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断面図
全体図
歯部拡大図

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JB/T2494-2006 小模数齿轮滚刀 JB/T3095-2006 小模数直齿插齿刀 JB/T3227-1999 高精度齿轮滚刀通用技术条件 JB/T3869-1999 可调节手用铰刀 JB/T3887-1999 渐开线直齿圆柱测量齿轮 JB/T3912-1999 高速钢刀具蒸气处理、氧氮化质量检验 JB/T4103-2006 剃前齿轮滚刀 JB/T5217-2006 丝锥寿命试验方法 JB/T5611-2006 内容屑丝锥 JB/T5612-2006 螺尖丝锥 JB/T5613-2006 小径定心矩形花键拉刀 JB/T5614-2006 锯片铣刀、螺钉槽铣刀寿命试验方法 JB/T6357-2006 圆推刀 JB/T6358-2006 带可换导柱可转位平底锪钻 JB/T6567-2006 刀具摩擦焊接质量要求和评定方法 JB/T6568-2006 拉刀切削性能综合评定方法 JB/T7426-2006 硬质合金可调节浮动铰刀 JB/T7427-2006 滚子链和套筒链链轮滚刀 JB/T7428-2006 挤压丝锥 JB/T7654-2006 整体硬质合金小模数齿轮滚刀 JB/T7904-1999 内排屑深孔钻用硬质合金刀片 JB/T7953-1999 镶齿三面刃铣刀 JB/T7954-1999 镶齿套式面铣刀 JB/T7955-1999 镶齿三面刃铣刀和套式面铣刀用高速钢刀齿 JB/T7962-1999 圆拉刀技术条件 JB/T7963.1-1997 金属切割带锯条第1部分:定义和名词术语 JB/T7963.2-1997 金属切割带锯条第2部分:基本尺寸和公差 JB/T7963.3-1997 金属切割带锯条第3部分:类型和特征 JB/T7967-1999 渐开线内花键插齿刀基本型式和尺寸 JB/T7968.1-1999 磨前齿轮滚刀第1部分:基本型式和尺寸 JB/T7968.2-1999 磨前齿轮滚刀第2部分:通用技术条件 JB/T7969-1999 拉刀术语 JB/T7970.1-1999 盘形齿轮铣刀第1部分:基本型式和尺寸 JB/T7970.2-1999 盘形齿轮铣刀第2部分:技术条件 JB/T7971-1999 硬质合金斜齿直柄立铣刀 JB/T7972-1999 硬质合金斜齿锥柄立铣刀 JB/T8345-1996 弧齿锥齿轮铣刀1:24圆锥孔尺寸及公差 JB/T8363.1-1996 沉孔可转位刀片用螺钉头部内六角花形的型式和尺寸 JB/T8363.2-1996 沉孔可转位刀片用紧固螺钉技术规范 JB/T8364.1-1996 60°圆锥管螺纹圆板牙 JB/T8364.2-1996 60°圆锥管螺纹丝锥 JB/T8364.3-1996 60°圆锥管螺纹丝锥技术规范 JB/T8364.4-1996 60°圆锥管螺纹搓丝板 JB/T8364.5-1996 60°圆锥管螺纹滚丝轮 JB/T8365-1996 氮化钛涂层高速钢刀具技术规范 JB/T8366-1996 螺钉槽铣刀 JB/T8367-1996 整体硬质合金印刷线路板麻花钻 JB/T8368.1-1996 电锤钻 JB/T8368.2-1996 套式电锤钻 JB/T8369-1996 冲击锤和电锤钻用硬质合金刀片 JB/T8786-1998 长柄螺母丝锥 JB/T8798-1998 双金属带锯条技术条件 JB/T8824.1-1998 统一螺纹丝锥 JB/T8824.2-1998 统一螺纹丝锥螺纹公差 JB/T8824.3-1998 统一螺纹丝锥技术条件 JB/T8824.4-1998 统一螺纹螺母丝锥 JB/T8824.5-1998 统一螺纹圆板牙 JB/T8824.6-1998 统一螺纹搓丝板 JB/T8824.7-1998 统一螺纹滚丝轮 JB/T8825.1-1998 惠氏螺纹丝锥 JB/T8825.2-1998 惠氏螺纹丝锥螺纹公差 JB/T8825.3-1998 惠氏螺纹丝锥技术条件 JB/T8825.4-1998 惠氏螺纹螺母丝锥 JB/T8825.5-1998 惠氏螺纹圆板牙 JB/T8825.6-1998 惠氏螺纹搓丝板 JB/T8825.7-1998 惠氏螺纹滚丝抡 JB/T9986-1999 工具热处理金相检验 JB/T9988.1-1999 高精度梯形螺纹拉削丝锥第1部分:型式与尺寸 JB/T9988.2-1999 高精度梯形螺纹拉削丝锥第2部分:螺纹公差 JB/T9988.3-1999 高精度梯形螺纹拉削丝锥第3部分:技术条件 JB/T9989.1-1999 梯形螺纹丝锥第1部分:型式与尺寸 JB/T9989.2-1999 梯形螺纹丝锥第2部分:螺纹公差 JB/T9989.3-1999 梯形螺纹丝锥第3部分:技术条件 JB/T9990.1-1999 直齿锥齿轮精刨刀第1部分:基本型式和尺寸 JB/T9990.2-1999 直齿锥齿轮精刨刀第2部分:技术条件 JB/T9991-1999 电镀金刚石铰刀 JB/T9992-1999 矩形花键拉刀技术条件 JB/T9993-1999 带侧面齿键槽拉刀 JB/T9999-1999 ５５°圆锥管螺纹搓丝板 JB/T10000-1999 ５５°圆锥管螺纹滚丝轮 JB/T10002-1999 长直柄麻花钻 JB/T10003-1999 １:５０锥孔锥柄麻花钻 JB/T10004-1999 硬质合金刮削齿轮滚刀技术条件 JB/T10156-1999 带模滚刀型式和尺寸 JB/T10157-1999 带轮滚刀型式和尺寸 JB/T10158-1999 带轮和带模滚刀技术条件 JB/T10231.1-2001 刀具产品检测方法第1部分：通则 JB/T10231.2-2001 刀具产品检测方法第2部分：麻花钻 JB/T10231.3-2001 刀具产品检测方法第3部分：立铣刀 JB/T10231.4-2001 刀具产品检测方法第4部分：丝锥 JB/T10231.5-2002 刀具产品检测方法第5部分:齿轮滚刀 JB/T10231.6-2002 刀具产品检测方法第6部分:插齿刀 JB/T10231.7-2002 刀具产品检测方法第7部分:圆拉刀 JB/T10231.8-2002 刀具产品检测方法第8部分:板牙 JB/T10231.9-2002 刀具产品检测方法第9部分:铰刀 JB/T10231.10-2002 刀具产品检测方法第10部分:锪钻 JB/T10231.11-2002 刀具产品检测方法第11部分:扩孔钻 JB/T10231.12-2002 刀具产品检测方法第12部分:三面刃铣刀 JB/T10231.13-2002 刀具产品检测方法第13部分:锯片铣刀 JB/T10231.14-2002 刀具产品检测方法第14部分:键槽铣刀 JB/T10231.15-2002 刀具产品检测方法第15部分:可转位三面刃铣刀 JB/T10231.16-2002 刀具产品检测方法第16部分:可转位面铣刀 JB/T10231.17-2002 刀具产品检测方法第17部分:可转位立铣刀 JB/T10231.18-2002 刀具产品检测方法第18部分:可转位车刀 JB/T10231.19-2002 刀具产品检测方法第19部分:键槽拉刀 JB/T10231.20-2002 刀具产品检测方法第20部分:矩形花键拉刀 JB/T10231.21-2006 刀具产品检测方法第21部分:旋转和旋转冲击式硬质合金建工钻 JB/T10231.22-2006 刀具产品检测方法第22部分:搓丝板 JB/T10231.23-2006 刀具产品检测方法第23部分:滚丝轮 JB/T10231.24-2006 刀具产品检测方法第24部分:机用锯条 JB/T10231.25-2006 刀具产品检测方法第25部分:金属切割带锯条 JB/T10231.26-2006 刀具产品检测方法第26部分:高速钢车刀条 JB/T10231.27-2006 刀具产品检测方法第27部分:中心钻 JB/T10232.1-2001 成套螺纹工具第一部分：型式和尺寸 JB/T10232.2-2001 成套螺纹工具第二部分：技术条件 JB/T10643-2006 成套麻花钻 JB/T10719-2007 焊接聚晶金刚石或立方氮化硼槽刀 JB/T10720-2007 焊接聚晶金刚石或立方氮化硼车刀 JB/T10721-2007 焊接聚晶金刚石或立方氮化硼铰刀 JB/T10722-2007 焊接聚晶金刚石或立方氮化硼立铣刀 JB/T10723-2007 焊接聚晶金刚石或立方氮化硼镗刀 JB/T10724-2007 金刚石或立方氮化硼珩磨条技术要求 JB/T10725-2007 天然金刚石车刀 JB/T50189-1999 麻花钻寿命试验方法 JB/T50190-1999 齿轮滚刀寿命试验方法及验收条件

