超精密磨削 用精确修整过的砂轮在精密磨床上进行的微量磨削加工，金属的去除量可在亚微米级甚至更小，可以达到很高的尺寸精度、形位精度和很低的表面粗糙度值。尺寸精度~µm，表面粗糙度~µm，效率高。应用范围广泛，从软金属到淬火钢、不锈钢、高速钢等难切削材料，及半导体、玻璃、陶瓷等硬脆非金属材料，几乎所有的材料都可利用磨削进行加工。

　　金刚石刀具越精密切削时,刀具切削刃钝圆半径小,切薄能力强,形成流动切屑,因此切削作用是主要的。但由于实际切别刃钝因半径不可能为零,以及修光刃等的作用,因此还伴随着挤压作用。所以金刚石刀具超精密车削表面是由微切削和微挤压而形成,并以微切削为主。

　　精密切削 也称金刚石刀具切削(SPDT)，用高精密的机床和单晶金刚石刀具进行切削加工，主要用于铜、铝等不宜磨削加工的软金属的精密加工，如计算机用的磁鼓、磁盘及大功率激光用的金属反光镜等，比一般切削加工精度要高1~2个等级。例如用精密车削加工的液压马达转子柱塞孔圆柱度为~1µm，尺寸精度1~2µm；红外反光镜的表面粗糙度 ~µm，还具有较好的光学性质。从成本上 看，用精密切削加工的光学反射镜，与过去用镀铬经磨削加工的产品相比，成本大约是后者的一半或几分之一。

　　用金刚石刀具超精密车削形成表面的主要影响因素有几何特性、塑性变形和机械加工振动等。几何特性主要是指刀具的形状、几何角度、刀刃的表面粗糙度和进给量等。它主要影响与切削运动力向相垂直的横向表面粗糙度。图a表示了在切削时,主偏角kr、副偏角kr和进给量f对残留面积高度的影响。图中ap为切削深度,Ry为表面粗糙度的轮廓最大高度,由几何关系可知：

　　超精密加工：主要有超精密车削半岛彩票、镜面磨削和研磨等。超精密切削加工主要是由高精度的机床和单晶金刚石刀具进行的,故一般称为金刚石刀具具切削或SPDT。对超精密切削加工技术及其机理进行介绍和总结,希望对超精密加工行业同事有所指导

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　　通常,按加工精度划分,可将机械加工分为一般加工、精密加工、超精密加工三个阶段。加工精度在～1μm,加工表面粗糙度在～μm之间的加工方法称为精密加工；精度高于μm,表面粗糙度小于μm之间的称为超精密加工。因此,如果从去除单位尺寸将切削加工加以区别的话,以微米级的去除,才属于超精密加工。

　　超精密切削加工主要是由高精度的机床和单晶金刚石刀具进行的,故一般称为金刚石刀具切削或SPDT(Single Point Diamond Turning)。金刚石刀具的超精密切削加工虽有很多优点,但要使金刚石刀具超精密切削达到预期的效果,并不是很简单的事,许多因素都对它有影响。

　　20世纪60年代为了适应核能、大规模集成电路、激光和航天等尖端技术的需要而发展起来的精度极高的加工技术。超精密加工的精度比传统的精密加工提高了一个以上的数量级。到20世纪80年代，加工尺寸精度可达10纳米(1×10-8米)，表面粗糙度达1纳米。超精密加工对工件材质、加工设备、工具、测量和环境等条件都有特殊的要求，需要综合应用精密机械、精密测量、精密伺服系统、计算机控制以及其他先进技术。超精密加工的精度比传统的精密加工提高了一个以上的数量级，除需要采用新的加工方法或新的加工机理之外,对工件材质,加工设备、工具、测量和环境条件等都有特殊的要求。工件材质必须极为细致均匀，并经适当处理以消除内部残余应力,保证高度的尺寸稳定性,防止加工后发生变形。加工设备要有极高的运动精度，导轨直线性和主轴回转精度要达到微米级,微量进给和定位精度要达到微米级。对环境条件要求严格半岛彩票，须保持恒温、恒湿和空气洁净，并采取有效的防振措施。加工系统的系统误差和随机误差都应控制在 微米级或更小。这些条件是靠综合应用精密机械、精密测量、精密伺服系统和计算机控制等各种先进技术获得的。

