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摘 要：通过对超精密车床、超精密加工材料特性、超精密加工刀具、超精密切削用量、加工冷却液及超精密检测技术等进行分析研究，总结出超精密车削技术研究的工程化加工技术，提高现有的加工水平，擴展了金刚石刀具加工的空白领域，为公司的研制产品和批产提供技术保障和技术储备。
关键词：铜铝合金 ；超精密加工；金刚石刀具；切削用量
1引言
为了适应国内外发展形势，目前，我公司产品正由精密型向超精密型转化，产品零件的精度、加工难度、复杂性等都在向更高层次发展。公司研制产品中，铜铝合金零件的精度要求越来越高，现有的加工水平已经不能满足公司的需求。因此，对超精密车削技术进行研究，充分应用高精密车床设备的各项功能，试验摸索合理的切削参数、刀具材料及冷却液，有效提高刀具的加工效率和使用寿命，实现超精密零件车削加工尤为重要。
2超精密车床的应用研究
超精密车床是实现超精密加工的首要条件，根据公司研制产品的需求，新购置的超精密车床HLV，主轴的径、轴向跳动量为0.0004mm、加工零件的圆度为0.5um、圆柱度为5um/100mm、表面粗糙度为Ra0.2um。为了更好发挥该车床各项功能，在加工试验中，依据加工检测零件的实际尺寸，对机床主轴进行微调，将机床的各参数调整到最佳状态。依据车床最小进刀刻度尺及光栅供数显用的最小尺寸精度0.008mm，做了两个表架，并安装精度为0.001mm的表以便控制切削深度，提高零件加工尺寸精度和稳定性。同时，摸索机床的各项参数，依据加工材料的特性，选择最佳的机床转速，尽量减少机床内部所有振动，提高机床工作时的平衡性。
3零件材料的理论分析
超精密加工的材料在化学成分、物理机械性能和加工工艺上都有严格的要求，材料应选择质地均匀，不能有杂质，性能要一致、稳定，无外部和内部缺陷，如杂质、砂眼。
铝合金具有密度小、塑性高、热导率高等优点，切削加工性能良好，是达到超精密加工优选材料。但铝合金的线膨胀系数很高，加工该材料的薄壁零件易出现变形的缺陷。固溶处理加时效状态的2A12铝合金，具有良好的机械加工性能，退火状态的机械加工性能差些。铜合金具有较高的强度和优良的冷、热加工性，易于进行各种形式的压力加工和切削加工。
4切削液的选择
在切削加工中，合理地使用金属切削液可以降低切削时的切削力以及刀具与工件之间的摩擦，及时带走切削区内产生的热量以降低切削温度，减少刀具磨损，提高刀具耐用度，同时能减小工件热变形，抑制积屑瘤和鳞刺的生长，从而提高生产效率，改善工件表面粗糙度，保证工件加工精度，达到最佳经济效果。
铝合金加工切削液一般选用水溶性冷却液，精加工时用航空煤油比较好，可明显减小加工表面粗糙度，而且在低速时表面粗糙度也很小，使用切削液后，能消除积屑瘤对加工表面粗糙度的影响。精加工铜合金时，切削液无明显效果，可以进行干切削，也可用中等浓度的水基切削液或乳化液，或者用煤油作为切削液。
5刀具材料的选择
有色金属的超精密车削加工，一般都采用天然金刚石刀具，但天然金刚石刀具价格昂贵。人造聚晶金刚石有着相类似的性能，刀具价格与天然金刚石刀具相比低很多。为适应公司的工程应用，该项目选择人造聚晶金刚石刀具用于有色金属的超精密加工。
金刚石刀具特点：金刚石有着一系列优异的特性，如硬度、耐磨性、强度极高、导热性好、和有色金属摩擦因素低、能磨出极锋锐的切削刃等。
6切削用量的选择