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Велосипед Привод Мускульная сила водителя Период с середины XIX века Скорость 10—90 км/ч Область применения частный транспорт на расстояниях до ≈400 км, спорт Инфраструктура автомобильная дорога, велосипедная дорожка

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1 引言

随 着精密、超精密以及纳米级加工技术、先进控制系统、激光测量技术、扫描探针显微镜 等相关技术的快速发展，超精密加工表面的研究不断取得新的进展，其加工精度正逐步从亚微米级提高到纳米级，通过超精加工获得超光滑表面已成为可能。但是， 这些超光滑表面通常是在反复加工和试验的基础上获得的，如何稳定地、可重复地获得高质量表面，实现表面的设计功能，仍是超精密表面加工研究的一个难点。目 前，关于超精密加工表面的一个重要研究方向是研究表面的加工形成机理，并根据表面的不同用途及相应的功能要求，在加工前对表面进行设计和预测，从而达到稳 定获得所需功能表面以满足实际应用需求的目的。为此，必须对超精密元件表面的加工、表征及功能进行全面而深入的研究。

2 超精密加工表面及其特点

1. 加工表面的相关定义
   表 面是一个物体分隔于其它物体或空间的周界面。为便于研究分析，美国国家标准ASME B46.1-1995中给出了名义表面、实际表面和测量表面的定义，即：①名义表面：预期的表面分界面(不包括任何表面粗糙度)，其形状及范围通常在图示 中显示并标注或者加以详细说明。②实际表面：物体的实际边界面，它与名义表面的偏差来源于表面形成的加工过程。③测量表面：基于测量仪获得的对实际表面的 描述。
2. 加工表面的特点
   超精密加工的实际表面与名义表面的差别在于它可显现出表 面的特征、缺陷和形状误差。其中，表面特征是控制工业产品表面质量的主要内容，它是实际表 面上某些典型偏差的综合，主要包括粗糙度和波纹度。粗糙度是指表面特征的精细不规则性，通常来源于加工过程所固有的作用或材料条件，这些都可能是加工过程 留在表面上的特征标记。波纹度是表面特征更为广泛的空间构成，产生于机床或工件的偏差或振动。粗糙度可被认为是波动表面上的叠加。

作为物质实体，表面具有许多特征。表面的几何形状即为其重要特征之一，它的自然状态是三维(3D)的，其特征细节被称为形貌。在许多应用中，形貌代表着表面的主要外部特征。

