近年來(lái)结闸，隨著使用機(jī)床的發(fā)展镣隶，超精切削用金剛石刀具的應(yīng)用范圍也在不斷擴(kuò)展。該刀具的傳統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域主要是激光反射鏡澎矗、紅外透鏡的加工碍粥，以及用于制作類(lèi)似DVD信號(hào)檢出探頭透鏡的塑料透鏡注射模的加工慢筝。此外再悼，近年來(lái)超精三維輪廓加工用銑刀已應(yīng)用于微加工機(jī)床和生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域馅袁。本文介紹了當(dāng)今世界上最小的微納米級(jí)成形刀具，特別是半徑僅為30微米的球頭立銑刀以政，它們能滿足上述加工要求霸褒。

　　金剛石作為切削刀具材料具有最優(yōu)異的性能（如它的硬度伴找、熱導(dǎo)性以及鋒利刃口的成形性）盈蛮。超精金剛石切削刀具就利用了這些特點(diǎn)和性能，它們可以實(shí)現(xiàn)新型光電零部件加工工藝中甚至最高精度的成形加工能力技矮。

　　近年來(lái)抖誉，在光學(xué)微電子設(shè)備市場(chǎng)上，隨著裝備小型化和高性能化的發(fā)展趨勢(shì)衰倦，對(duì)基于超精金剛石刀具的微切削加工需求越來(lái)越大袒炉。在光學(xué)裝置用塑料零件的金屬模具加工中旁理，要求達(dá)到亞微米級(jí)的成形精度和納米級(jí)的表面粗糙度。此外思早，加工對(duì)象不僅僅有平面和圓柱面个宾，也有三維曲面形狀，并要求達(dá)到微米級(jí)精度包萧。

　　為了滿足這些需求颁音，我們開(kāi)發(fā)了世界上最小級(jí)別的超精密金剛石切削刀具（UPC微納成形刀具）。本文將介紹我們制造的UPC（超精切削刀具）的性能荠划，以及在三維形狀微加工中的應(yīng)用恕下。

UPC超精金剛石切削刀具的性能

　　超精金剛石切削刀具采用單晶金剛石作為刀具材料。由于利用了金剛石材料的優(yōu)異特性刘纸，切削刃非常鋒利和耐用桥庵，可將超精加工機(jī)床的運(yùn)動(dòng)精確復(fù)映到被加工工件材料上，因此可用于高精度三維形狀和鏡面表面的加工侈滚。

　　尺寸范圍從亞微米到納米級(jí)的超微細(xì)切削要求達(dá)到以下切削條件：①鋒利的切削刃氯鲫，刀尖圓弧半徑達(dá)到10納米左右；②切削刃的光潔度要求達(dá)到1納米的水平坞角。刀尖圓弧半徑越小绕睹，切削深度也就越小，切屑的切削和去除過(guò)程才能平穩(wěn)進(jìn)行而不會(huì)損壞加工表面憨琳，此外诫钓，因工件彈性變形而導(dǎo)致的切削厚度變化也越小，從而可實(shí)現(xiàn)高精密切削加工篙螟。UPC刀具的切削刃圓弧可達(dá)到50納米或更小菌湃。

　　如果刀具輪廓的精加工表面完全復(fù)映到工件上，則刀具切削刃的粗糙度將決定加工表面的粗糙度遍略。因此惧所，切削刃的光潔程度和形狀精度就變得異常重要。就UPC-R而言绪杏，我們已經(jīng)達(dá)到了等于或小于50納米的世界最高精度下愈。為實(shí)現(xiàn)這樣的切削性能，我們自行開(kāi)發(fā)了專(zhuān)有的高精度測(cè)量系統(tǒng)蕾久。此外势似，應(yīng)用金剛石拋光系統(tǒng)、采用科學(xué)方法選擇金剛石及其晶格方向也是十分必要和不可或缺的僧著。通過(guò)應(yīng)用這些專(zhuān)有技術(shù)履因，我們開(kāi)發(fā)出了世界上最小級(jí)別的、用于三維微成形加工的超精密金剛石切削刀具——UPC微納成形刀具。

