大于v314m/min 時(shí)，積屑瘤趨于穩(wěn)定，高度變化時(shí)，積屑瘤趨于穩(wěn)定，高度變化 不大。這說明不大。這說明在低速切削時(shí)在低速切削時(shí),切切 削溫度比較低，較適于積屑增生削溫度比較低，較適于積屑增生 長，且在低速時(shí)長，且在低速時(shí)ho值比較穩(wěn)定。值比較穩(wěn)定。超精密切削時(shí)積屑瘤的生成規(guī)律超精密切削時(shí)積屑瘤的生成規(guī)律一、一、超精密切削時(shí)超精密切削時(shí)切削參數(shù)對積屑瘤生成的影響切削參數(shù)對積屑瘤生成的影響1 1

13、、切削速度的影響、切削速度的影響在中速時(shí)在中速時(shí)ho值不穩(wěn)定。值不穩(wěn)定。切黃銅和紫銅，積屑瘤切黃銅和紫銅，積屑瘤 不穩(wěn)定且比較小高度不穩(wěn)定且比較小高度 ho在在0.10.75 m 。超精密切削時(shí)積屑瘤的生成規(guī)律超精密切削時(shí)積屑瘤的生成規(guī)律一、一、超精密切削時(shí)超精密切削時(shí)切削參數(shù)對積屑瘤生成的影響切削參數(shù)對積屑瘤生成的影響1 1、切削速度的影響、切削速度的影響超精密切削時(shí)積屑瘤的生成規(guī)律超精密切削時(shí)積屑瘤的生成規(guī)律一、一、超精密切削時(shí)超精密切削時(shí)切削參數(shù)對積屑瘤生成的影響切削參數(shù)對積屑瘤生成的影響1 1、切削速度的影響、切削速度的影響l刀刃的微觀缺陷直接影響積屑瘤的高度。刀刃的微觀缺陷直接影響積

14、屑瘤的高度。l在某相同的切削條件下，完整刃的積屑瘤高度在某相同的切削條件下，完整刃的積屑瘤高度 為為5 m ，而有微小崩刃的刀刃積屑瘤高度為，而有微小崩刃的刀刃積屑瘤高度為 18 m 。 2 2、進(jìn)給量、進(jìn)給量f f和背吃刀量和背吃刀量apap的影響的影響超精密切削時(shí)積屑瘤的生成規(guī)律超精密切削時(shí)積屑瘤的生成規(guī)律一、超精密切削時(shí)切削參數(shù)對積屑瘤生成的影響一、超精密切削時(shí)切削參數(shù)對積屑瘤生成的影響l在實(shí)驗(yàn)的切削參數(shù)范圍內(nèi)都在實(shí)驗(yàn)的切削參數(shù)范圍內(nèi)都 有積屑瘤產(chǎn)生。有積屑瘤產(chǎn)生。如圖如圖2-7：在進(jìn)給量很小時(shí)，：在進(jìn)給量很小時(shí)， 積屑瘤的高度積屑瘤的高度h0 較大，在較大，在 f=5m/r時(shí)時(shí)h0值最

15、小，值最小，f值值 再增大時(shí)，再增大時(shí)，h0值稍有增加，值稍有增加， 這這是由于切削溫度變化所是由于切削溫度變化所 引起的引起的。超精密切削時(shí)積屑瘤的生成規(guī)律超精密切削時(shí)積屑瘤的生成規(guī)律一、一、超精密切削時(shí)超精密切削時(shí)切削參數(shù)對積屑瘤生成的影響切削參數(shù)對積屑瘤生成的影響2 2、進(jìn)給量、進(jìn)給量f f和背吃刀量和背吃刀量apap的影響的影響如如圖圖2-8：在背吃刀量：在背吃刀量ap25 m 后，后， 積屑瘤高度將隨積屑瘤高度將隨ap值的增加值的增加 而增加，這而增加，這是由于切削溫度是由于切削溫度 變化和積屑瘤底部粘附面積變化和積屑瘤底部粘附面積 的變化所造成的。的變化所造成的。超精密切削時(shí)積屑瘤

16、的生成規(guī)律超精密切削時(shí)積屑瘤的生成規(guī)律1 1、對切削力的影響、對切削力的影響l實(shí)驗(yàn)證明實(shí)驗(yàn)證明超精切削時(shí)切削力的超精切削時(shí)切削力的 變化規(guī)律和普通切削是有區(qū)別變化規(guī)律和普通切削是有區(qū)別 的。的。如圖超精密切削鋁合金和紫銅如圖超精密切削鋁合金和紫銅 時(shí)，時(shí)，低速時(shí)切削力大，隨切削低速時(shí)切削力大，隨切削 速度增加，切削力急劇下降。速度增加，切削力急劇下降。 到到200300mmin后，切削力后，切削力 基本保持不變?；颈３植蛔?。 l這規(guī)律和這規(guī)律和圖圖2-6中的積屑瘤高度中的積屑瘤高度h0隨切削速度的變化規(guī)律隨切削速度的變化規(guī)律 一致。一致。 即即積屑瘤高時(shí)切削力大，積屑瘤小時(shí)切削力也積屑瘤高時(shí)

17、切削力大，積屑瘤小時(shí)切削力也 小，小，和普通切削切鋼時(shí)的規(guī)律正好相反和普通切削切鋼時(shí)的規(guī)律正好相反。 超精密切削時(shí)積屑瘤的生成規(guī)律超精密切削時(shí)積屑瘤的生成規(guī)律1 1、對切削力的影響、對切削力的影響超精密切削時(shí)積屑瘤的生成規(guī)律超精密切削時(shí)積屑瘤的生成規(guī)律1 1、對切削力的影響、對切削力的影響l普通切削切削鋼時(shí)，積屑瘤可增加刀具的實(shí)際前角，普通切削切削鋼時(shí)，積屑瘤可增加刀具的實(shí)際前角，l故故積屑瘤增大可使切削力下降，積屑瘤增大可使切削力下降， l但超精切削時(shí)切削力增大。但超精切削時(shí)切削力增大。 超精密切削時(shí)積屑瘤的生成規(guī)律超精密切削時(shí)積屑瘤的生成規(guī)律分析積屑瘤造成切削力增加的原因分析積屑瘤造成切削

