刀具钝化技术是二十世纪末欧美等发达国家为提高刀具使用寿命、切削效率和降低成本提出来的。刀具钝化在刀具生产过程中极为重要,它影响着刀具的各项使用性能。刀具是机床的“牙齿”,其刃口的结构形式和表面质量决定了刀具能否顺利进行切削加工。经过磨削加工的刀具刃口,存在不同程度的缺陷,严重影响刀具加工性能。出现这些现象主要是由于没有钝化工序,因此刀具钝化工序是非常必要的。刀具钝化就必须有相应的机床,这就要设计出经济、适用的刀具钝化机床,所以研究刀具钝化机床十分有意义。在查阅、分析了大量的国内外文献基础上,提出了基于微磨料水射流的刀具钝化方法。本文通过对各种刀具钝化机床的发展状况、加工原理、优缺点的分析研究,结合微磨料水射流技术的加工特点、产生方法、关键技术等方面的系统研究,旨在利用微磨料水射流技术设计一台实用的基于微磨料水射流的刀具钝化机床。本文对微磨料水射流刀具钝化机床进行了结构设计。钝化工作台采用四轴结构,分别为桥架(X轴方向)、横梁(Y轴方向)、钝化刀头(Z轴方向)、旋转轴A,此外还有水平螺杆送料轴B,工作台由数控系统驱动沿X、Y向移动,Z轴上下移动,钝化刀头置于固定刀架Z轴上。工作台的中央位置设计有磨料回收箱。采用滚动直线导轨副和滚珠丝杠副无齿隙齿轮齿条的组合,从而保证进给系统的精度。刀具钝化夹具装置在小批量情况下采用螺母压紧式,在大批量情况下则采用气缸组合夹紧式。根据刀具钝化机床的三维结构模型,应用动力学方程建立刀具钝化机床X轴和旋转轴A的传动系统物理、数学模型。考虑到机床的精度、经济性、实用性、等方面的因数,本机床选用半闭环伺服系统。本机床的X、Y、Z轴选用富士GYS401D C2-T2A型交流伺服电机,以及RYC401S3-VVT2型伺服驱动器。通过对机床运动精度验算,机床的定位精度可达4μm和重复定位精度为4μm。本文推导出机床滚珠丝杠系统的导热微分方程以及热应力的广义虎克定律。建立滚珠丝杠系统的热分析有限元模型,通过温度场分析得到滚珠丝杠系统中整个螺母的温度最高,约为24.657~oC,温升为4.657~oC;左右轴承的温度约为24.14~oC,温升为4.14~oC;滚珠丝杠与螺母和轴承接触部分的温度较高,大约22.587~oC,其余部分的温度不超过21.552~oC。然后将分析得到的温度作为载荷加载到模型上进行热—结构耦合分析,得到整个滚珠丝杠系统的热变形比较大,热变形量最大的地方位于螺母上,变形形式为轴向窜动和径向膨胀,最大热变形量达到4.9μm;而丝杠的热变形比较小,由于受到螺母传导热的影响,最大变形发生在靠近螺母处,大约为1.633μm。本文设计开发了水平螺杆送料装置,其输送的流量为23.67g/min~109.48 g/min。同时通过对磨料喷嘴的研究,专门设计了的准矩形磨料喷嘴。本文进行了基于微磨料水射流的刀具钝化实验研究。实验过程中,测得矩形刀片的平均温度为25.2~oC,三角形刀片平均温度为34.9~oC,远远低于刀片表面烧伤和污染的温度。钝化后的刀片,矩形刀片的表面粗糙度从Ra0.0258变为Ra0.654,而三角形的则从Ra0.0338变为Ra0.5262。钝化的刀片,刀刃成近似对称圆弧状,而没有钝化的刀刃成锐角状。矩形硬质合金刀片的平均刃口半径为21.79μm,而三角形的平均刃口半径为22.12μm。钝化后的刀具边缘在显微镜下进行观察比较光滑,没有任何磨料颗粒特征,对被钝化的刀具的金相组织没有影响。