單晶金剛石刀具刃磨的工藝原理和發展趨勢-朗賽德刀具
單晶金剛石刀具加工精度高（gāo）、使用壽命長，在超精密切削加工中應用廣泛。近（jìn）年來，采用金剛石刀具加工的產品(如隱形眼鏡片、菲涅爾透鏡、複印（yìn）機的（de）感（gǎn）光磁鼓等（děng）)越（yuè）來越多地進入到普通家（jiā）庭（tíng）和工作場所。金剛石（shí）刀具的廣泛應用對刀具刃（rèn）磨技術（shù）提出了更高的（de）要求（qiú）。單晶金剛石刀具刃磨的工藝方法（fǎ）很多，如機械（xiè）刃磨法、離子束濺蝕法（fǎ）、聚（jù）焦離子束濺蝕、飛秒激光刻蝕等（děng）。
機械刃磨（mó）法是目前采用最多的（de）刃磨方法，具有工藝簡單、成本低、加工效率高等優點。但是由於單（dān）晶金剛石（shí）的硬度和耐磨性極高，使得單晶金剛石刀具的刃磨比（bǐ）較困難。
與日本、美國等（děng）發達國家相比，我國在金剛石刀具（jù）機械刃磨（mó）工藝、刃磨機床等方麵還存在較大差距。因此，深入研究金剛石刀具刃磨技術，對（duì）製造高質量、低成本的金剛石刀具具有（yǒu）重要意義。
一、單晶金（jīn）剛石刀（dāo）具機械刃磨技術
1、機（jī）械刃磨工藝原理及機理
機（jī）械刃磨法是傳統的金剛（gāng）石刀具刃磨方法，其本質是金剛石與金剛石的對研。一般是在直徑300-400mm的鑄（zhù）鐵研磨盤的表麵塗覆一層含細微（wēi）金剛石微粒的研磨膏，靜置一段時間後進行初步預研，使金剛石微粒嵌入到研磨盤表麵的微（wēi）小孔隙（xì）中，然後以合適的速度、壓力等對金剛（gāng）石刀具進行（háng）刃磨或直接利用金剛石砂輪對刀具進行刃（rèn）磨（mó）。
2、刃磨參數
在精密、超精密切削加工中，目前使用最廣（guǎng）泛的是圓弧刃金剛石刀具。合理選擇刃磨參數對於控製刀具的刀（dāo）尖圓（yuán）弧輪廓度、刃口鋒利度以及刀具表麵粗糙度具（jù）有（yǒu）重要意義。
①磨料粒度
磨料粒度指金剛（gāng）石微粉(刃磨膏的主要成分)粒度或金剛石砂輪粒度。磨料粒度對刀具刃磨質量的影響符合（hé）磨削理論，即磨料粒度（dù）越細（xì），磨削力越小，產生的磨削（xuē）熱越少，越不容易產生崩刃，磨削率也越（yuè）低，同時能獲得更鋒利的切削刃。
②刃（rèn）磨線（xiàn）速率
刃磨線速（sù）率對金剛石刀具刃磨效率和刃磨質量具（jù）有重要影響。較大的刃（rèn）磨（mó）線（xiàn）速率能帶來較（jiào）高的刃磨效率，但也加大了金剛石磨粒對刃口的撞擊程度。同時因（yīn）主軸轉（zhuǎn）速增（zēng）加（jiā），主軸的回轉精度降低，必然加大研磨盤的端麵跳動，進而降低金剛石刀具與刃磨盤之間的接觸（chù）精度，使切削刃鈍圓半徑（jìng）增（zēng）大，刀具質量下降。
③刃磨壓力
刃磨壓力越大，金剛石微粒與金剛石（shí）刀具之間的相互作用力越大，刃磨效率越高。壓力過大會（huì）產生崩刃現（xiàn）象，降低金剛石刀具（jù）的表（biǎo）麵質量會加劇（jù）研磨盤的（de）磨損；壓力過小會引起刀具與研磨盤表麵接觸不充分，影響刀具與研磨盤表麵（miàn）的接觸精度，導致刃磨質量降低。
3、刃磨機床振（zhèn）動
影響（xiǎng）單晶金剛石刀具刃磨質（zhì）量和刃磨效率的因素較多，如刃磨機（jī）床振動、研磨盤（pán）表麵質量、主軸動平（píng）衡精度（dù）、刃磨軌跡等。其中，刃磨機（jī）床振動是影響金剛石刀具刃磨質量的主要因（yīn）素之一。
在金剛石刀具的機械（xiè）刃磨（mó）過（guò）程中，刃磨機床本身及其刀（dāo）具裝夾係統的振動幹擾會降低金（jīn）剛石刀（dāo）具（jù）與（yǔ）研磨盤間的接觸精度，影響金剛石刀具的刃磨（mó）精度與表（biǎo）麵質量。尤其在精（jīng）密刃磨（mó）時，振動幹擾會直接影響（xiǎng）刀具鋒（fēng）利度（dù）和刀具表麵粗糙度。通過檢測刃磨機床隔振前和隔（gé）振（zhèn）後的金剛石刀具刃磨質量發現，降低機床固有頻率和振動幅值，提高金剛石刀具和刃磨盤之間的接觸精度，可（kě）明顯改善金剛石刀具的質量。刃磨機床（chuáng）和刀架結構的振動幹擾會（huì）影響刀具的鋒銳度和表麵（miàn）粗糙度，通過改進刀架結構使刀具刃磨質量得到顯著提高。
二、單晶金剛石刀具機械刃磨技術（shù）發展趨勢
1、進一步探索刃磨機理