UPC微納成形刀具

　　迄今為止越客，三維微成形加工通常是指微機(jī)械加工以及半導(dǎo)體制造技術(shù)（如光刻加工法敏袄、離子束加工法等）。這些加工方法有其不足之處瀑兜，如難以獲得光滑的曲面坚为，這是由它們的成形特點(diǎn)所決定的，因?yàn)閮A斜平面和曲面都是通過(guò)步進(jìn)逼近而成形的按翅。與此相反纷炼，基于超精金剛石切削刀具的三維微成形加工的切削和成形過(guò)程都是由鋒利的切削刃來(lái)完成的，因此能夠獲得光滑的傾斜平面或曲面输跑。此外桂葛，我們的刀具還具有經(jīng)改進(jìn)了的特性，如具有非常高的形狀精度营将。另外一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是增加了材料的選擇范圍秀裂。

　　由于具有以上特點(diǎn)，近年來(lái)對(duì)這種刀具的需求一直在不斷增長(zhǎng)冗美，它不僅用于光電基礎(chǔ)零部件的加工魔种，而且在微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）、微機(jī)械以及生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域都有需求粉洼。我們已經(jīng)成功開(kāi)發(fā)了3種類(lèi)型的微納成形刀具节预，以下將介紹其成形加工實(shí)例。

UPC納米矩形立銑刀

　　納米矩形立銑刀用于超細(xì)自由曲面槽型的成形加工属韧。我們已經(jīng)開(kāi)發(fā)出世界上最小級(jí)別的安拟、回轉(zhuǎn)半徑僅為φ30μm的單晶金剛石立銑刀。如上所述宵喂，納米立銑刀的刀尖是通過(guò)對(duì)單晶金剛石進(jìn)行超精拋光加工而制成的糠赦，切削刃非常銳利、平直和耐磨锅棕。這種刀具預(yù)期可應(yīng)用于光學(xué)元件拙泽、醫(yī)療芯片以及微機(jī)械零件等包含三維曲線的槽型加工。

UPC納米矩形立銑刀成形加工實(shí)例

　　使用納米立銑刀和回轉(zhuǎn)半徑200μm的刀具對(duì)模具進(jìn)行三維銑削加工而形成超細(xì)槽的加工實(shí)例清楚表明裸燎，成形刀具的運(yùn)動(dòng)通過(guò)刀具被精確復(fù)映到被加工工件上顾瞻，而且沒(méi)有形成任何毛刺。槽底表面粗糙度（P－V值）達(dá)到了101nm德绿。

UPC納米球頭立銑刀

　　在與IT（信息技術(shù)）相關(guān)的行業(yè)領(lǐng)域中株速，用于高速大容量信息的基礎(chǔ)元件發(fā)展很快。其中一種技術(shù)就是微透鏡陣列磕裂。該陣列結(jié)構(gòu)由一系列按三維尺度集成的凸透鏡和凹透鏡組合而成趟雄。近年來(lái)劣饺，該透鏡陣列被應(yīng)用于光通訊和液晶投影屏印姑。我們開(kāi)發(fā)的UPC納米球頭立銑刀可用于實(shí)現(xiàn)三維透鏡表面和自由曲率表面的加工（如加工制造微透鏡陣列的模具）窖夸。

　　我們已經(jīng)開(kāi)發(fā)出世界上最小級(jí)別的刀尖圓弧尺寸（R＝30μm），并能制造出達(dá)到世界最高水平的切削刃圓弧輪廓度（50nm刀尖）狮贪。利用這種刀具杂员，就有可能實(shí)現(xiàn)具有納米精度的三維形狀成形加工。

UPC納米球頭立銑刀加工實(shí)例

　　用納米球頭立銑刀銑削加工三維型面的成形加工實(shí)例可以證實(shí)尾杆，利用半徑R=300μm的納米球頭立銑刀设塑，能夠成形加工出具有極高球形度的球面和無(wú)毛刺的高精度表面。用表面形貌測(cè)量?jī)x器測(cè)量陣列模具上一個(gè)微球窩的形狀精度狗丙，它的P-V值（峰－峰值）為166nm譬奈。