18、力增加的原因鼻形積屑瘤前端的鼻形積屑瘤前端的圓弧半徑圓弧半徑R大約為大約為23m，較原來金，較原來金剛石車刀的刃口剛石車刀的刃口rn= 0.20.3大得多。由大得多。由于超精切削切削于超精切削切削 層極薄，實(shí)際切削層極薄，實(shí)際切削是由刃口半徑是由刃口半徑R起起作用，這將導(dǎo)致切作用，這將導(dǎo)致切 削力明顯增加；削力明顯增加； 超精密切削時(shí)積屑瘤的生成規(guī)律超精密切削時(shí)積屑瘤的生成規(guī)律分析積屑瘤造成切削力增加的原因分析積屑瘤造成切削力增加的原因積屑瘤存在時(shí)，它代替積屑瘤存在時(shí)，它代替金剛石刀刃進(jìn)行切削，金剛石刀刃進(jìn)行切削，積屑瘤和切屑間的摩擦積屑瘤和切屑間的摩擦及積屑瘤和已加工表面及積屑瘤和已加工表面

19、之間的摩擦都很嚴(yán)重，之間的摩擦都很嚴(yán)重，摩擦力很大，大大超過摩擦力很大，大大超過金剛石和這些材料之間金剛石和這些材料之間的摩擦力，這導(dǎo)致切削的摩擦力，這導(dǎo)致切削力的增加；力的增加； 超精密切削時(shí)積屑瘤的生成規(guī)律超精密切削時(shí)積屑瘤的生成規(guī)律分析積屑瘤造成切削力增加的原因分析積屑瘤造成切削力增加的原因積屑瘤呈鼻形并自刀刃積屑瘤呈鼻形并自刀刃前伸出，這導(dǎo)致實(shí)際切前伸出，這導(dǎo)致實(shí)際切削厚度超過名義值。超削厚度超過名義值。超精密切削的切削厚度原精密切削的切削厚度原來就甚小，增加切削厚來就甚小，增加切削厚度將使切削力明顯增加。度將使切削力明顯增加。超精密切削時(shí)積屑瘤的生成規(guī)律超精密切削時(shí)積屑瘤的生成規(guī)律2

20、 2、對加工表面粗糙度的影響、對加工表面粗糙度的影響l超精切削的積屑瘤呈鼻形，代替刀刃進(jìn)行切削，積屑瘤超精切削的積屑瘤呈鼻形，代替刀刃進(jìn)行切削，積屑瘤 和己加工表面劇烈摩擦，使表面粗糙度加大。和己加工表面劇烈摩擦，使表面粗糙度加大。l加工表面粗糙度直接和積屑瘤的高度有關(guān)，即積屑瘤高加工表面粗糙度直接和積屑瘤的高度有關(guān)，即積屑瘤高 度大，表面租糙度大；積屑瘤小時(shí)加工表面粗糙度亦小。度大，表面租糙度大；積屑瘤小時(shí)加工表面粗糙度亦小。超精密切削時(shí)積屑瘤的生成規(guī)律超精密切削時(shí)積屑瘤的生成規(guī)律如圖如圖可看到加工硬鋁時(shí)，如加航可看到加工硬鋁時(shí)，如加航 空汽油為切削液，可明顯減小加空汽油為切削液，可明顯減小

21、加 工表面粗糙度，并且在低速時(shí)表工表面粗糙度，并且在低速時(shí)表 面粗糙度亦很小。面粗糙度亦很小。 這說明使用切削液后，已消除了這說明使用切削液后，已消除了 積屑瘤對加工表面粗糙度的影響。積屑瘤對加工表面粗糙度的影響。 這時(shí)切削速度已和加工表面粗糙這時(shí)切削速度已和加工表面粗糙 度無關(guān)，度無關(guān)，這情況是和普通切削時(shí)這情況是和普通切削時(shí)切鋼的規(guī)律不同。切鋼的規(guī)律不同。 加工黃銅時(shí)，切削液無加工黃銅時(shí)，切削液無 明顯效果，低速時(shí)加工明顯效果，低速時(shí)加工 表而粗糙度不大，故加表而粗糙度不大，故加工黃銅可使用也可不使工黃銅可使用也可不使用切削液。用切削液。 切削參數(shù)變化對加工表面質(zhì)量的影響切削參數(shù)變化對加工

22、表面質(zhì)量的影響l切削速度變化將影響切削變形，將影響加工表面的粗糙切削速度變化將影響切削變形，將影響加工表面的粗糙 度和度和變質(zhì)層變質(zhì)層，但在常用的超精密速度范圍內(nèi)對加工表面，但在常用的超精密速度范圍內(nèi)對加工表面 粗糙度的影響并不顯著。粗糙度的影響并不顯著。l這里討論切削速度對加工表面粗糙度的影響時(shí)，只考慮這里討論切削速度對加工表面粗糙度的影響時(shí)，只考慮 使用切削液的情況。使用切削液的情況。切削參數(shù)變化對加工表面質(zhì)量的影響切削參數(shù)變化對加工表面質(zhì)量的影響l如圖如圖給出了一組切削速度變給出了一組切削速度變 化對加工表面粗糙度影響關(guān)化對加工表面粗糙度影響關(guān) 系的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。系的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。l可以看到有切

23、削液的條件下可以看到有切削液的條件下 切削速度對加工表面粗糙度切削速度對加工表面粗糙度 的影響其微。的影響其微。 切削參數(shù)變化對加工表面質(zhì)量的影響切削參數(shù)變化對加工表面質(zhì)量的影響表表2-1實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，切削速度對加工表面粗糙度基本無影切削速度對加工表面粗糙度基本無影 響，響，表表中表面粗糙度略有變化，主要是受機(jī)床動(dòng)特性的影中表面粗糙度略有變化，主要是受機(jī)床動(dòng)特性的影 響。響。在刀具、機(jī)床、環(huán)境條件都符合條件時(shí)，從極低到很高切削在刀具、機(jī)床、環(huán)境條件都符合條件時(shí)，從極低到很高切削 速度，都能夠得到粗糙度極小的加工表面速度，都能夠得到粗糙度極小的加工表面(Ra0.01m)。 表表2-