切削用量包括切削深度、进给量、切削速度三要素，切削速度向来是影响刀具耐用度最主要的因素，但是切削速度的高低对金刚石刀具的磨损影响甚微，原因是金刚石的硬度极高，耐磨性好，热传导系数高，和有色金属间的摩擦系数低，因此切削温度低，在加工有色金属时刀具耐磨度甚高，可用很高的切削速度1000～2000m/min，而刀具的磨损甚小。刀具是否已磨损，将以加工表面质量是否下降超差为依据。因此超精密切削时，切削速度并不受刀具寿命的制约，这是和普通的切削规律不同的。超精密切削实际速度的选择根据所使用的超精密机床的动特性和切削系统的动特性选取，即选择振动最小的转速。因为在该转速时表面粗糙度最小、加工质量最高。使用质量好，特别是动特性好，振动小的超精密机床可以使用高的切削速度，可以提高加工效率。
7加工验证
7.1金刚石对铜合金加工验证
根据前期的理论分析结果确定加工参数，金刚石刀具是购置的成型刀片，因此刀具几何参数是固定的，但刀尖圆弧半径R0.4mm不适宜超精密加工，需对刀尖圆弧半径进行刃磨；加工铜合金零件9件，冷却液选用航空汽油。
从试验结果分析可知，在吃刀深度0.005（mm）、进给量0.005（mm/r）的情况下，转速分别为500（r/min）、1100（r/min）、1500（r/min）进行试验，其结果表面粗糙度，圆度和圆柱度比较好。因此，验证了前期的理论分析结果：金刚石刀具加工有色金属，切削速度不是影响加工的主要因素，只有吃刀深度、进给量影响加工效果，而且通过以上数据可以看出，吃刀深度0.005（mm）、进给量0.005（mm/r）加工效果最好。
为进一步摸索车床的动特性，需要摸索出车床振动最小的转速，在吃刀深度选择0.005（mm）、进给量选择0.005（mm/r）的情况下，三种转速进行试验。
用金刚石刀具加工铜合金试验件5件，转速选择分别为1500（r/min）、1100（r/min）、500（r/min），冷却液选用航空汽油。
从试验测试数据可知：转速为500（r/min）时，表面粗糙度有4件小于0.05um，1件0.07um；圆度有3件小于0.5um，有2件大于0.5um；圆柱度有2件小于1um，有3件大于1um，加工尺寸不稳定。
转速为1100（r/min）时，零件表面粗糙度在0.04um至0.06um以内，圆度在0.2um至0.3um以内，圆柱度在0.6um至0.8um以内，加工尺寸较稳定，满足设定加工精度要求。
转速为1500（r/min）时，零件表面粗糙度在0.05um至0.07um以内，圆度在0.3um至0.5um以内，圆柱度在0.8um至0.1um以内，加工尺寸较稳定，满足设定加工精度要求。
由试验数据比较可知：转速低时，表面粗糙度较好，但圆柱度不稳定，随着转速增高，零件的表面粗糙度和圆柱度值都有所降低，转速为1100（r/min）时，车床振动最小。加工者从500（r/min）致1500（r/min）空运行观察，机床振动较小的区域为800（r/min）致1500（r/min）。
7.2金刚石对铝合金加工验证
根据前期理论分析结果，铜合金和铝合金因其硬度和强度较低，导热性能也好，刀具几何参数和切削用量基本一致。因此，通过对铜合金的加工验证情况，切削用量方面，在吃刀深度选择0.005（mm）、进给量选择0.005（mm/r）的情况下，分别按1500（r/min）、1100（r/min）两种转速进行两组试验。
由两组试验所测数据比较可知：金刚石刀具加工铝合金，两种转速中，选择转速1500（r/min）加工时，表面粗糙度比转速1100（r/min）好，但转速1100（r/min）加工时，圆度和圆柱度较好。
8结束语
通过对超精密车床HLV的结构、原理、性能参数的了解，充分利用其加工精度高的特点，对环境、振动等进行严格的控制，尽量减小影响加工的因素。摸索车削参数对机床振动的影响，选择合理参数避免共振区域，并进行加工验证，将机床调到最佳参数，加工出高精度零件，为公司后续精密零件的加工提供了工艺技术保障。
参考文献：
[1] 孟少龙.机械加工工艺手册 .机械工业出版社. 1991.9.