3 超精密元件表面的加工、表征及功能

工 件表面产生于大量的加工过程，一旦加工完成，反映加工过程的表面特征就 会体现在表面上，因此加工元件的表面特征是整个加工过程的复现(Fingerprint)，任何加工变量的改变和加工刀具的误差都将体现在表面特征中。同 时，这些表面特征又决定着加工元件表面的最终功能，即特定的表面特征产生相应的表面功能，因此表面是其加工控制和功能设计的联结(Link)，而对表面的 表征是获取表面信息的重要手段。由此可知，表面的加工、表征和功能是相互关联的：一方面，表面形成的每一加工阶段及处理过程都决定着表面宏观及微观几何特 性；另一方面，工件表面的几何特性以及物理、化学特性等在相当大程度上决定了产品表面的最终功能。表面的加工、表征和功能之间的相互关系可用图1加以说 明。针对具体的应用功能，应考虑相应表面的几何、物理和化学特性等，只有通过相应的加工控制和质量控制才能获得理想的表面设计功能。

图1 表面的加工、表征和功能之间的关系

1. 表面的加工
   先 进的加工技术是获得高质量表面的重要前提和保证。以纳米级加工为发展目标的超精密加工技术是当今及未来制造技术的基础之一。超精密切削是超精密 加工的重要组成部分，其关键技术是极锋锐的金刚石单点切削(SPDT)，即采用具有纳米级锋锐度的切削刃、切削时刃口可复印在加工表面上、具有高耐磨性的 单晶金刚石刀具进行切削加工。该技术现已发展成为制造尖端、精密元件的成熟加工技术，可加工出具有微米至亚微米级精度、表面粗糙度达纳米级范围的工件。由 于可获得高质量、高精度的加工表面，金刚石单点切削(SPDT)技术已被广泛应用于精密部件和扫描镜、注塑相机透镜塑模等光学元件的加工。此外，具有特殊 功能要求的高质量表面是由多种加工过程完成的，由此产生的表面特征也是多加工综合作用的结果。例如，汽缸内腔的平面磨削就是一个多加工修整过程，它产生一 种特殊类型的表面特征，由深的沟槽(有利于油液滞留)和沟槽之间精细的表面(确保高支承能力)组成。表面的形成是加工全过程综合作用的结果，故影响表面质 量的加工因素较多。对于切削、成型、研磨以及刻蚀、激光、电子束等加工技术，表面几何形貌的形成主要受机床、刀具、工件和加工环境等相关因素的影响，如表 1 所示。

   表1 影响表面几何形貌的相关因素

   机床	刀具	工件	加工环境
   导向偏差 工件与刀具定位的系统、随机偏差 热的不稳定性 夹紧力和材料去除 机床—刀具—工件系统的振动 工件与夹具或工作台定位基准之间的导向及定位偏差 加工参数(转速、进给量、切削深度等)	具几何形状 刀具的预调整 刀具磨损状态 材料去除时的接触和摩擦条件	各加工阶段前的实际几何形状(测量、成型和定位偏差、表面粗糙度) 工件刚度 材料性能(强度、硬度等)的变化	恒温条件 恒湿条件 防振条件 超净条件

   在 一定加工条件下，可形成相应的表面特征。若改变加工控制参数(切削速度、进给量、切削深度等)，必然会产生相应的几何形貌变化。由于 振动、热的不稳定性、加工环境变化等诸多随机因素的影响，导致加工控制和表面形成出现一些不确定性因素，阻碍了工程技术人员通过精确控制加工条件而获得理 想表面。基于机床运动学和切削理论分析，进行适当的合理假设，借助数学变换对加工控制参数与表面特征表征参数之间的关系进行建模，实现在加工前预测表面质 量，是超精密加工表面研究的一个重要方向。
2. 表面的表征
   作为加工控制和功能设计 的关联环节，表面的表征提供了极有价值的形貌、特性信息，因此它是有关表面研究的一个关键问题。现有的表面表征方法较多， 如统计分析、谱分析、自相关分析、时间序列分析、分形和函数说明等。但不论采取何种技术，从工程学的观点看，表面形貌的表征最终都是利用相关参数进行表征 并辅以通用的视觉技术，即表面形貌特性是根据视觉图象和表面参数值来进行评价。
   由于表面形貌固有的三维状态，采用二维参数和轮廓图 难以提供充分及可靠的信息以供分析，因此3D参数和3D图象已成为评价表面形貌 的实用方法。3D参数能表征并定量说明表面的微观几何形貌，3D数据由测量仪获得。采用视觉技术和图象处理技术可对表面进行直观、现实的描述，图象可传递 大量易于解释的信息，是定性表征表面的有效方法。由于单个参数难以完整描述复杂的实际表面，因此需要利用综合的组参数来进行参数表征，其中的每个参数只能 提供微观几何形貌的某些具体特征，它可以被测量和定量表示。由于工程表面三维形貌信息的复杂性和综合性，仅用几个参数很难完整描述三维表面特征。 K.J.Stout等人提出按不同的表征特性将参数划分为幅度参数、空间参数、综合参数和功能参数四大类(共14 个参数)，各参数的类别及定义见表2。

   表2 三维表面微观形貌的表征参数

   幅度参数	空间参数	综合参数	功能参数
   Sq—表面形貌的均方根偏差 Sz—表面十点高度 Ssk—表面高度分布的偏斜度 Sku—表面高度分布的峭度	Sal—最速衰减自相关函数 Sds—表面峰顶密度 Str—表面的结构形状比率 Std—表面的纹理方向	S∆q—表面的均方根斜率 Ssc—表面算术平均顶点曲率 Sdr—表面的展开界面面积比率	Sbi—表面支承指数 Sci—中心液体滞留指数 Svi—谷区液体滞留指数