24、2中是不同進(jìn)給量時(shí)中是不同進(jìn)給量時(shí)的表面粗糙度，可看到在使的表面粗糙度，可看到在使用用有修光刀的刀具時(shí)，有修光刀的刀具時(shí)，f 0.02mm/r時(shí)，進(jìn)給量再時(shí)，進(jìn)給量再 減小對表面粗糙度影響不減小對表面粗糙度影響不 大。大。 切削參數(shù)變化對加工表面質(zhì)量的影響切削參數(shù)變化對加工表面質(zhì)量的影響l為使加工表面粗糙度值減小，超精切削都采用為使加工表面粗糙度值減小，超精切削都采用很小的進(jìn)很小的進(jìn) 給量給量，刀具制成帶，刀具制成帶修光刃修光刃的。的。切削參數(shù)變化對加工表面質(zhì)量的影響切削參數(shù)變化對加工表面質(zhì)量的影響l如圖如圖是在超精密切削條件下，是在超精密切削條件下， 變化進(jìn)給量得到的加工表面粗變化進(jìn)給量得到

25、的加工表面粗 糙度實(shí)驗(yàn)結(jié)果。糙度實(shí)驗(yàn)結(jié)果。實(shí)驗(yàn)中使用圓弧切削刃刀具。實(shí)驗(yàn)中使用圓弧切削刃刀具?？煽吹皆谶M(jìn)給量可看到在進(jìn)給量f 5mr 時(shí)，均達(dá)到時(shí)，均達(dá)到Rmax 0.05m 的鏡面。的鏡面。 切削參數(shù)變化對加工表面質(zhì)量的影響切削參數(shù)變化對加工表面質(zhì)量的影響刀刃形狀對加工表面粗糙度的影響刀刃形狀對加工表面粗糙度的影響超精密切削時(shí)用的單晶金剛石刀具，超精密切削時(shí)用的單晶金剛石刀具， 有做成有做成直線修光刃直線修光刃的，也有的做成的，也有的做成圓圓 弧刃弧刃。刀具有直線修光刃時(shí)，可減少殘留面刀具有直線修光刃時(shí)，可減少殘留面 積，減小加工表面的粗糙度值。積，減小加工表面的粗糙度值。修光刃的長度常取修

26、光刃的長度常取0.050.20mm。若長度過長，對提高加工表面質(zhì)量效若長度過長，對提高加工表面質(zhì)量效 果不大。果不大。切削參數(shù)變化對加工表面質(zhì)量的影響切削參數(shù)變化對加工表面質(zhì)量的影響刀刃形狀對加工表面粗糙度的影響刀刃形狀對加工表面粗糙度的影響l對有修光刃的金剛石車刀，加工時(shí)要精確對刀，使修光對有修光刃的金剛石車刀，加工時(shí)要精確對刀，使修光 刃和進(jìn)給方向一致。刃和進(jìn)給方向一致。生產(chǎn)中常使用生產(chǎn)中常使用對刀顯微鏡對刀顯微鏡來精確對刀。來精確對刀。為易于對刀，圓弧刃半徑一般取為易于對刀，圓弧刃半徑一般取R=25mm。 由于超精密切削進(jìn)給量很小，故用圓弧刃車刀時(shí)仍可切除由于超精密切削進(jìn)給量很小，故用圓

27、弧刃車刀時(shí)仍可切除 高質(zhì)量的超光滑表面。高質(zhì)量的超光滑表面。使用圓弧刃車刀時(shí)對刀使用方便，但刀具制造較復(fù)雜。使用圓弧刃車刀時(shí)對刀使用方便，但刀具制造較復(fù)雜。切削參數(shù)變化對加工表面質(zhì)量的影響切削參數(shù)變化對加工表面質(zhì)量的影響l實(shí)驗(yàn)表明（表實(shí)驗(yàn)表明（表2-3），背吃刀量減小使加工表面粗糙度加），背吃刀量減小使加工表面粗糙度加 大。經(jīng)分析后發(fā)現(xiàn)這實(shí)驗(yàn)使用的刀具刃口半徑大。經(jīng)分析后發(fā)現(xiàn)這實(shí)驗(yàn)使用的刀具刃口半徑rn較大，故較大，故 背吃刀量小時(shí)，切削困難，變質(zhì)層大，造成加工表面粗糙背吃刀量小時(shí)，切削困難，變質(zhì)層大，造成加工表面粗糙 度加大。度加大。背吃刀量變化對加工表面粗糙度的影響背吃刀量變化對加工表面粗

28、糙度的影響切削參數(shù)變化對加工表面質(zhì)量的影響切削參數(shù)變化對加工表面質(zhì)量的影響背吃刀量變化對加工表面粗糙度的影響背吃刀量變化對加工表面粗糙度的影響l實(shí)驗(yàn)結(jié)果（實(shí)驗(yàn)結(jié)果（圖圖2-15）：在在v314m/min、f 2.5m/r的超精密切削的超精密切削 條件下，背吃刀條件下，背吃刀 ap=0.55 m時(shí)均得到時(shí)均得到 極小表面粗糙度的鏡面。極小表面粗糙度的鏡面。切削參數(shù)變化對加工表面質(zhì)量的影響切削參數(shù)變化對加工表面質(zhì)量的影響背吃刀量變化對加工表面殘留應(yīng)力的影響背吃刀量變化對加工表面殘留應(yīng)力的影響l切削實(shí)驗(yàn)：切削實(shí)驗(yàn)：采用采用v=314mmin 、 f=2.5m/r，加工材料硬鋁，加工材料硬鋁2A12。

29、 使用日本生產(chǎn)的使用日本生產(chǎn)的X射線應(yīng)力測量儀射線應(yīng)力測量儀 測殘留應(yīng)力。測殘留應(yīng)力。l實(shí)驗(yàn)結(jié)果實(shí)驗(yàn)結(jié)果（如（如圖圖2-16）：）：背吃刀量背吃刀量 減少，表面殘留應(yīng)力亦減小，減少，表面殘留應(yīng)力亦減小，但小但小 過某臨界值時(shí)，背吃刀量減小反而過某臨界值時(shí)，背吃刀量減小反而 使加工表面殘留應(yīng)力增加。使加工表面殘留應(yīng)力增加。這臨界這臨界 值的大小和刀刃鋒銳度值的大小和刀刃鋒銳度(刀口半徑刀口半徑 rn )有關(guān)有關(guān)即刀刃鋒銳時(shí)該臨界值即刀刃鋒銳時(shí)該臨界值 就要小些。就要小些。切削刃鋒銳度對切削變形、切削刃鋒銳度對切削變形、加工表面質(zhì)量的影響加工表面質(zhì)量的影響l金剛石刀具的鈍圓半徑金剛石刀具的鈍圓半徑