UPC納米切槽刀（超細(xì)槽切削刀具）

　　以上介紹的兩種納米立銑刀都是用于銑削加工，而納米切槽刀則是采用剃削和飛切方式在工件成形表面加工出超細(xì)直線槽暇昂。我們已經(jīng)加工出了世界最小級(jí)別的5μm槽寬莺戒。該刀具最具代表性的應(yīng)用是對(duì)全息光學(xué)元件（HOE）的模具進(jìn)行成形加工。該光學(xué)元件是一個(gè)偏振分光鏡急波，它借助于具有一組槽間距達(dá)微米級(jí)的超細(xì)槽的透鏡產(chǎn)生光的衍射現(xiàn)象从铲，從而實(shí)現(xiàn)光譜的任意分解和匯聚。若干光學(xué)透鏡的光學(xué)作用合成為一個(gè)全息光學(xué)元件（HOE）澄暮。以前這些光學(xué)元件都是采用半導(dǎo)體加工技術(shù)（如光刻法）來(lái)制造名段，但采用該方法加工時(shí)，原本應(yīng)為直角槽的底部邊緣被圓角化泣懊；加工深槽時(shí)伸辟，由于槽的成形過(guò)程被分解為多次分步成形，因此會(huì)產(chǎn)生水平差異馍刮，而這些水平差異會(huì)降低光的利用率自娩。

　　與該加工方法不同，采用納米切槽刀加工出的模具成形制造的塑料全息光學(xué)元件（HOE）具有更好的形狀精度和表面粗糙度渠退。此外忙迁，該方法還具有加工效率高的優(yōu)勢(shì)。隨著近年來(lái)光電技術(shù)的發(fā)展论艰，對(duì)更小的超細(xì)槽成形加工的需求仍在不斷增加吠败。

結(jié)論

　　本文介紹了UPC微納成形刀具的特點(diǎn)和基于機(jī)械加工的三維微成形加工實(shí)例。在采用金剛石切削刀具的三維微細(xì)成形加工中勇袋，刀尖形狀被高精度地復(fù)映到被加工工件上镇轿。毫無(wú)疑問(wèn)，在表面成形加工技術(shù)的應(yīng)用上淑助，未來(lái)的市場(chǎng)將會(huì)對(duì)納米尺度加工精度提出更高的要求斟彻。

　　超精密成形加工機(jī)床的運(yùn)動(dòng)性能、控制技術(shù)以及在加工環(huán)境條件下的精度等正在不斷改進(jìn)與提高，因此粟辛，我們將致力于進(jìn)一步提高金剛石切削刀具的精度并使其小型化氨案。

聲明：本網(wǎng)站所收集的部分公開(kāi)資料來(lái)源于互聯(lián)網(wǎng)，轉(zhuǎn)載的目的在于傳遞更多信息及用于網(wǎng)絡(luò)分享芙掖，并不代表本站贊同其觀點(diǎn)和對(duì)其真實(shí)性負(fù)責(zé)锻刺，也不構(gòu)成任何其他建議。本站部分作品是由網(wǎng)友自主投稿和發(fā)布伊镐、編輯整理上傳懂版，對(duì)此類(lèi)作品本站僅提供交流平臺(tái)，不為其版權(quán)負(fù)責(zé)躏率。如果您發(fā)現(xiàn)網(wǎng)站上所用視頻躯畴、圖片、文字如涉及作品版權(quán)問(wèn)題薇芝，請(qǐng)第一時(shí)間告知私股，我們將根據(jù)您提供的證明材料確認(rèn)版權(quán)并按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)支付稿酬或立即刪除內(nèi)容，以保證您的權(quán)益恩掷！聯(lián)系電話：010-58612588 或 Email:editor@mmsonline.com.cn倡鲸。