   为 对表面进行定量分析，还可采用MOTIF参数表征和分形函数表征。MOTIF参数表征采用7个参数对表面粗糙度和波纹度进行完整描 述，该方法是将未滤波轮廓分解为由峰表征的几何形状特征，根据相对幅值其轮廓峰或消失或保持不变。分形是一种连续但处处不可微的函数，在一定范围的观测尺 度上，分形呈现出自相似/ 相关性。实验表明，许多工程表面均具有分形特征。分形函数表征仅用一个表面分形维数D(D是介于2和3之间的分数)即可描述复杂的几何形状。
   3D 分析的最大特点是可以进行直观的图像表征，合适的图像表征能给出足够的表面微观形貌信息。常用的图像表征方式有等高图、灰度 图、投影图等。等高图可帮助辩识表面的方向特征，它是采用直线或曲线连接具有相同高度的点，并用线性插值法求出其余的交叉点，据此绘制表面形貌图。灰度图 上的每一点可表示与其高度相关的灰度等级。在投影图中，数据点的有效表示是基于等轴或正视投影。
3. 表面的功能
   在 工程应用中，要求某些元件的表面具有某些特殊功能特性，如具有高支承能力、密封能力、润滑油滞留能力等。为实现这些功能要求，需要将功能表面设 计为可产生相应功能的特殊形貌。表面功能的范围很广，对于接触元件，常用的应用功能要求有磨损、摩擦、润滑、疲劳、密封、接触刚度、接触应力、承载面积、 热传导性等；对于非接触元件，常用的功能要求主要有光学焦距、反射、表面保护、表面喷涂等。
   目前对表面功能尚无十分明确的表征方法。有些表面参数可用于预测工件的功能特性。例如，由于粗糙度的轮廓峰高度R_z值始终小于涂层厚度，因此粗糙度参数具有控制加工表面质量和确保表面功能的双重作用。表面的某些特征对于实现其特殊应用功能十分重要，因此有时需要用专门定义的功能参数来描述表面的相应特征。例如，表面支承指数S_bi用于表示表面的支承性能，S_bi值大，表明表面支承性能好；中心液体滞留指数S_ci可反映在表面的中心区域液体滞留的性能，S_ci值大，表明表面的中心区域液体滞留性能好；谷区液体滞留指数S_vi表示在表面谷区的液体滞留性能，S_vi值 大，表明在表面谷区液体的滞留能力强。但是，一组功能参数只能描述有限的几类应用功能，因此利用一组功能参数来表征所有的功能要求是不可能的，而为每一项 应用功能都建立相应的功能参数也是不现实的。由于表面特征参数(如表面粗糙度)对加工的变化具有敏感性，而且它是在接触或流动状况下反映表面功能的关键因 素，因此可利用其来预测表面功能特性。除表面粗糙度外，几何尺寸参数、圆度或圆柱度参数、残余应力等物理特性也可用于预测表面功能特性。
   D.J.Whitehouse 等人不久前提出一种评价工件表面功能特性的新方法——功能图。该方法尝试对表面功能特性作出明确表 征，并在设计阶段有效控制表面粗糙度等影响因素。由于没有界限条件，因此传统的表面参数仍适用于功能图。功能图是以图形方式而非文字说明方式表征表面功能 特性(它同时也是加工图的模拟)，它主要由两个笛卡尔坐标轴构成：纵坐标轴表示表面之间的间隔，若表面之间相互脱离，间隔值为正；若表面之间相互接触，间 隔值为负(例如表面之间因相互嵌入而发生弹性或塑性变形，则表现为负间隔值)。表面间隔特性主要受加工过程的影响(尤其当表面间隔很小时)。横坐标轴表示 表面间的相对横向移动。接触点的数量及分布取决于局部几何形状(来源于轮廓信息)，而相对速度所受影响则取决于表面的总体形状和区域层(主要受刀具空间轨 迹的影响)。横坐标还需考虑剪切应力、表面运动的接触动能等横向影响因素。功能图的应用范围不只局限于双表面，当表面间隔值较大时(相对粗糙度值而言)， 即可认为是一个光学反射的单表面。但是，采用功能图评价工件表面功能时，有些功能特性(如承载特性等)无法表达。
   要实现稳定地、可 重复地获得高质量表面，其困难之处不仅在于需要对加工条件、加工性能以及加工控制具有全面而深刻的了解，还在于如 何使元件表面按设计者的目标和具体要求实现相应的表面功能。因此必须对表面加工过程、表面特征以及表面功能具有准确的理解与掌握，从而通过对加工过程的连 续监控获得所需的功能表面。

4 结语

表面是加工控制与功能设计的联结，表面特征产生于大量的加工过程，同时又决定着工件表面的最终功能。全面了解表面的加工、表征、功能及其相互关系，是超精密元件表面加工形成机理研究的基础。