30、rn值可值可 采用采用掃描電鏡掃描電鏡和和原子力顯微鏡原子力顯微鏡 測量。如測量。如圖圖2-17l對比試驗(yàn)：對比試驗(yàn)：l圖圖2-18是試驗(yàn)用的金剛石車刀是試驗(yàn)用的金剛石車刀 幾何形狀，兩把刀幾何形狀完幾何形狀，兩把刀幾何形狀完 全相同，僅鋒銳度有差別。全相同，僅鋒銳度有差別。 實(shí)實(shí) 際切削刃鈍圓半徑分別為際切削刃鈍圓半徑分別為 0.3m和和0.6m。切削刃鋒銳度對切削變形、切削刃鋒銳度對切削變形、加工表面質(zhì)量的影響加工表面質(zhì)量的影響加工表面粗糙度的影響加工表面粗糙度的影響1.1.兩把刀在不同背吃刀量時(shí)的加工表面粗糙度兩把刀在不同背吃刀量時(shí)的加工表面粗糙度l實(shí)驗(yàn)結(jié)果：切削實(shí)驗(yàn)結(jié)果：切削 刃鋒銳度

31、對加工刃鋒銳度對加工 表面粗糙度有明表面粗糙度有明 顯影響：顯影響：l背吃刀量相同背吃刀量相同 時(shí)，更鋒銳的刀時(shí)，更鋒銳的刀 具切出的表面粗具切出的表面粗 糙度更小。糙度更小。 切削刃鋒銳度對切削變形、切削刃鋒銳度對切削變形、加工表面質(zhì)量的影響加工表面質(zhì)量的影響加工表面粗糙度的影響加工表面粗糙度的影響2.2.兩把刀在不同進(jìn)給量時(shí)的加工表面粗糙度兩把刀在不同進(jìn)給量時(shí)的加工表面粗糙度l實(shí)驗(yàn)結(jié)果：實(shí)驗(yàn)結(jié)果：l在不同進(jìn)給在不同進(jìn)給 量時(shí)，鋒銳量時(shí)，鋒銳 的金剛石車的金剛石車 刀加工表面刀加工表面 粗糙度值較粗糙度值較 小，差別是小，差別是 很明顯的。很明顯的。 切削刃鋒銳度對切削變形、切削刃鋒銳度對切

32、削變形、加工表面質(zhì)量的影響加工表面質(zhì)量的影響加工表面粗糙度的影響加工表面粗糙度的影響3.3.兩把刀具在不同切削速度兩把刀具在不同切削速度v v時(shí)的加工表面粗糙度時(shí)的加工表面粗糙度 l采用較小的背吃刀量和進(jìn)給量時(shí)采用較小的背吃刀量和進(jìn)給量時(shí)(ap12m， f2.5m r)，兩把刀切出的加工表面粗糙度兩把刀切出的加工表面粗糙度 相差不大相差不大。 切削刃鋒銳度對切削變形、切削刃鋒銳度對切削變形、加工表面質(zhì)量的影響加工表面質(zhì)量的影響l用金剛石刀具進(jìn)行超精密切削，刀刃鋒銳度對切削變形用金剛石刀具進(jìn)行超精密切削，刀刃鋒銳度對切削變形 有著很大影響，特別是在背吃刀量和進(jìn)給量較小的時(shí)候。有著很大影響，特別是

33、在背吃刀量和進(jìn)給量較小的時(shí)候。l直接測量切削變形比較困難，故通過測量切屑的變形系直接測量切削變形比較困難，故通過測量切屑的變形系 數(shù)、測量切削力、測量加工表面的變形程度來說明切削數(shù)、測量切削力、測量加工表面的變形程度來說明切削 變形的大小。變形的大小。l經(jīng)實(shí)測，經(jīng)實(shí)測，用鋒銳金剛石車刀切削時(shí)，切屑變形系數(shù)明顯用鋒銳金剛石車刀切削時(shí)，切屑變形系數(shù)明顯 低于用較鈍的刀具切削時(shí)的切屑變形系數(shù)。低于用較鈍的刀具切削時(shí)的切屑變形系數(shù)。 切削刃鋒銳度對切削變形、切削刃鋒銳度對切削變形、加工表面質(zhì)量的影響加工表面質(zhì)量的影響l刀刃鋒銳度不同，切削力明顯不同。刀刃鋒銳度不同，切削力明顯不同。l 刃口半徑增大，切

34、削力增大，即切削刃口半徑增大，切削力增大，即切削 變形大。背吃刀量很小時(shí)，切削力顯變形大。背吃刀量很小時(shí)，切削力顯 著增大。著增大。l因?yàn)楸吵缘读亢苄r(shí)，刃口半徑造成因?yàn)楸吵缘读亢苄r(shí)，刃口半徑造成 的附加切削變形已占總切削變形的很的附加切削變形已占總切削變形的很 大比例，刃口的微小變化將使切削變大比例，刃口的微小變化將使切削變 形產(chǎn)生很大的變化。形產(chǎn)生很大的變化。 l所以在背吃刀量很小的精切時(shí)，應(yīng)采所以在背吃刀量很小的精切時(shí)，應(yīng)采 用刃口半徑很小的鋒銳金剛石車刀。用刃口半徑很小的鋒銳金剛石車刀。 切削刃鋒銳度對切削變形、切削刃鋒銳度對切削變形、加工表面質(zhì)量的影響加工表面質(zhì)量的影響1.1.對加

35、工表面冷硬的影響對加工表面冷硬的影響1)金剛石刀具鋒銳度不同時(shí)，加工表面變質(zhì)層的冷硬和顯金剛石刀具鋒銳度不同時(shí)，加工表面變質(zhì)層的冷硬和顯 微硬度有明顯差別；微硬度有明顯差別；2)在金剛石刀具較鋒銳的情況下在金剛石刀具較鋒銳的情況下(rn0.3m)，超精密切，超精密切 削的加工表面仍有較大的冷硬存在，在加工表面要求變削的加工表面仍有較大的冷硬存在，在加工表面要求變 質(zhì)層很小的情況下，應(yīng)努力將金剛石刀具研磨得更加鋒質(zhì)層很小的情況下，應(yīng)努力將金剛石刀具研磨得更加鋒 銳，即要求銳，即要求rn值更小。值更小。切削刃鋒銳度對切削變形、切削刃鋒銳度對切削變形、加工表面質(zhì)量的影響加工表面質(zhì)量的影響2 2、對加

