微观形貌分析刀具磨损对超精密车削的影响

在大型光学零件的超精密车削加工中，刀具磨损引起的表面质量劣化严重制约了这些零件的光学性能^[1-3]。为了研究刀具磨损对表面微观形貌的影响，对铜的超精密车削进行了实验研究^[4,5]。

讨论和评价了不同切割距离下金刚石刀具的磨损特性和超精密车削表面的微观形貌。研究了在不同切削参数和刀具磨损条件下，工件材料的塑性变形行为。并对加工表面的功率谱密度和衍射光学特性进行了定量的分析。

试验结果表明，在金刚石车削铜的过程中，当车削距离小于24 km时，刀具磨损主要表现为刀具刃口上的微小破损。随着切割距离的增加，微观断裂逐渐发展为连续磨损区，磨损区的扩大归因于解理断裂的累积和均匀的机械磨损。此外，刀具磨损的增加会导致更明显的周期性表面微观形貌和更大的材料堆积高度，这将恶化超精密车削表面的光学性能，增强其衍射效果。

为了解刀具磨损对表面光学性能的影响，对刀具磨损对超精密车削表面微观形貌的影响进行了实验研究。分析了金刚石刀具在不同切削距离下的磨损机理，讨论了不同刀具磨损条件下金刚石车削表面的微观形貌特征。此外，还给出了金刚石车削表面的一维PSD和衍射斑分布，以验证实验结果。

最后，根据衍射图的灰度值，对加工表面的光学性能进行了定量的分析和评价。在金刚石车削铜的过程中，当车削距离小于24公里时，金刚石刀具的磨损机制主要表现为微小破损。随着切割距离的增加，金刚石刀具刃口处逐渐堆积起一系列的微解理断口，分离出来的微断口将发展为连续磨损区，从而形成均匀的机械磨损。

在刀具几何参数和切削参数相同的情况下，刀具磨损是决定材料塑性变形的主要因素，刀具磨损对表面微观形貌的产生起主导作用。刀具磨损的增加会加剧未去除材料的塑性侧向流动，增大材料堆积高度，从而导致更多周期性的表面微观形貌和更大的表面粗糙度。

刀具刃口的微破损会导致不同空间波长的周期性织构数量增加，其数量小于进给速度。刀具磨损引起的周期性织构高度的增加可能使PSD在非零频率下变大。当切割距离达到72 km时，与进给速度12μm/r密切相关的空间波长为14.1μm的周期性织构将主导表面微形貌的产生。

随着切割距离和刀具磨损的增加，衍射斑的分布特征发生了显著的变化。刀具磨损引起的生长物质堆积会增强金刚石车削表面的衍射效应，降低其光学性能。随着切割距离的增加，0级衍射斑的强度逐渐向高阶衍射斑转移。当切割距离从2公里增加到72公里时，高阶光斑的第一局部最大灰度值从14.0增加到158.3。

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