　　特种加工：加工精度以纳米，甚至最终以原子单位(原子晶格距离为～纳米)为目标时，切削加工方法已不能适应，需要借助特种加工的方法，即应用化学能、电化学能、热能或电能等，使这些能量超越原子间的结合能，从而去除工件表面的部分原子间的附着、结合或晶格变形，以达到超精密加工的目的。属于这类加工的有机械化学抛光、离子溅射和离子注入、电子束曝射、激光束加工、金属蒸镀和分子束外延等。这些方法的特点是对表面层物质去除或添加的量可以作极细微的控制。但是要获得超精密的加工精度，仍有赖于精密的加工设备和精确的控制系统，并采用超精密掩膜作中介物。例如超大规模集成电路的制版就是采用电子束对掩膜上的光致抗蚀剂（见光刻）进行曝射，使光致抗蚀剂的原子在电子撞击下直接聚合(或分解)，再用显影剂把聚合过的或未聚合过的部分溶解掉，制成掩膜。电子束曝射制版需要采用工作台定位精度高达±微米的超精密加工设备

　　但磨削加工后，被加工的表面在磨削力及磨削热的作用下金相组织要发生变化，易产生加工硬化、淬火硬化、热应力层、残余应力层和磨削裂纹等缺陷。

　　珩磨 用油石砂条组成的珩磨头，在一定压力下沿工件表面往复运动，加工后的表面粗糙度可达~µm，最好可到µm，主要用来 加工铸铁及钢，不宜用来加工硬度小、韧性好的有色金属。

　　金刚石刀具超精密切削属微量切削,其机理和普通切削有较大差别。精密切削时要达到微米的加工精度和微米的表面粗糙度,刀具必须具有切除亚微米级以下金属层厚度的能力。由于切深一般小于材料晶格尺寸,切削是将金属晶体一部分一部分地去除。因此,精密切削在切除多余材料时,刀具切削要克服的是晶体内部非常大的原子结合力,于是刀具上的切应力就急剧增大,刀刃必须能够承受这个比普通加工大得多的切应力。

　　当加工应力作用在比位错缺陷平均分布间隔一微米则还要狭窄的区域时,在此狭窄区域内是不会发生由于位错线移动而产生材料滑移变形。当加工应力作用在比位错缺陷平均分布间隔还要宽的范围内时,位错线就会在位错缺陷的基础上发生滑移,同时在比剪切应力理论值低得多的加工应力作用下,晶体产生滑移变形或塑性变形。当加工应力作用在比晶粒大小更宽的范围时,多数情况易发生由晶界缺陷所引起的破坏。实际上,在比微错缺陷平均分布间隔还要小的范围内,还存在着空位、填隙原子等缺陷,会演变成位错并发生局部塑性滑移．因此实际剪切强度比理论值低,实际的临界加工能量密度和单位体积切削能量比理论值也要低得多。

　　但精密研磨的效率较低，如干研速度一般为10~30m/min，湿研速度为20~120m/min。对加工环境要求严格，如有大磨料或异物混入时，将使表面产生很难去除的划伤。

　　抛光 是利用机械、化学、电化学的方法对工件表面进行的一种微细加工，主要用来降低工件表面粗糙度，常用的方法有：手工或机械抛光、超声波抛光、化学抛光、电化学抛光及电化学机械复合加工等。

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　　图b表示了在切削时,刀尖圆弧半径re和进给量f对残留面积高度的影响,其几何关系如下：

　　金刚石刀具超精密车削所能切除金属层的厚度标志其加工水平。当前,最小切削深度可达微米以下,其主要影响因素是刀具的锋利程度,一般以刀具的切削刃钝圆半径rn来表示。超精密车削所用的金刚石车刀,其切削刃钝圆半径一船小于微米,而切削时的切削深度ap和进给量f都很小,因此,在一定的切削刃钝圆半径下,如果切削深度太小,则可不能形成切屑。切屑能否形成主要取决于切削刃钝圆圆弧处每个质点的受力情况,在自由切削条件下,切削刃钝圆圆弧上某一质点A的受力情况见图。该点有切向分力Fz和法向分力Fy,合力为Fy,z。切向分力使质点向前移动,形成切屑；法向分力使质点压向被加工表面,形成挤压而无切屑。所以,切屑的形成取决于Fz和Fy的比值,当FzFy时,有切削过程,形成切屑；当Fz

　　切削厚度与切应力成反比,切削厚度越小,切应力越大。当进行切深为微米的普通车削时,其切应力只有500MPa；当进行切深为微米的精密切削时,切应力约为10000MPa。因此精密切削时,刀具的尖端将会产生根大的应力和很大的热量,尖端温度极高,处于高应力高温的工作状态,这对于一般刀具材料是无法承受的。因为普通材料的刀具,其刀刃的刃口不可能刃磨得非常锐利,平刃性也不可能足够好,这样在高应力和高温下会快速磨损和软化,不能得到真正的镜面切削表面。而金刚石刀具却有很好的高温强度和高温硬度,能保持很好的切削性能,而不被软化和磨损。