36、工表面組織位錯(cuò)的影響、對加工表面組織位錯(cuò)的影響l刃口半徑越小，位錯(cuò)刃口半徑越小，位錯(cuò) 密度越小，切削變形密度越小，切削變形 越小，表面質(zhì)量越高。越小，表面質(zhì)量越高。 切削刃鋒銳度對切削變形、切削刃鋒銳度對切削變形、加工表面質(zhì)量的影響加工表面質(zhì)量的影響1) 刃口半徑越小，殘留應(yīng)力越低；刃口半徑越小，殘留應(yīng)力越低；2)背吃刀量背吃刀量ap減小，可使殘留應(yīng)力減小；減小，可使殘留應(yīng)力減??；3)當(dāng)背吃刀量當(dāng)背吃刀量ap減小到某臨界值時(shí)，再繼續(xù)減小背吃刀減小到某臨界值時(shí)，再繼續(xù)減小背吃刀 量，卻使加工表面殘留應(yīng)力增大。量，卻使加工表面殘留應(yīng)力增大。 切削中的切削中的若干理論問題若干理論問題超精密切削能達(dá)到

37、的最小切削厚度超精密切削能達(dá)到的最小切削厚度1.1.實(shí)際切削達(dá)到的最小切削厚度實(shí)際切削達(dá)到的最小切削厚度l超精密切削實(shí)際能達(dá)到的最小切削厚度和金剛石刀具的超精密切削實(shí)際能達(dá)到的最小切削厚度和金剛石刀具的 鋒銳度、使用的超精密機(jī)床的性能狀態(tài)、切削時(shí)的環(huán)境鋒銳度、使用的超精密機(jī)床的性能狀態(tài)、切削時(shí)的環(huán)境 條件等都直接有關(guān)。條件等都直接有關(guān)。l研究結(jié)果之一證明，研究結(jié)果之一證明，使用極鋒銳的刀具和機(jī)床條件最佳使用極鋒銳的刀具和機(jī)床條件最佳 的情況下，金剛石刀具的超精密切削，可以實(shí)現(xiàn)切削厚的情況下，金剛石刀具的超精密切削，可以實(shí)現(xiàn)切削厚 度為納米度為納米(nm）級的連續(xù)穩(wěn)定切削。）級的連續(xù)穩(wěn)定切削。

38、切削中的切削中的若干理論問題若干理論問題超精密切削能達(dá)到的最小切削厚度超精密切削能達(dá)到的最小切削厚度1.1.實(shí)際切削達(dá)到的最小切削厚度實(shí)際切削達(dá)到的最小切削厚度l圖圖2-23為為這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)中用掃描電鏡拍攝的一組切屑的照這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)中用掃描電鏡拍攝的一組切屑的照 片，其切削厚度分別為片，其切削厚度分別為30nm和和1nm，實(shí)驗(yàn)使用的單晶金，實(shí)驗(yàn)使用的單晶金 剛石刀具是日本大阪金剛石公司特制的，切削試驗(yàn)的機(jī)剛石刀具是日本大阪金剛石公司特制的，切削試驗(yàn)的機(jī) 床是床是LLL實(shí)驗(yàn)室的超精密金剛石車床。實(shí)驗(yàn)室的超精密金剛石車床。l從從STM照片中可以看到在切削厚度極小時(shí)照片中可以看到在切削厚度極小時(shí)(hDmin

39、 1nm） 仍能得到連續(xù)穩(wěn)定的切屑，說明切削過程是連續(xù)、穩(wěn)定和仍能得到連續(xù)穩(wěn)定的切屑，說明切削過程是連續(xù)、穩(wěn)定和 正常的。正常的。 切削中的切削中的若干理論問題若干理論問題超精密切削能達(dá)到的最小切削厚度超精密切削能達(dá)到的最小切削厚度切削中的若干理論問題超精密切削能達(dá)到的最小切削厚度超精密切削能達(dá)到的最小切削厚度2.2.刀刃刃口半徑刀刃刃口半徑r rn n和最小切削厚度的關(guān)系和最小切削厚度的關(guān)系l超精密切削時(shí)能達(dá)到的超精密切削時(shí)能達(dá)到的 極限最小切削厚度和金極限最小切削厚度和金 剛石刀具刀刃鋒銳度剛石刀具刀刃鋒銳度 (刀口半徑刀口半徑rn值值)有關(guān)，有關(guān)， 和被切材料的物理力學(xué)和被切材料的物理力

40、學(xué) 性能有關(guān)。性能有關(guān)。 切削中的若干理論問題超精密切削能達(dá)到的最小切削厚度超精密切削能達(dá)到的最小切削厚度2.2.刀刃刃口半徑刀刃刃口半徑r rn n和最小切削厚度的關(guān)系和最小切削厚度的關(guān)系l超精密切削時(shí)能達(dá)到的超精密切削時(shí)能達(dá)到的 極限最小切削厚度和金極限最小切削厚度和金 剛石刀具刀刃鋒銳度剛石刀具刀刃鋒銳度 (刀口半徑刀口半徑rn值值)有關(guān)，有關(guān)， 和被切材料的物理力學(xué)和被切材料的物理力學(xué) 性能有關(guān)。性能有關(guān)。 圖圖2-24所示為極限最小切削所示為極限最小切削 厚度厚度hDmin和切削刃鈍圓半徑和切削刃鈍圓半徑rn 的關(guān)系，極限臨界點(diǎn)的關(guān)系，極限臨界點(diǎn)A以上被以上被 加工材料將堆積起來形成

41、切加工材料將堆積起來形成切 屑，而屑，而A以下，加工材料經(jīng)以下，加工材料經(jīng) 彈塑變形，形成加工表面，彈塑變形，形成加工表面， 如如圖圖2-24a所示。所示。 切削中的若干理論問題2.2.刀刃刃口半徑刀刃刃口半徑r rn n和最小切削厚度的關(guān)系和最小切削厚度的關(guān)系超精密切削能達(dá)到的最小切削厚度超精密切削能達(dá)到的最小切削厚度切削中的若干理論問題超精密切削能達(dá)到的最小切削厚度超精密切削能達(dá)到的最小切削厚度2.2.刀刃刃口半徑刀刃刃口半徑r rn n和最小切削厚度的關(guān)系和最小切削厚度的關(guān)系l分析臨界點(diǎn)分析臨界點(diǎn)A的受力變形情的受力變形情 況。如況。如圖圖所示。所示。l在在A點(diǎn)處工件受水平力點(diǎn)處工件受水