從金剛石刀（dāo）具刃（rèn）磨技術的發展曆程來看（kàn），刃（rèn）磨機理一直（zhí）是研究的熱點，先（xiān）後出現的多種刃磨理（lǐ）論主要由國（guó）外研究人員（yuán）提出。到目（mù）前為止，提出的各種刃磨理論主要是（shì）從刃磨（mó）實（shí）驗的觀（guān）測結果和現象推測得（dé）到（dào）的，很少有學者從金剛石晶體學的微觀角度去研究刃磨（mó）機理（lǐ）。從晶體學的微觀角度來看，化學鍵的鍵強決定材料的強度與（yǔ）硬度，也必然（rán）與金剛石晶體表層材料去除有著密（mì）不可分的關係。因此，今後需要進一步從晶體學微（wēi）觀角度（dù）出發（fā），綜合考慮（lǜ）影響金剛石晶體材（cái）料去除的各個因素，包括刃磨參數、刃磨過程中金剛石發生的相變和化學反應等，並結合金剛石晶體（tǐ）的共價鍵結構和鍵強，從原子量級揭示金剛石晶體在刃磨過程中晶體易磨方（fāng）向和難磨方向（xiàng）的材（cái）料去除理論，完善（shàn）刃磨機理。
2、創新刃磨工藝
單晶金剛石刀具的刃磨質量和刃磨效率與刃磨工藝方法密切相關。雖然目前有（yǒu）多種加工方法，但由於單晶金剛石（shí）有極高的（de）硬度，采用單（dān）一刃磨工藝方法不能很好地（dì）實現高效、經濟、高（gāo）精度的（de）加工。為兼顧各種加工方（fāng）法的優點，可以（yǐ）通過不同工藝方法的結合，創新（xīn）金剛石刀具的刃磨技術（shù）。
3、提高刃磨機床（chuáng）性能
近年（nián）來，我國在金剛石刃（rèn）磨機床的研發中做了大量（liàng）工作，並自主研發了多（duō）台不同型號的刃磨機床。但是（shì）這些刃磨機床在抗振性、工作可（kě）靠性以及主軸回轉精度水平上與國外技術頂尖（jiān）的刃磨機床還存在差距，在一定程度上阻礙了金剛石刀具刃（rèn）磨質量的提高。目前，從提高刃磨機床主軸回轉精度方麵看，各研究（jiū）機構在刃磨機床的設計製造過程中均采用靜壓軸承主軸(包括氣體靜壓軸承（chéng）和液（yè）體靜壓（yā）軸承（chéng）)，不（bú）僅極（jí）大提高（gāo）主軸回轉精度，而且為研磨盤的端麵（miàn）跳動（dòng）達到亞（yà）微米創（chuàng）造了條（tiáo）件；從降低刃磨機床振動和機床變形方麵看，通過不斷優化擺軸部件、刀夾部件等結（jié）構，同時采（cǎi）用高剛度、高抗振性、低熱膨（péng）脹係數的優質大理石作為刃磨工作平（píng）台，大幅提高了刃磨機床的抗振性能和整體抗變形能力。
4、研發刃磨輔助裝置
由於對金剛石刀具需求量的增加，各國都在研（yán）發刃磨機床的輔助裝置，以實現刀具的自動化刃（rèn）磨。目前，國外已研發出多台不同型號的數控刃磨機床，配備有監測設備，實時監測刀具的磨削情況和（hé）刃磨機床精度狀況，並將監測結（jié）果反饋（kuì）給（gěi）用戶（hù）以（yǐ）調整刃磨（mó）參數，初步實現金剛石刀具（jù）的（de）半自動和全自動加工。國內建立了基於在線圖（tú）像處理的圓弧（hú）刃金剛石刀具研磨係統，該輔助係統可對CCD攝像頭（tóu）監測到的圖像（xiàng）進行數據處理，並將結果作為反饋信號用於調節研磨機運動，最後得到（dào）刃口輪廓精度為±0.5μm、刃口半徑為0.5mm的單晶金剛石刀具。此外，在（zài）金剛石刀具刃磨前需要對刀，但是目前缺少高精度的對刀裝置，通過調整微調機構來實現（xiàn）刀具定位不僅（jǐn）費時費力，而且難以保證（zhèng）對刀精度（dù）。因（yīn）此，要加大（dà）刀具幾何參數（shù）在線監測設（shè）備、對（duì）刀裝置等（děng）一些刀具（jù）刃磨輔助裝置的研發（fā）力度（dù），使金剛石刀具的（de）刃磨向實現數控化、自動化的方向發展，逐（zhú）漸擺脫目前刃磨調刀隻能依（yī）賴工人技術水平的局麵。
合理（lǐ）選擇刀具的刃磨（mó）麵、刃磨方向、刃磨參數以（yǐ）及降低刃磨機床振動能有效（xiào）提（tí）高（gāo）單晶金剛（gāng）石刀具的（de）機械刃磨質量和刃（rèn）磨效率。隨著對刃磨機理、刃磨參數的深入研究，刃磨工藝的創新以及刃磨機床精度的提高和刃磨輔助裝置的研發，金剛石刀具將向高質量、低成本的方向進一（yī）步發（fā）展。
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