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结 构和零件的微型化是技术领域的发展趋势之一，开发经济上可行的微细加工技术对于微型技术的发展具有重要意义。 目前，产业化的微细制造技术主要用在半导体工业，它们仅仅对大批量生产是经济的；在印刷制版术行业里使用的微细制造技术对所加工的几何形状及所能加工的材 料又有很大的局限性。与这两种制造技术比较，微细切削加工可以弥补上述的缺点，因此，开发微细切削技术是微细制造技术的新领域。
微细切削 加工的第一批装置是美国在60年代末开发的，主要用于加工光学件的表面，并由此诞生了超精加工技术。目前，在光学、电子和机械零件加工中达到了微 米和亚微米的精度和几十个纳米的表面粗糙度。在八十年代末，德国的卡鲁斯厄研究中心把微细切削用于在微型元件的表面上加工微细的纹理，制造微型热交换器： 它们对一个圆筒上的铜箔或铝箔用单晶金刚石制造的刀尖进行切槽，最终做成一个微型的、效率很高的热交换器。
直到九十年代，微细切削主要是用金刚石刀具加工有色金属零件。随着微型技术应用领域的不断扩大，要求能加工更多样化的材料，尤其是对钢和陶瓷的微细切削，成为微细切削技术的发展方向。
金刚石??近乎理想的切削材料
在 超精加工领域，单晶金刚石刀具几乎是唯一得到实用的刀具。金刚石摩擦系数低，导热率高，这对切削过程很有利；它还有很高的硬度和可加工出接近原子尺寸级 的锋利刃口，而制作锋利的刃口是微细切削领域中必须解决的关键技术。一个亚微米级的锋利刃口可以加工出几纳米数量级的表面粗糙度。锋利的刃口及很低的摩擦 系数，可大大减小切削力，这有利于微细切削加工的精度，也降低了对超精加工机床刚性的要求。
金刚石刀具适合加工铝、纯铜、黄铜以及铜镍合 金等。铜镍合金有很高的硬度，在加工时可获得极佳的表面质量。金刚石不适合加工黑色金属，为了使金刚石能够加 工钢，正在开发一些装置，有一个装置效果很好。它把一个超声振动叠加在刀具的运动上，切削时使刀具的接触时间大大减少，从而降低了切削温度，抑制了金刚石 向石墨的转化。
微细切削来源于普通切削
微细切削的知识实际上是从普通的切削加工中获得的，包括车、铣、钻、磨，在个别情况下，微细加工也用锯削或刨削。目前研究最多、最成熟的是超精车削。例如制作压制菲涅耳透镜的有色金属模具或制作表面粗糙度的样块。
通过叠加一个由压电晶体驱动的高频振动到进给机构里，在与主轴回转频率和振动适当同步时，能产生不旋转对称的加工表面，达到磨光的镜面。目前，超精车削的技术水平已经可加工出极微细的轴径。
在微细加工中，铣削也被认为是最柔性的加工方法。用单齿的金刚石圆盘铣刀加工槽与前面所述的在薄膜上车槽比较，可以加工出各种角度交叉的槽。可用于制造压制光学栅格结构的模具，如每毫米100线。已商品化的圆盘铣刀最小宽度约100μm。
用金刚石制造的带柄铣刀，直径约300μm，也已经商品化。这种铣刀的结构为通用的直槽单齿铣刀，也可制成有端刃的雕刻刀，它特别适合加工只有几微米厚的隔板。这种槽铣刀的缺点是最小的槽宽取决于刀具的直径和装夹的精度。
钢是未来微细切削技术加工的对象
微 细切削技术至今还局限于加工硅或非金属材料，而各种人工合成材料已经可用成形工艺进行加工(包括硬而脆的和软而韧的)，因此，下一步对钢的加工就显得很 有必要。钢的微细切削加工研究在德国始于九十年代，至今仍处于研究阶段。其主要应用领域在工模具行业，模具的耐磨性是成形加工经济性的重要前提，尤其当模 具的结构有很高的深度??宽度比时，其材料的抗弯强度对成形加工的可靠性有决定性的意义，有时甚至关系到是否能够成形。
钢的微细切削不能用金刚石刀具，主要用硬质合金铣刀。硬质合金是由很多晶粒组成的烧结体，其晶粒的大小决定刀刃的微观锋利程度。因此，不能加工出像用金刚石刀具所获得的表面质量，但由于价格低并能加工钢，因此目前仍然是对钢进行微细切削的主要刀具。
为了有锋利的刀刃，通常采用钨钴类的超细颗粒硬质合金。超细颗粒硬质合金刀具的晶粒尺寸为0.5～1.0μm，其切削刃圆弧半径为几微米。
为 了开发钢的微细切削技术，德国卡鲁斯厄大学的机床和制造技术学院首先进行了硬质合金圆盘铣刀的试验，刀具宽度为0.15mm。用铣刀作十字交叉的切削， 工件硬度为52HRC的调质钢，加工出了高1mm、截面0.2×0.2mm2的一排排作为合成材料或粉末注射材料模具的棱柱。
适合微细切削的硬质合金带柄铣刀在工业上已被广泛采用，有涂层的和不涂层的，最小直径为0.1mm，个别工具制造商可生产直径为50μm的铣刀。
为避免刀具意外的折断和提前磨损，在加工像钢这样的硬材料时，要注意加工过程的安全和机床的平稳，所以要求机床具有足够的刚性和动态性能，采用高的切削速度和中等的每齿进给量，以保证刀具的切入。
硬 质合金微型铣刀的制造存在着一些难题，即除了要在不均质的刀具材料上加工出锋利的刃口外，还要对直径为零点几毫米的铣刀进行磨削，使之承受磨削力的作 用，为解决这一难题，可选择一种不产生切削力的加工方法(如激光加工)。用铣削的方法可加工出形状复杂的表面，也可加工用工具钢制造的100μm以下的零 件，如在硬度为55HRC的模具钢上直接铣制加工一个微型汽车(1：160)的轮壳模具，其表面粗糙度达RZ=0.5μm，成形表面达镜面光洁度，注射成 形后的零件不必再进行后续加工。
磨削是专门用于硬而脆的材料的加工，使微型元件能用玻璃、陶瓷、硅或硬质合金制造。目前用于硅片切割的零点几毫米 宽的砂轮已商品化，通常用经镀镍或铬的金 刚石磨料作砂轮的材料，最近还开发了CVD涂覆金刚石的硬质合金成形砂轮。与刀具相似，砂轮也有用作成形砂轮的盘状砂轮和通用性很好的指状砂轮，后者可加 工微细的任意形状表面，目前在研究部门使用的指状砂轮的最小直径为50μm。
磨削加工硬而脆的材料
为了在硬而脆的材料 (例如单晶硅)上加工微孔，除了通常用电镀法制造的直径为0.9mm、金刚石颗粒为D91μm的微型空心钻头外，德国 Brauschweig技术大学新开发了同样直径的CVD金刚石钻头，其金刚石晶粒的尺寸为4μm～8μm。尽管有较大的切削力，用这种新型钻头在单晶硅 上钻了55个盲孔，质量全部合格。这种盲孔钻头可以在指状砂轮加工零件的封闭式型腔前钻引导孔。电镀的金刚石空心钻头较适合在板材上加工通孔，但在试验 中，在孔的钻穿那一面沿着硅的晶轴方向出现了大于100μm的崩刃，在孔的钻入这一面边缘也有20μm～150μm的崩刃，这一问题有待进一步研究。
结论和展望
微细切削是微细加工工艺的一个重要延伸，尽管目前微细切削所能加工出的零件细节不及微细电加工所达到的程度，但它与激光刻蚀加工等技术一起可在各种各样的材料上加工任意的空间结构。
此外，它比基于平板印刷的微细技术需要的设备少，也省去了昂贵的母板制造，总之，零件的微细切削加工对于经济地制作中等批量的微型构件有很大的优势。