42、平力Ff和和 垂直力垂直力FP作用。作用。l這兩力亦可分解為這兩力亦可分解為A點(diǎn)處的點(diǎn)處的 法向力法向力FN 和切向力和切向力FT，則，則 FN力和力和FT力可用下式計(jì)算：力可用下式計(jì)算： 切削中的若干理論問題超精密切削能達(dá)到的最小切削厚度超精密切削能達(dá)到的最小切削厚度2.2.刀刃刃口半徑刀刃刃口半徑r rn n和最小切削厚度的關(guān)系和最小切削厚度的關(guān)系FN=Fpcos+Ffsin FT=Ffcos+FpsinFT=FN tan =(Ff- Fp)/(Ff+Fp)切削中的若干理論問題超精密切削能達(dá)到的最小切削厚度超精密切削能達(dá)到的最小切削厚度2.2.刀刃刃口半徑刀刃刃口半徑r rn n和最小切削

43、厚度的關(guān)系和最小切削厚度的關(guān)系l僅在實(shí)際摩擦力僅在實(shí)際摩擦力(FT) 大于大于 FT時(shí)時(shí)，被切材料和刀刃刃，被切材料和刀刃刃 口圓弧無相對滑移，將隨刀口圓弧無相對滑移，將隨刀 刃前進(jìn)，形成堆積，最后刃前進(jìn)，形成堆積，最后形形 成切屑成切屑而被切除。故而被切除。故 (FT) Ffcos-Fpsin 切削中的若干理論問題2.2.刀刃刃口半徑刀刃刃口半徑r rn n和最小切削厚度的關(guān)系和最小切削厚度的關(guān)系超精密切削能達(dá)到的最小切削厚度超精密切削能達(dá)到的最小切削厚度l現(xiàn)在現(xiàn)在A點(diǎn)為點(diǎn)為極限臨界點(diǎn)極限臨界點(diǎn)，極，極 限最小切削厚度限最小切削厚度hDmin應(yīng)為應(yīng)為切削中的若干理論問題超精密切削能達(dá)到的最小

44、切削厚度超精密切削能達(dá)到的最小切削厚度2.2.刀刃刃口半徑刀刃刃口半徑r rn n和最小切削厚度的關(guān)系和最小切削厚度的關(guān)系l分析這方程式可知，當(dāng)?shù)度腥锌诎霃椒治鲞@方程式可知，當(dāng)?shù)度腥锌诎霃絩n為某值時(shí)，能為某值時(shí)，能 切下的最小切削厚度切下的最小切削厚度hDmin和臨界點(diǎn)處的和臨界點(diǎn)處的Fy/Fx比值有比值有 關(guān)，并和刀具工件材料間的摩擦系數(shù)有關(guān)。關(guān)，并和刀具工件材料間的摩擦系數(shù)有關(guān)。l在切削時(shí)，在切削時(shí)，A點(diǎn)處的點(diǎn)處的FP/Ff 比值是利工件材料的強(qiáng)度、比值是利工件材料的強(qiáng)度、 延伸率、摩擦系數(shù)有關(guān)，并和延伸率、摩擦系數(shù)有關(guān)，并和A點(diǎn)位置的高低有關(guān)。點(diǎn)位置的高低有關(guān)。l根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，A

45、點(diǎn)處的點(diǎn)處的FP/Ff比值比值 一般在一般在0.81范圍內(nèi)。范圍內(nèi)。 對于用金剛石刀具進(jìn)行超精密切削，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)可以取對于用金剛石刀具進(jìn)行超精密切削，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)可以取 FP0.9Ff。切削中的若干理論問題超精密切削能達(dá)到的最小切削厚度超精密切削能達(dá)到的最小切削厚度2.2.刀刃刃口半徑刀刃刃口半徑r rn n和最小切削厚度的關(guān)系和最小切削厚度的關(guān)系l我們曾實(shí)測過金剛石和鋁合金之間的摩擦系數(shù)為我們曾實(shí)測過金剛石和鋁合金之間的摩擦系數(shù)為0.06 0.13(隨金剛石晶面不同和摩擦方向不同而變化隨金剛石晶面不同和摩擦方向不同而變化)，在，在 切削過程中摩擦系數(shù)可假設(shè)為上述數(shù)值的兩倍，即切削過程中摩擦系數(shù)可假

46、設(shè)為上述數(shù)值的兩倍，即 0.120.26。切削中的切削中的若干理論問題若干理論問題超精密切削能達(dá)到的最小切削厚度超精密切削能達(dá)到的最小切削厚度切削中的若干理論問題超精密切削能達(dá)到的最小切削厚度超精密切削能達(dá)到的最小切削厚度2.2.刀刃刃口半徑刀刃刃口半徑r rn n和最小切削厚度的關(guān)系和最小切削厚度的關(guān)系l圖圖2-24中中所示實(shí)際切削時(shí)能正常切削的最小切削厚度所示實(shí)際切削時(shí)能正常切削的最小切削厚度 HDmin1nm，這時(shí)可以估算所用的金剛石刀具刃口，這時(shí)可以估算所用的金剛石刀具刃口 半徑半徑rn應(yīng)為應(yīng)為34nm。l這是極為鋒銳的金剛石刀具，它的刃口半徑這是極為鋒銳的金剛石刀具，它的刃口半徑rn

47、值比現(xiàn)在值比現(xiàn)在 生產(chǎn)中用的要小很多。生產(chǎn)中用的要小很多。切削中的若干理論問題超精密切削能達(dá)到的最小切削厚度超精密切削能達(dá)到的最小切削厚度2.2.刀刃刃口半徑刀刃刃口半徑r rn n和最小切削厚度的關(guān)系和最小切削厚度的關(guān)系l用高速調(diào)和硬質(zhì)合金刀具進(jìn)行切削試驗(yàn)，研究能達(dá)到用高速調(diào)和硬質(zhì)合金刀具進(jìn)行切削試驗(yàn)，研究能達(dá)到 的最小切削厚度，得到如下結(jié)果的最小切削厚度，得到如下結(jié)果: l現(xiàn)在我國生產(chǎn)中使用的金剛石刀具，刀刃鋒銳度約為現(xiàn)在我國生產(chǎn)中使用的金剛石刀具，刀刃鋒銳度約為 rn=0.25m，特殊精心研磨可以達(dá)到，特殊精心研磨可以達(dá)到rn0.1m。切削中的若干理論問題1.1.刀具晶面選擇對切削變形和

