微圆弧金刚石刀具刀尖圆弧的测量及评价

为实现对微圆弧金刚石刀具刀尖圆弧的评价,提出了一种基于高分辨率扫描电镜图像的评价方法,并对刀尖圆弧轮廓提取、轮廓曲线拟合、圆弧度评价等算法进行了研究.首先,运用Canny边缘检测算子提取刀尖圆弧图像的二维轮廓数据,并用移动最小二乘法对该数据进行拟合,使所提取轮廓光滑化;接着,建立了基于最小二乘准则的刀尖圆弧评价模型,并采用二次序列规划法对模型进行求解;最后,分析了轮廓拟合误差、测量不垂直度误差对刀尖圆弧评价结果的影响,并计算了刀尖圆弧半径及圆弧度不确定度值.实验结果表明所评价微圆弧金刚石刀具的刀尖圆弧半径为30.213μm,圆弧半径不确定度为351 nm,圆弧度为0.114μm,圆弧度不确定度为24 nm.由评价结果可以看出,本文所提出的方法可以实现微圆弧金刚石刀具刀尖圆弧纳米级精度的测量及评价.

微圆弧金刚石刀具修磨技术研究

微圆弧金刚石刀具是超精密加工中的重要应用工具,基于机械研磨法开展微圆弧金刚石刀具修磨技术研究。通过分析微圆弧金刚石刀具制备技术现状和制备难点,设计一种微圆弧金刚石刀具的修磨技术路线。通过修磨实验解决难磨、易磨方向定位,刀尖容易崩刃及精修刀尖圆弧等技术难点,制备刀尖半径R8.2μm的微圆弧金刚石刀具。利用原子力显微镜和高倍光学显微镜进行观测,结果表明:前刀面粗糙度R_a=1.50nm,刀尖轮廓波纹度优于0.1μm,与进口高精度刀具指标相当。将其应用在微结构的超精密切削中,取得良好效果。

微圆弧金刚石刀具刃磨关键技术及应用

微圆弧金刚石刀具是实现微结构功能表面机械加工的必备工具之一,高性能刀具可提高微结构表面精度和质量一致性。针对机械刃磨技术,研究微圆弧金刚石刀具的定向设计、制造工艺和装备,分析不同定向刀具的切削刃强度与其刀刃圆弧波纹度、锋利度和耐用度的关系。结果表明,微圆弧金刚石刀具的使用性能与其定向方案有关;针对不同定向的刀具,采用专门的刃磨工艺参数可减小因定向不同导致的刀具质量差异。采用最新研制的金刚石刀具专用刃磨机床,可以获得刀刃圆弧波纹度优于30 nm/60°包角、锋利度优于50 nm的微圆弧金刚石刀具。

单晶锗微结构的超声振动辅助微切削加工

为解决单晶锗微结构元件超精密金刚石切削加工的技术难题,提出采用超声振动辅助切削技术提高单晶锗的临界未变形切屑厚度,并推导了微结构切削中切屑厚度的理论计算公式.进行微圆弧金刚石刀具的振动辅助微切削实验,研究临界未变形切屑厚度随振幅的变化规律,分析微槽表面加工质量和切屑形貌等.分析4.5μm和10.0μm深的十字槽、矩形凸台等微结构的加工质量,针对微槽边缘的加工损伤问题,采用"切深递减"同时结合横向进给的工艺方法.实验结果表明:微槽切削中切削深度的理论计算值存在较大的误差,应选用直接测量法;振动辅助切削的临界未变形切屑厚度随着振幅的增加而增大,最高达到了704 nm,是普通切削深度的5.2倍.与普通切削相比,振动辅助加工可以在一定程度上降低微槽表面粗糙度.采用振动辅助微切削技术能够在大切深条件下加工出具有较高表面质量和轮廓精度的微结构,能够有效解决微槽侧面加工损伤问题,微槽表面粗糙度R_a值低至3.09 nm.