　　化学抛光是通过硝酸和磷酸等氧化剂，在一定的条件下，使被加工的金属表面氧化，使表面平整化和光泽化。化学抛光设备简单，可以加工各种形状的工件，效率较高，加工的表面粗糙度一般为Ra≤µm，但腐蚀液对人体和设备有损伤，污染环境，需妥善处理。主要用来对不锈钢、铜、铝及其合金的光亮修饰加工。

　　电化学抛光是利用电化学反应去除切削加工所残留的微观不平度，以提高零件表面光亮度的方法。它比机械抛光具有较高的生产率和小的表面粗糙度：一般可达µm，若原始表面为~µm，则 抛光后可提高到~µm，加工后工件具有较好的物理机械性能，使用寿命长，但电化学抛光只能加工导电的材料。随着电化学加工技术的发展，还产生了多种新型的复合加工方法，例如超精密电解磨削、电化学机械复合光整加工、电化学超精加工等。它们主要以降低工件的表面粗糙度值为目的，加工去除量很小，一般在~，对于表面粗糙度达到~µm的外圆，平面、内孔及自由曲面均可一道工序加工到镜面，表面粗糙度µm，甚至更低。电化学机械加工属于一种加工单位极小的精密加工方法，从原理上讲加工精度可以达到原子级，所以加工精度具有大的潜力，但由于左右其加工精度的因素目前还不是很清楚，所以在实际应用中，其加工表现出一定的不稳定性，这在很大程度上限制了它在工业生产中的应用。

　　金刚石刀具超精密车削是一种原子、分子级加工单位的去除(分离)加工方法,要从工件上去除材料,需要相当大的能量,这种能量可用临界加工能量密度δ(J/cm3)和单位体积切削能量ω(J/cm3)来表示。临界加工能量密度就是当应力超过材料弹性极限时,在切削相应的空间内,由于材料缺陷而产生破坏时的加工能量密度；单位体积切削能量则是指在产生该加工单位切削时,消耗在单位体积上的加工能量。从工件上要去除的一块材料的大小(切削应力所作用的区域)就是加工单位,加工单位的大小和材料缺陷分布的尺寸大小不同时,被加工材料的破坏方式就不同。

　　下面是几种常用的精密加工方法及特点：传统的精密加工方法有布轮抛光、砂带磨削、超精细切削、精细磨削、珩磨、研磨、超精研抛技术、磁粒光整等。

　　砂带磨削 是用粘有磨料的混纺布为磨具对工件进行加工，属于涂附磨具磨削加工的范畴，有生产率高、表面质量好、使用范围广等特点。国外在砂带材料及制作工艺上取得了很大的成就，有了适应于不同场合的砂带系列，生产出通用和专用的砂带磨床，而且自动化程度不断提高(已有全自动和自适应控制的砂带磨床)，但国内砂带品种少，质量也有待提高，对机床还处于改造阶段。

　　手工或机械抛光是用涂有磨膏的抛光器，在一定的压力下，与工件表面做相对运动，以实现对工件表面的光整加工。加工后工件表面粗糙度Ra≤µm，可用于平面、柱面、曲面及模具型腔的抛光加工。手工抛光的加工效果与操作者的熟练程度有关。

　　超声波抛光是利用工具端面做超声振动，通过磨料悬浮液对硬脆材料进行光整加工，加工精度 ~µm，表面粗糙度µm。超声抛光 设备简单，操作、维修方便，工具可用较软的材料制作，而且不需作复杂的运动，主要用来加工硬脆材料，如不导电的非金属材料，当加工导电的硬质金属材料时，生产率较低。

　　精密研磨与抛光 通过介于工件和工具间的磨料及加工液，工件及研具作相互机械摩擦，使工件达到所要求的尺寸与精度的加工方法。精密研磨与抛光对于金属和非金属工件都可以达到其他加工方法所不能达到的精度和表面粗糙度，被研磨表面的粗糙度Ra≤µm加工变质层很小，表面质量高，精密研磨的设备简单，主要用于平面精密加工、圆柱面、齿轮齿面及有密封要求的配偶件的加工，也可用于量规、量块、喷油嘴、阀体与阀芯的光整加工。