48、加工表面質(zhì)量的影響刀具晶面選擇對切削變形和加工表面質(zhì)量的影響1）(100)晶面的摩擦系數(shù)曲線有晶面的摩擦系數(shù)曲線有4 個(gè)個(gè)波峰和波谷；波峰和波谷；(110)晶面有晶面有2 個(gè)個(gè)波峰和波谷；波峰和波谷；(111)晶面有晶面有3 個(gè)個(gè)波峰和波谷；波峰和波谷；2） ( 100)晶面的摩擦系數(shù)最低；晶面的摩擦系數(shù)最低； (111)晶面次之；晶面次之；(110）晶面晶面 最高；最高；3） (100)晶面的摩擦系數(shù)差別最晶面的摩擦系數(shù)差別最 大大 ；(110)晶面次之；晶面次之； ( 111) 晶面最小。晶面最小。 切削中的若干理論問題刀具晶面選擇對切削變形和加工表面質(zhì)量的影響刀具晶面選擇對切削變形和加工

49、表面質(zhì)量的影響2.2.l用對比實(shí)驗(yàn)的方法，比較金剛石刀具晶面不同對切削變用對比實(shí)驗(yàn)的方法，比較金剛石刀具晶面不同對切削變 形的影響。形的影響。 l用兩把金剛石車刀，幾何形狀相同，但用兩把金剛石車刀，幾何形狀相同，但No1車刀前、后面車刀前、后面 為為(100)晶面；晶面；No2車刀為車刀為(110)晶面。晶面。l比較切削變形大小是通過觀察切屑外形，測量切屑變形比較切削變形大小是通過觀察切屑外形，測量切屑變形 系數(shù)和比較剪切角大小。系數(shù)和比較剪切角大小。 切削中的若干理論問題1)觀察兩把刀切下的切屑的外形，切屑的厚度，切屑上滑移觀察兩把刀切下的切屑的外形，切屑的厚度，切屑上滑移 線痕跡等，明顯看

50、出。采用線痕跡等，明顯看出。采用(100)晶面的晶面的No1車刀切下的車刀切下的 切屑變形，切屑變形，小于小于用用(110)晶面的晶面的No2車刀切下的切屑的變車刀切下的切屑的變 形。形。2)實(shí)測兩把刀切下的切屑厚度，通過切屑厚度計(jì)算出切屑變實(shí)測兩把刀切下的切屑厚度，通過切屑厚度計(jì)算出切屑變 形系數(shù)。形系數(shù)。No1車刀切下切屑的變形系數(shù)車刀切下切屑的變形系數(shù)小于小于用用No2車刀切車刀切 下切屑的變形系數(shù)。下切屑的變形系數(shù)。3)剪切角剪切角的計(jì)算：假設(shè)切削過程為直角自由切削。這時(shí)剪的計(jì)算：假設(shè)切削過程為直角自由切削。這時(shí)剪 切角可用下式計(jì)算：切角可用下式計(jì)算：l從表從表2-5中可以看出，中可以

51、看出，N01車刀的實(shí)際剪切角大于車刀的實(shí)際剪切角大于N02 車刀，即用（車刀，即用（100）晶面的）晶面的N01車刀切下的切屑變形小車刀切下的切屑變形小 于用（于用（110）晶面的）晶面的N02號(hào)車刀。號(hào)車刀。 切削中的若干理論問題切削中的切削中的若干理論問題若干理論問題3.3.刀具晶面選擇對切削變形和加工表面質(zhì)量的影響刀具晶面選擇對切削變形和加工表面質(zhì)量的影響（1）加工表面粗糙度）加工表面粗糙度 l用用(100)晶面的晶面的No1車刀和車刀和(110)晶面的晶面的No2車刀，在相同車刀，在相同 的切削條件下加工純銅，改變進(jìn)給量得到的加工表面粗的切削條件下加工純銅，改變進(jìn)給量得到的加工表面粗

52、糙度見糙度見圖圖2-26。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果是在兩把刀都比實(shí)驗(yàn)結(jié)果是在兩把刀都比 較鋒銳的情況下獲得的。較鋒銳的情況下獲得的?？梢钥吹娇梢钥吹絅o1車刀和車刀和No2 車刀的車刀的加工表面粗糙度相加工表面粗糙度相 差不多。差不多。切削中的切削中的若干理論問題若干理論問題刀具晶面選擇對切削變形和加工表面質(zhì)量的影響刀具晶面選擇對切削變形和加工表面質(zhì)量的影響3.3.切削中的切削中的若干理論問題若干理論問題刀具晶面選擇對切削變形和加工表面質(zhì)量的影響刀具晶面選擇對切削變形和加工表面質(zhì)量的影響3.3.（2）加工表面層的殘余應(yīng)力）加工表面層的殘余應(yīng)力l用上述兩把金剛石車刀在相同的切削條件下加工紫銅。用上述兩把金剛石

53、車刀在相同的切削條件下加工紫銅。l從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可看到，從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可看到，這兩把金剛石車刀切出的加工表面這兩把金剛石車刀切出的加工表面 層都有殘余壓應(yīng)力，用（層都有殘余壓應(yīng)力，用（100）晶面的）晶面的No1車刀切出的表車刀切出的表 面層殘余壓應(yīng)力小于用（面層殘余壓應(yīng)力小于用（110）晶面的）晶面的No2車刀所切出車刀所切出 的，特別是切向殘余應(yīng)力。的，特別是切向殘余應(yīng)力。 切削中的切削中的若干理論問題若干理論問題刀具晶面選擇對切削變形和加工表面質(zhì)量的影響刀具晶面選擇對切削變形和加工表面質(zhì)量的影響3.3.（2）加工表面層的殘余應(yīng)力）加工表面層的殘余應(yīng)力l用摩擦系數(shù)小的用摩擦系數(shù)小的(100)晶面作

54、金剛石刀具的前、后面，晶面作金剛石刀具的前、后面， 可使切削變形減小，并可減小后面與加工表面間的摩可使切削變形減小，并可減小后面與加工表面間的摩 擦，這是加工表面殘余應(yīng)力能減小的原因。擦，這是加工表面殘余應(yīng)力能減小的原因。l對要求殘余應(yīng)力小，要求長期尺寸穩(wěn)定性高的精密零件對要求殘余應(yīng)力小，要求長期尺寸穩(wěn)定性高的精密零件 的加工，這點(diǎn)應(yīng)特別注意。的加工，這點(diǎn)應(yīng)特別注意。切削中的切削中的若干理論問題若干理論問題刀具晶面選擇對切削變形和加工表面質(zhì)量的影響刀具晶面選擇對切削變形和加工表面質(zhì)量的影響4.4.l使用使用(100)晶面和晶面和(110)晶面的金剛石刀具進(jìn)行磨損耐用晶面的金剛石刀具進(jìn)行磨損耐用