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修整刀具一般能从磨削砂轮表面去除磨钝的陶瓷或研磨的颗粒,从而努力降低磨削温度和改善工件表面粗糙度,提高磨削砂轮加工出小公差工件的能力。修整刀具还用于精修磨削砂轮。以往,大多数修整和精修操作都是采用固定修整刀具送入旋转砂轮中的,这种修整刀具常常是用单晶金刚石或PCD制成的。

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在 加工非铁材料(如硅铝合金)时，一般不采用单晶金刚石刀具(SCD)进行加工，而采用寿命高的聚晶金刚石刀具(PCD)进行加工。 但在某些情况下，即当加工表面粗糙度参数要求较严时，则应采用单晶金刚石刀具(SCD)进行加工。例如采用聚晶金刚石刀具(PCD)车削铝制活塞时，表面 粗糙度Ra可达15～50μm，而用单晶金刚石刀具(SCD)加工，其表面粗糙度可达Ra4μm。 此外，使用SCD刀具可节省加工时间，如加工铝制轮子，过去是用PCD刀具粗加工，然后进行抛光，改用SCD代替PCD刀具加工，其工件可达到镜面的表面 粗糙度，省去了抛光工序。 严密的检查在汽车 和航空工业的高生产加工工序(包括对非铁材料的加工)中，其表面粗糙 度的平均值通常是用于确定被加工工件的光洁度，当加工工件表面粗糙度值Ra值要求低时，一般都应采用金刚石刀具，这种刀具的刀刃在放大倍数较高的情况下进 行观察不能有缺口。 大多数PCD刀具经研磨后，将其刀刃部位放大(＜50X＝进行检查，通过观察可以看出，PCD刀具的单个颗粒的孔隙及刀刃呈锯齿不平状态。要想达到最好的 加工表面粗糙度(15～50μm)，可选取合适的几何参数(切削速度、进给量及切削深度等)。 然而，在某些应用场合，要求PCD刀刃(放大150倍)不得有缺口，这种要求是能够达到的，只不过按上述要求制作PCD刀具比较困难，而且制造的费用要比 标准的PCD刀具高3～5倍，其刀具加工表面粗糙度可以达到10～14μm。 将SCD刀具刀刃放大1500倍，进行观察，刀刃无缺口，所以采用这种刀具在精密车床上进行加工，其工件可达到镜面的表面粗糙度。 在采用PCD刀具加工非铁和非金属材料不能达到所要求的加工表面粗糙度时，可在加工中心上用SCD刀具加工，省去以住的抛光工序。 金刚石刀头 如其它刀具材料一样，SCD刀具不是对每种加工都适合，在选择时应考虑以下几点： 切削深度：SCD刀具刃口很锋利，当采用大切深进行加工时，其加工效果不够明显，这在很大程度上取决于工件材料、切削速度和进给量，所以切削深度大于0.02mm时，不宜采用SCD刀具进行加工，最好先用PCD刀具进行粗加工，然后用SCD刀具进行精加工。工件材料：加工非铁金属(铝、紫铜、黄铜)和非金属材料(塑料、木材等)时，最好采用SCD刀具，任何铁系材料都不宜采用SCD进行加工。价格：SCD刀具性能超过其它先进刀具材料，利用这种材料进行加工可获得巨大的经济效益，但其价格很贵，如一把SCD刀具的价格超过PCD刀具4倍以上，尽管SCD刀具价格高，但如果正确使用SCD刀具，它可减少加工工序成本并可使生产效率大大提高。装卸：金刚石是最硬的材料，也是极脆和耐热震很敏感的材料。SCD刀刃锋利，任何实发性的冲击(如刀具装卸不细心或刀具落地)都会使刀刃产生缺口、裂纹或损坏，所以应对操作者进行培训。为避免精微的刀刃碰坏，一般应在金刚石刀具和其它零部件之间放置一薄膜件。

