近年來，隨著使用
機(jī)床的發(fā)展，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、紅外
透鏡的加工，以及用于制作類似DVD信號(hào)檢出探頭透鏡的塑料透鏡注射模的加工。此外，近年來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。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，它們能滿足上述加工要求。
B4&@PX"'>, V0L^pDLOV 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、熱導(dǎo)性以及鋒利刃口的成形性）。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。
C4Q ^WU+$j (@M=W.M# 近年來，在
光學(xué)微電子設(shè)備市場(chǎng)上，隨著裝備小型化和高性能化的發(fā)展趨勢(shì)，對(duì)基于超精金剛石刀具的微切削加工需求越來越大。在光學(xué)裝置用塑料零件的金屬
模具加工中，要求達(dá)到亞微米級(jí)的成形精度和納米級(jí)的表面粗糙度。此外，加工對(duì)象不僅僅有平面和圓柱面，也有三維曲面形狀，并要求達(dá)到微米級(jí)精度。
IqEY.2KN ap\2={u^| 為了滿足這些需求，我們開發(fā)了世界上最小級(jí)別的超精密金剛石切削刀具（UPC微納成形刀具）。本文將介紹我們制造的UPC（超精切削刀具）的性能，以及在三維形狀微加工中的應(yīng)用。
T~%5^+[h 7(~^6Ql! UPC超精金剛石切削刀具的性能
/w!b2 KwV ")HTUlcAe} 超精金剛石切削刀具采用單晶金剛石作為刀具材料。由于利用了金剛石材料的優(yōu)異特性，切削刃非常鋒利和耐用，可將超精加工機(jī)床的運(yùn)動(dòng)精確復(fù)映到被加工工件材料上，因此可用于高精度三維形狀和鏡面表面的加工。
oCSf$g8q -z0,IYG } 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，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。刀尖圓弧半徑越小，切削深度也就越小，切屑的切削和去除過程才能平穩(wěn)進(jìn)行而不會(huì)損壞加工表面，此外，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。UPC刀具的切削刃圓弧可達(dá)到50納米或更小。
< V"' j 5Zn3s() 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。因此，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，我們已經(jīng)達(dá)到了等于或小于50納米的世界最高精度。為實(shí)現(xiàn)這樣的切削性能，我們自行開發(fā)了專有的高精度測(cè)量系統(tǒng)。此外，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。通過應(yīng)用這些專有技術(shù)，我們開發(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。
Q=gVx S Px=/fO G UPC微納成形刀具
]-)qL[ Q QE!cf@~n" 迄今為止，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、離子束加工法等）。這些加工方法有其不足之處，如難以獲得光滑的曲面，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步進(jìn)逼近而成形的。與此相反，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程都是由鋒利的切削刃來完成的，因此能夠獲得光滑的傾斜平面或曲面。此外，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。另外一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是增加了材料的選擇范圍。
*NDLGdQqz b_Ba0 h= 由于具有以上特點(diǎn)，近年來對(duì)這種刀具的需求一直在不斷增長(zhǎng)，它不僅用于光電基礎(chǔ)零部件的加工，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。我們已經(jīng)成功開發(fā)了3種類型的微納成形刀具，以下將介紹其成形加工實(shí)例。
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