55、 度對比實(shí)驗(yàn)。度對比實(shí)驗(yàn)。l在兩把刀均鋒利時(shí)加工表面粗糙度相差不大在兩把刀均鋒利時(shí)加工表面粗糙度相差不大 。 l(110 )晶面的刀具磨損較快，晶面的刀具磨損較快，切削相當(dāng)時(shí)間后，加工表切削相當(dāng)時(shí)間后，加工表 面粗糙度已超過面粗糙度已超過Rmax0.05m；l (100)晶面的刀具磨損較慢，晶面的刀具磨損較慢，切削較長時(shí)間后，加工表切削較長時(shí)間后，加工表 面粗糙度仍是面粗糙度仍是Rmax0.05 m，刀具耐用度明顯較，刀具耐用度明顯較 高。高。l圖圖2-27為不同晶面刀具切削紫銅后的刀具磨損情況，為不同晶面刀具切削紫銅后的刀具磨損情況， 從圖中可以明顯看到從圖中可以明顯看到(100)晶面的金剛

56、石刀具磨損要晶面的金剛石刀具磨損要 比比(110)晶面小得多。晶面小得多。 切削中的切削中的若干理論問題若干理論問題切削中的切削中的若干理論問題若干理論問題對切削變形和加工表面質(zhì)量的影響對切削變形和加工表面質(zhì)量的影響1.1.l超精密切削晶體材料時(shí)，由于晶體各向異性，不同晶向超精密切削晶體材料時(shí)，由于晶體各向異性，不同晶向 的切削變形和切削力都不相同。的切削變形和切削力都不相同。2.2.l超精密切削晶體材料時(shí)，由于晶體各向異性，不同晶向超精密切削晶體材料時(shí)，由于晶體各向異性，不同晶向 的加工表面粗糙度都不相同。的加工表面粗糙度都不相同。切削中的切削中的若干理論問題若干理論問題l超精密加工脆性材料

57、時(shí)，由于材料的脆性，切削加工表超精密加工脆性材料時(shí)，由于材料的脆性，切削加工表 層極易產(chǎn)生裂紋和崩碎凹坑等脆性破壞。層極易產(chǎn)生裂紋和崩碎凹坑等脆性破壞。l隨著隨著l脆性材料要實(shí)現(xiàn)脆性材料要實(shí)現(xiàn)第七節(jié)第七節(jié) 超精密切削對刀具的要求及金剛石的超精密切削對刀具的要求及金剛石的性能和晶體結(jié)構(gòu)性能和晶體結(jié)構(gòu)1）極高的硬度、極高的耐磨性和極高的彈性模量。）極高的硬度、極高的耐磨性和極高的彈性模量。2）刃口能磨得極其鋒銳，刃口半徑值極小，能實(shí)現(xiàn)超?。┤锌谀苣サ脴O其鋒銳，刃口半徑值極小，能實(shí)現(xiàn)超薄 切削厚度。切削厚度。3）刀刃無缺陷，切削時(shí)刃形將復(fù)制在被加工表面上，從）刀刃無缺陷，切削時(shí)刃形將復(fù)制在被加工表面

58、上，從 而得到超光滑的鏡面。而得到超光滑的鏡面。4）與工件材料的抗粘性好、化學(xué)親和性小、摩擦系數(shù)）與工件材料的抗粘性好、化學(xué)親和性小、摩擦系數(shù) 不低，以得到極好的加工表面完整性。不低，以得到極好的加工表面完整性。第七節(jié)第七節(jié) 超精密切削對刀具的要求及金剛石的超精密切削對刀具的要求及金剛石的性能和晶體結(jié)構(gòu)性能和晶體結(jié)構(gòu)1.1.第七節(jié)第七節(jié) 超精密切削對刀具的要求及金剛石的超精密切削對刀具的要求及金剛石的性能和晶體結(jié)構(gòu)性能和晶體結(jié)構(gòu)2.2.第七節(jié)第七節(jié) 超精密切削對刀具的要求及金剛石的超精密切削對刀具的要求及金剛石的性能和晶體結(jié)構(gòu)性能和晶體結(jié)構(gòu)3.3.u金剛石有甚高的硬度、較高的導(dǎo)熱系數(shù)、和有色金

59、屬間金剛石有甚高的硬度、較高的導(dǎo)熱系數(shù)、和有色金屬間 的摩擦因數(shù)低、開始氧化的溫度較高，這些都是超精密的摩擦因數(shù)低、開始氧化的溫度較高，這些都是超精密 切削刀具所要求的。切削刀具所要求的。u單晶金剛石可以研磨達(dá)到極鋒利的刃口單晶金剛石可以研磨達(dá)到極鋒利的刃口( rn 可以小到可以小到 0.050.01m)，沒有其它任何材料可以磨到這樣鋒銳，沒有其它任何材料可以磨到這樣鋒銳 并且能長期切削而磨損很小。并且能長期切削而磨損很小。u因此金剛石成為理想的、不能代替的超精密切削的刀具因此金剛石成為理想的、不能代替的超精密切削的刀具 材科。材科。三、金剛石的晶體結(jié)構(gòu)三、金剛石的晶體結(jié)構(gòu)l金剛石晶體屬于立方

60、晶系，金剛石晶體屬于立方晶系，常遇到的天然單晶金剛石為常遇到的天然單晶金剛石為 8面體和面體和12面體，面體，有時(shí)也會(huì)遇到有時(shí)也會(huì)遇到6面體或共它晶形面體或共它晶形。l人造單晶金剛石常為人造單晶金剛石常為6面體、面體、8面體和面體和12面體。面體。l優(yōu)質(zhì)金剛石晶形都比較規(guī)整。優(yōu)質(zhì)金剛石晶形都比較規(guī)整。l金剛石晶體只有各向異性和解理現(xiàn)象，不同晶向的物理金剛石晶體只有各向異性和解理現(xiàn)象，不同晶向的物理 性能相差很大。性能相差很大。l按晶體學(xué)原理金剛石晶體屬于按晶體學(xué)原理金剛石晶體屬于6方晶系，單晶硅和金方晶系，單晶硅和金 剛石有相同的晶體結(jié)構(gòu)。剛石有相同的晶體結(jié)構(gòu)。第七節(jié)第七節(jié) 超精密切削對刀具的