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1 金刚石刀具的研磨方法
单晶金刚石刀具的制造工序一般包括选料、定向、锯割、开坯、装卡、粗磨、精磨和检验。将选定的金刚石原石经定向后沿最大平面锯割开，可得到两把刀 具的坯料，这样既能提高金刚石材料的利用率，又可减少总研磨量。通过开坯可使刀具形状达到装卡(镶嵌或钎焊)要求。开坯和粗、精磨加工均采用研磨的方法。
金刚石的研磨加工在铸铁研磨盘上进行。研磨盘的直径约为300mm，由材料组织中孔隙的形状、大小和比例均经过优化的研磨金刚石专用高磷铸铁制 成。研磨盘的表面镶嵌有金刚石研磨粉，其颗粒尺寸可从小于1µm直到40µm。粗颗粒的金刚石粉具有较高的研磨速率，但研磨质量较差，因此粗磨时一般采用 粗粉，而精磨时则采用尺寸小于1µm的细粉。研磨前，首先将金刚石粉与橄榄油或其它类似物质混合成研磨膏，然后涂敷在研磨盘表面，放置一段时间使研磨膏充 分渗入研磨盘的铸铁孔隙中，再用一较大的金刚石在研磨盘表面进行来回预研磨，以进一步强化金刚石粉在铸铁孔隙中的镶嵌作用。研磨时，一般将被研磨的金刚石 包埋在锡斗中，只露出需研磨的面。研磨时的研磨盘转速约为2500r/min，研磨压力约为1kg/mm2。
金刚石的研磨与其它刀具材料的加工有很大区别，其研磨机理至今尚未得到令人信服的阐释，影响研磨质量的因素也是多方面的。下面就金刚石刀具研磨的一些工艺问题进行讨论。
2 磨削量的影响因素
通过实验发现，磨削量与研磨条件的关系为 V=kv式中　V——研磨体积 k——磨削率 v——磨削速度 p——研磨压力此外，金刚石的磨向、磨料的粒度、磨粒在铸铁孔隙中的镶嵌状况等因素也会改变磨削率的大小，从而影响磨削量。
3 研磨质量的影响因素
金刚石硬度高、脆性大，研磨时虽然刀具表面粗糙度较易保证，但刀刃容易出现崩口，刀刃锯齿度不易降低。超精密加工要求刀具刃口在500倍显微镜下观察无崩口，因此需要从各方面优化研磨过程，以获得平直完美的刀刃
研磨粉粒度和研磨盘表面状态对研磨质量的影响
可以看出，由于粗粉对刀刃的冲击性较大，研磨后刀刃锯齿度也较大，基本上难以研磨出无崩口的刀刃；而采用细粉时，经过几分钟的研磨后刀刃即变得平直，锯齿度趋向于零。
新制造的研磨盘因加工精度的限制，其盘面不平度较大，对于研磨的稳定性有一定影响。此外，刚涂敷在盘面上的磨粒本身的等高性也较差。经过一段时间 的研磨后，盘面上的高点被研平，磨粒中的较大颗粒也被打碎或铲离盘面，从而使磨粒的等高性得到改善，刀刃锯齿度稳定减小。所以对于金刚石刀具的开刃或精磨 等关键工序，必须在稳定的研磨盘盘面上进行。
由于研磨过程中磨粒会被不断打碎或损失，若不及时加以补充，将导致因盘面磨粒密度不够而使金刚石直接与铸铁接触，不但会影响刀具研磨质量，还会因 金刚石的挤刮作用破坏或堵塞盘面上的孔隙，从而降低研磨盘的使用寿命。因此，在研磨过程中需要经常向盘面添加新的研磨膏。
此外，在涂粉之前对研磨盘盘面的预处理也至关重要，一般需用油石或较粗的SiC研磨粉对盘面进行推磨，以去除车削沟纹，提高盘面的平整性。通过用 各种油石和SiC粉研磨盘面的比较试验，发现用TL280ZY1油石推磨盘面1小时后再涂以W1细金刚石粉，可获得最理想的研磨盘面，此时盘面达到稳定的 时间最短，研磨后的刀刃锯齿度最小。而采用游离的SiC研磨粉则容易堵塞盘面上的孔隙，使金刚石粉难以大量而牢固地镶嵌于研磨盘上。
刃磨角对研磨质量的影响
刃磨角q是研磨的线速度方向与刀刃的夹角。当q>0°时，研磨方向从刀体指向刀刃，称为顺磨；当q<0°时，研磨方向从刀刃指向刀 体，称为逆磨。图2所示为刀刃锯齿度与刃磨角的关系。由于金刚石的抗拉强度极高，顺磨时，刀刃承受拉应力，因此磨后锯齿度较小；逆磨时，刀刃承受压应力， 因此磨后锯齿度较大。从图2可看出，当q大于且接近于0°时刀刃可获得最小的锯齿度，此时刃口处的应力方向与刀刃基本平行,而刀刃在此方向上有最高的抗拉 应力强度。平行于刀刃研磨的另一个好处是刀面的磨痕也与刀刃平行，在切削加工中不会复映到已加工表面，有助于提高切削加工质量。
盘面端跳和机床振动对研磨质量的影响
研磨盘面的端跳和机床的振动会引起研磨时盘面对刀刃的冲击，从而破坏刀刃的平直性，其中尤以盘面端跳的影响更为直接，这是因为由端跳引起的冲击方 向垂直于盘面。图3和图4分别为刀刃锯齿度与盘面端跳和机床振动的关系。从图中可见，盘面端跳和机床振动对刀刃锯齿度的影响都分别存在一个临界值，当小于 临界值时，刀刃锯齿度趋向于零；而当大于临界值时，刀刃锯齿度急剧上升。
为了减小盘面端跳，在用油石研磨盘面时，应同时检测盘面的端跳情况，并尽可能通过研磨消除端跳。然后还需进行研磨盘的在线动平衡，以减小运转时因机构不平衡而产生的振动。
端跳和振动还与研磨机的精度及减振性能有关。传统的木制顶尖研磨机因顶尖与转轴之间需要垫以纤维衬垫，同时由于木材刚性的限制，会导致研磨盘在高 速旋转时产生0.05～0.1mm的动态跳动；此外，木材和纤维物质的耐热性差，在高速滑动条件下很容易磨损而使转轴与顶尖之间产生间隙，因此需要经常调 整间隙、更换衬垫或木制顶尖。由于使用此类设备时不稳定因素较多，只有在设备状态最佳的某些不长的时间段内才能研磨出基本合格的天然金刚石刀具，即使是技 术熟练的操作人员，也只能达到30%～50%的加工合格率。
静压空气轴承的精度高于0.5µm，旋转平稳，且承托主轴的高压空气具有较强的吸振能力。所以采用静压空气轴承的研磨机即使研磨刀刃楔角只有45°的金刚石刀具，也能获得完美无缺的刀刃。对于一般的民用金刚石刀具，基本上可以达到100%的加工合格率。
偏向角对研磨质量的影响
偏向角w是在金刚石的被研磨面上实际研磨方向与最好磨方向之间的夹角。对于(110)面，当在最好磨方向(w=0°)研磨时，金刚石表面非常光 洁，且表面有较大起伏，这是因为在最好磨方向上，研磨盘面的不平度在金刚石表面得到了充分复映；当w=45°时，金刚石表面仍然相当光洁，但起伏程度变 小，并出现细小沟痕；当w=60°时，金刚石表面产生密集的深沟，研磨速率变得很低；在最难磨方向，金刚石表面充满一个个凹坑，研磨速率基本为零。 w<45°的区域均可认为是好磨方向，可以获得光洁的表面。对于(100)面，其好磨区域为w<15°。在好磨区域内锯齿度趋向于零，当 >45°后，刀刃上迅速出现较大崩口。对于(100)面同样可得到类似结果。
偏向角对表面质量的影响规律还可用于判断金刚石的最好磨方向，因为在最好磨方向研磨时，金刚石表面光亮且有较大起伏。
综上所述，金刚石刀具的研磨质量对各种加工条件都相当敏感，特别在研磨小刀刃楔角的金刚石刀具(如眼科手术刀、光纤切割刀和生物切片刀等)时尤其 如此。因此，在研磨时必须仔细处理研磨盘表面，使用极细的金刚石研磨粉，找到最好磨方向，并采用精度高、运转平稳且振动小的研磨机床(如空气静压轴承研磨 机)，在保证各种加工条件处于较理想状态时，即可研磨出无崩口、刀刃锯齿度小的高质量金刚石刀具。

