发布于 2013年12月11日
超精密切削加工是相对于精密切削加工而言的，其所能达到的加工精度和表面质量更高。目前,将加工精度为0. 01 yLm以下，加工表面粗糙度亿小于0. 01 fxm的切削加工称为超精密切削加工。超精密切削加工是20世 纪 60年代发展起来的新技术，它在国防和尖端技术的发展中起到了重要的作用。例如，导弹的命中精度是由惯性仪表的精度决定的。惯性仪表的关键零件是陀螺转子，若 1 k g 的陀螺转子，其质心偏离其对称轴0. 5 run，则 会 引 起100 m 的射程误差和 50 m 的轨道误差；美 国 M X 战略导弹命中精度的圆概率误差能达到50〜150 m ,比当时美国最先进的民兵n 型洲际导弹的命中精度提高了近一个数量级。这完全是由于采用了超精密加工技术，使其制导陀螺仪精度提高了近一个数量级。人造卫星的仪表轴承是真空无润滑轴承 ，其孔和轴的表面粗糙度达到1 nm,其圆度和圆柱度均以纳米为单位。雷达的关键元件波导管，内腔表面要求极小的表面粗糙度，其端面也要求很小的粗糙度、垂直度和平面度。采用超精密车削，波导管内腔表面粗糙度可达到0. 02〜0. 01 jum或小于0. 01 p m ，端面粗糙度小于0. 01 jum ，平面度小于0. 1 pm,垂直度小于0. 1 y m ，可使波导管的品质因数值达到6 000，而用其他方法生产只能达到2 000〜4 000。红外线探测器中接收红外线的反射镜是红外导弹的关键性零件，其 加 工 质 量 决 定 了 导 弹 的 命 中 率 。该 反 射 镜 表 面 的 粗 糙 度 要 求 达 到 0. 01〜0.015 Mm 。只有采用超精密车削才能满足上述要求。
又如，已被美国航天飞机送人空间轨道，用来摄制亿万公里远星球的哈勃望远镜（H S T )，其一次镜要求使用直径2. 4 m 、质量 达900 k g 的大型反光镜，并且具有很高的分辨率。为此，专门研制了超精密加工(形状精度为0.01 fun)光学玻璃用6 轴 C N C 研磨抛光机。由 于 H S T计划的实施，大大促进了硬脆材料的超精密加工技术，发展了能反馈加工精度信号的C N C 研磨加工技术。
另外，由于采用了超精密切削技术，一些民用产品，如计算机磁盘基片、录像机的磁鼓、激光打印机的多面棱镜等，生产成本降低，生十率提高，产品性能得到极大改善。超精密切削加工在机床设备、金刚石刀具、在线检测与误差补偿技术以及加工环境控制等关键技术方面比精密加工要求更高。
超精密切削对金刚石刀具的要求
超精密车削属微量切削，其机理和普通切削有较大差别。普通加工的精度在1 p m 级 ，其加工深度一般远大于材料的晶格尺寸，切削加工以数十计的晶粒团为加工单位，在切应力的作用下从基体上去除。而超精密切削时要达到0.01 frni的加工精度和0. 01 p m 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的。因此，普通加工去除材料时起主要作用的晶格间位错
缺陷在超精密切削中不起作用。超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。
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
切削厚度为50〜100 y.m的普通车削时，其 切应 力只有500 M P a ,与理论切应力相差二十几倍 ；当进行切削厚度为0.8 fxm的超精密切削时，切 应 力 约 为10 000 MPa,接近理论切应力。因此，超精密切削时，刀具尖端将会产生很大的应力和很高的热量，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在髙应力和高温下会快速磨损磨和软化，从而不能保证顺利完成镜面切削。要做到能在最后一道加工工序中切除微量表面层，最主要的问题是刀具的锋利程度。
一般以刃口圆弧半径G 的大小表示刀刃的锋利程度 ：r„越小，刀具越锋利，切除微小余量就越顺利。在加工余量很小的情况下，当r„小于某一临界^ 时，切肩排出顺利 、切屑变形小、厚度均匀。当 刃 口 大 于 r。时，刀具就在工件表面上产生“耕犁”，不能进行切削。因此，在加工余量只有几微米、甚 至 小 于 1 M m 时 ， 也应精研至微米级的尺寸，并要求刀具有足够的耐用度，以维持其锋利程度。
超精密切削加工的特点
超精密切削除符合切削加工的普遍规律外，还由于采用的金刚石刀具具有特殊的物理化学性能，并且切削层极薄，所以有一些特殊规律。在切削速度方面，普通切削时，切削速度与刀具耐用度密切相关。而超精密切削时使用天然单晶金刚石刀具，切削刃可磨得极锋利，金刚石的硬度极高，耐磨性好,热传导系数高和工件材料的摩擦系数低，因此切削温度低，切削速度对金刚石刀具的磨损影响甚微。超精密切削要求得到超光滑加工表面和高加工精度，其切削速度主要取决于切削系统的动态特性，即选择振动最小的转速。只要避开机床和切削系统的共振区，低速和高速都可以得到较好的加工表面质量。在加工批量小时可选择低速进行切削，在加工批量大且要求生产率高时可选择高速进行切削。
在积屑瘤影响方面，普通切削时积屑瘤可使刀具实际切削前角增大，使切削力有所下降。而在超精密切削时，积屑瘤将使金刚石刀具的刃口圆弧半径显著增加，实际切削厚度增大，工件 、切屑与刀具的摩擦加剧，从而导致切削力明显增大，加工表面质量严重恶化。在切削力方面,普通切削时，R > F V;而超精密切削时，往往是尺< 尽 。工件材料对超精密切削也有着重要影响，尤其要注意以下几个问题：
① 表面出现不纯物，造成不规则的空穴和划伤；
② 初始表面的晶界出现阶梯；
③ 加工工件有残余变形和残留应力；
④ 对金刚石刀具有亲和性，产生黏结现象等。