机床振动对高精度金刚石刀具研磨质量的影响宗文俊、李旦、孙涛、程凯“2，梁迎春1（1.哈尔滨工业大学精密工程研宄所，黑龙江哈尔滨150001）（2.英国里兹城市大学工程学院，里兹，Leeds石刀具的研磨质量，针对金刚石刀具的精密研磨工序，在研磨加工时对机床施加空气隔振垫，使研磨的金刚石刀具切削刃钝圆半径从隔振前的93.8nm降到了隔振后的72 7nm，前刀面表面粗糙度则从24nm降到了1.0nm，研磨质量得到明显改善。
基金项目：国家自然科学基金（50175022）资助项目天然单晶金刚石具有高硬度强度、耐磨损、化学稳定性与导热性好以及可获得十分锋锐的刃口钝圆半径等优良特性，被广泛用作超精密切削用刀具材料111.但是，单晶金刚石刀具的刃口锋锐度、刃口及刀面的表面粗糙度和刃口的几何精度等重要刃磨技术指标都必须符合要求。随着航空、航天及民用等超精加工行业的发展，对产品加工精度也提出越来越高的要求，金刚石刀具的各项技术指标也被相应提高。在国内，由于金刚石刀具刃磨技术整体水平较低，刃口钝圆半径达到100nm比较困难，而且研磨质量也一直没有统一的技术标准。而在国外，高精度的单晶金刚石刀具研磨后的刃口钝圆半径必须在50间，刃口及刀面表面粗糙度值Ra优于10nm，刃口线轮廓度或圆轮廓度则要优于50nm121.从国内外情况来看，由于高精度金刚石刀具的加工技术涉及到航空、航天等国防军工领域超精密零件的关键加工技术世界各国都对该项技术封锁保密，有关这方面的叙述也相对较少。
在金刚石刀具的研磨加工过程中，机床内部和外部的振动干扰会使得被研磨的金刚石刀具和研磨盘之间产生多余的相对运动而使金刚石刀具无法达到所需的加工精度和表面质量131.尤其在*后的精密研磨工序，这种干扰会使金刚石晶体产生微观解理，直接影响到刀具的锋锐度、刃口和前刀面的表面粗糙度。因此，针对单晶金刚石刀具的*后精密研磨工序，从。图中：2a为压痕的特征尺寸；a为磨粒顶角Tp为金刚石微粉颗粒嵌入金刚石晶体表面的动态研磨深度T（P为金刚石晶体的动态脆塑转变临界研磨深度。由图示可知磨粒和金刚石刀具间的接触示意图进行研磨时，作用在金刚石微粉颗粒上的载荷P可以表示为石晶体的显微硬度。
研磨时的动态冲击临界载荷Pod可表示为态断裂韧性，单位MPam1/2.根据动态力的平衡，同时考虑晶面与晶向的影响，可推导出金刚石刀具表层材料在动态研磨过程中的脆塑转变临界研磨深度粗糙度相关的系数；为杨氏模量；Y为金刚石晶体表面萌生裂纹所需的表面能，单位m-2.从式（4）可知，金刚石刀具刃口附近表层材料的去除方式与自身固有的脆塑转变临界研磨深度acp相关。当动态研磨深度ap小于脆塑转变临界研磨深度acp时，刀具刃口处的表层材料以塑性方式去除。当ap大于acp时，刀具刃口处的表层材料以脆性方式去除。刀具刃口附近表层材料的两种不同去除方式如所示。
使其产生偏量4p后变成研磨机床自身振幅越大，刀具研磨表面和研磨盘之间的接触精度就越低，刃口和磨粒接触点上出现动态研磨深度ap大于脆塑转变临界研磨深度acp现象的可能性也就越大。一旦刀具刃口接触点上的ap大于acp，接触点附近的刀具表层材料就会发生微小的脆性解理，这种去除方式的去除量相对塑性变形要大的多，因此会破坏先前塑性域中研磨好的锋利刃口而使刃口钝圆半径变大，前刀面表面粗糙度值Ra也会随之增大。
2，其中研磨盘主轴系统的转速可在3CC3000r/min范围内变化。因研磨盘存在一定的加工误差、安装误差以及盘本身内部组织的不一致性，安装后的研磨盘主轴系统有可能出现重心偏离主轴轴心而产生回转偏心，因此开始。
从的刀具刃口AFM微观形貌可知，研磨机床在没有隔振措施下，研磨出来的金刚石刀具刃口钝圆半径基本上在90100nm之间变化，图示测量点的刃口钝圆半径rn为93.8nm.从的前刀面AFM微观形貌图可知，残留在前刀面的研磨痕迹明显，都为纳米尺度的塑性沟槽，但从明暗相间的沟槽宽度分布可看出，表面波纹度相对较大，AFM实际测量的刀具前刀面表面粗糙度值Ra为2则是采用空气隔振垫隔振后的机床工作振动情况。采取隔振措施后，机床固有频率降到了7. 5Hz，隔振效果相当显著。从的测量结日-捉2果可知，研磨机床工作时的振动频率变化不大，水平方向46.5Hz垂直方向460Hz，但振幅却有较大的降低，水平方向的振幅降到25.7X10-4g（其原始电压为35.3mV），而垂直方向的振幅降者的降低幅度都将近一半。尤其是垂直方向10Hz以上的振动，隔振效果更加明显。经过隔振后的金刚石刀具研磨质量已有了很大提高，如和所示。的刀具刃口钝圆半径AFM微观形貌图表明，隔振后研磨的刀具刃口钝圆半径在7080nm之间变化，测量点的值约为72另一方面，的前刀面AFM微观形貌图也同时表明，研磨后残留在前刀面的塑性沟槽已变得模糊不清，表面相对比较平整，粗糙度值Ra明显降低，测量点显示值为1.0nm.与隔振前相比，刃口钝圆半径降低了225%左右，表面粗糙度Ra值降低了583%金刚石刀具切削刃钝圆半径和前刀面粗糙度都明显优于没有隔振下的研磨质量。
4结论通过对单晶金刚石刀具研磨过程的理论分析，并用实验结果比较隔振前和隔振后的金刚石71994-2016ChinaAcademicournalElectronic刀具研磨质量，认为要获得高质量的金刚石刀具，研磨机床必须要采取严格的隔振措施来控制机床的振动，降低其固有频率和振动幅值，减少金刚石刀具和研磨盘之间多余的相对运动。尤其在*后的精密研磨工序，隔振措施对刀具刃口钝圆半径和前刀面粗糙度有很大的影响。只有在采取严格隔振措施的情况下，金刚石刀具才能获得较高的研磨表面质量和良好的刃口锋利度。
来源：中国刀具网