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汽 车零部件正在朝着轻量化的方向发展。研究表 明，一辆轿车的质量若能减少10%，则其燃油经济性可提高3%～4%，同时汽车的排放也会降低。为此，各国的汽车制造厂家为了使发动机轻量化、高速化、高 功率化，并且有较高的耐久性，各种质量轻、强度高的材料在汽车零部件中的应用越来越广泛。铝合金的发动机缸体已经成为汽车轻量化的首选，蠕墨铸铁、超级合 金等也在汽车制造中占据一席之地。这些都对刀具提出了新的挑战。应对铝合金，尤其是高硅铝合金的应用，金刚石刀具的应用越来越多。这里所说的金刚石刀具， 既包括焊有金刚石片的刀具，也包括金刚石涂层的刀具。德国赛利公司提供的一种商品名为CCDia的纳米结构金刚石涂层，就对高硅铝合金的加工提供了一个优 秀的解决方案。而肯纳金属也推出了一种不含粘结剂的纯金刚石涂层产品KD1405，也是为了解决类似的加工高硅铝合金的刀具耐磨性问题。 蠕墨铸铁(CGI)是近期在汽车零部件制造中用到的 一种新型铸铁材料。蠕墨铸铁中的石墨呈珊瑚或蠕虫状，其金相结构不会如灰铸铁一样，会在加工中使应力增大和产生断裂线，而且不会像球墨铸铁那样，造成导热 率的损失。这种特性使蠕墨铸铁成为一种制造发动机高强度部件的材料。其加工特性介于球铁延展性与灰铸铁脆性之间，切屑为部分断裂。CGI的导热率为灰铸铁 的78%，这会加大刀具的热磨损效应；CGI的延展性好，抗拉强度和疲劳强度约为灰铸铁的两倍，这会使其更易产生毛刺。德国瓦尔特公司为铸铁加工研发了所 谓的“老虎刀片”Tiger"Tec技术，并在后来将这一技术扩展到钢件、不锈钢、难加工材料等多个领域。老虎刀片标志性的双色涂层，针对前后刀面的不同 加工特点使用不同的涂层，改善了对蠕墨铸铁的加工。山特维克可乐满的GC1020则有一层钛铝氮化物的物理涂层，能在较硬的刀片基底和应对不同加工性能所 需的韧性之间达到必要的平衡，从而改善蠕墨铸铁的加工。肯纳则在铸铁加工中除推出如KC9315等涂层硬质合金刀片外，还推进使用氮化硅陶瓷刀片如纯氮化 硅的KY3500以适应更高的加工速度。 加工高速化 为了降低加工成本，提高加工效率成为许多汽车零部件厂商关注的一个重点。而在 提高加工效率的措施中，最容易想到的，也许就是加工速度的提高。我在2006年参加《工具技术》、《机械工人》对肯纳金属的金属加工解决方案集团副总裁伯 纳德•诺斯的采访时，诺斯先生介绍说，在5年前肯纳推出其用于钢件加工的涂层硬质合金牌号KC9110时，客户应用这种牌号的平均切削速度约为 250m/min，而现在已经达到平均320m/min。加工的高速化带来对刀具更为严酷的要求。为了适应这种要求，刀具厂商采用了各种措施。肯纳介绍 说，他们已经突破了过去CVD涂层20mm的极限，现在已经可以达到30mm。这是改善涂层与基体结合力、改善多层涂层的层间结合力、改善表层涂层与工件 的接触等多种技术的结果。

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1 引言
采用传统的机械研磨方法制造金刚石刀具时，因研磨线速度高，局部压力大，对刀具表面及刃口冲击剧烈，不可避免地会导致刀具表面产生微小沟纹和较厚的加工变质层，且刀刃锯齿度较大，从而限制了刀具质量的进一步提高。试验表明，采用机械方法研磨金刚石的表面粗糙度极限值约为3nm，刀刃锯齿度最小只能达到几十纳米的数量级，表面加工变质层厚度约为200nm。
随着超精密加工技术的不断发展以及加工精度的不断提高，对金刚石刀具的精度及质量要求也更为苛刻。研究还发现，刀具表面变质层厚度将直接影响刀具的寿命与零件的加工质量。因此，开发新型的金刚石刀具加工方法无疑是突破机械研磨方法对刀具质量限制的有效途径。
此 外，如高精度轮廓仪、隧道扫描显微镜、原子力显微镜等仪器中使用的金刚石探针的前端球顶圆弧半径要求达到或小于1～2µm，精度要求高于0.1µm；加工 光通信用光栅表面的微细沟纹时，需要使用刀尖圆弧半径为0.1～3µm，并具有相当高的尺寸与形状精度的金刚石雕刻刀具。对于此类特殊要求，采用传统的机 械研磨方法或者无法达到，或者加工成本极高，因此也迫切需要开发新型的金刚石工具加工方法。
下面介绍近年来出现的四种较为典型的金刚石工具加工方法。
2 离子束溅蚀法
离子束溅蚀法是利用高能离子的轰击作用直接对被加工工件进行物理溅蚀，以实现原子级的微细加工。离子束溅蚀法的加工原理如图1所示。