关键词：铜铝合金 ；超精密加工；金刚石刀具；切削用量
1引言
为了适应国内外发展形势，目前，我公司产品正由精密型向超精密型转化，产品零件的精度、加工难度、复杂性等都在向更高层次发展。公司研制产品中，铜铝合金零件的精度要求越来越高，现有的加工水平已经不能满足公司的需求。因此，对超精密车削技术进行研究，充分应用高精密车床设备的各项功能，试验摸索合理的切削参数、刀具材料及冷却液，有效提高刀具的加工效率和使用寿命，实现超精密零件车削加工尤为重要。
2超精密车床的应用研究
超精密车床是实现超精密加工的首要条件，根据公司研制产品的需求，新购置的超精密车床HLV，主轴的径、轴向跳动量为0.0004mm、加工零件的圆度为0.5um、圆柱度为5um/100mm、表面粗糙度为Ra0.2um。为了更好发挥该车床各项功能，在加工试验中，依据加工检测零件的实际尺寸，对机床主轴进行微调，将机床的各参数调整到最佳状态。依据车床最小进刀刻度尺及光栅供数显用的最小尺寸精度0.008mm，做了两个表架，并安装精度为0.001mm的表以便控制切削深度，提高零件加工尺寸精度和稳定性。同时，摸索机床的各项参数，依据加工材料的特性，选择最佳的机床转速，尽量减少机床内部所有振动，提高机床工作时的平衡性。
3零件材料的理论分析
超精密加工的材料在化学成分、物理机械性能和加工工艺上都有严格的要求，材料应选择质地均匀，不能有杂质，性能要一致、稳定，无外部和内部缺陷，如杂质、砂眼。
铝合金具有密度小、塑性高、热导率高等优点，切削加工性能良好，是达到超精密加工优选材料。但铝合金的线膨胀系数很高，加工该材料的薄壁零件易出现变形的缺陷。固溶处理加时效状态的2A12铝合金，具有良好的机械加工性能，退火状态的机械加工性能差些。铜合金具有较高的强度和优良的冷、热加工性，易于进行各种形式的压力加工和切削加工。
4切削液的选择
在切削加工中，合理地使用金属切削液可以降低切削时的切削力以及刀具与工件之间的摩擦，及时带走切削区内产生的热量以降低切削温度，减少刀具磨损，提高刀具耐用度，同时能减小工件热变形，抑制积屑瘤和鳞刺的生长，从而提高生产效率，改善工件表面粗糙度，保证工件加工精度，达到最佳经济效果。
铝合金加工切削液一般选用水溶性冷却液，精加工时用航空煤油比较好，可明显减小加工表面粗糙度，而且在低速时表面粗糙度也很小，使用切削液后，能消除积屑瘤对加工表面粗糙度的影响。精加工铜合金时，切削液无明显效果，可以进行干切削，也可用中等浓度的水基切削液或乳化液，或者用煤油作为切削液。
5刀具材料的选择
有色金属的超精密车削加工，一般都采用天然金刚石刀具，但天然金刚石刀具价格昂贵。人造聚晶金刚石有着相类似的性能，刀具价格与天然金刚石刀具相比低很多。为适应公司的工程应用，该项目选择人造聚晶金刚石刀具用于有色金属的超精密加工。
金刚石刀具特点：金刚石有着一系列优异的特性，如硬度、耐磨性、强度极高、导热性好、和有色金属摩擦因素低、能磨出极锋锐的切削刃等。
6切削用量的选择
切削用量包括切削深度、进给量、切削速度三要素，切削速度向来是影响刀具耐用度最主要的因素，但是切削速度的高低对金刚石刀具的磨损影响甚微，原因是金刚石的硬度极高，耐磨性好，热传导系数高，和有色金属间的摩擦系数低，因此切削温度低，在加工有色金属时刀具耐磨度甚高，可用很高的切削速度1000～2000m/min，而刀具的磨损甚小。刀具是否已磨损，将以加工表面质量是否下降超差为依据。因此超精密切削时，切削速度并不受刀具寿命的制约，这是和普通的切削规律不同的。超精密切削实际速度的选择根据所使用的超精密机床的动特性和切削系统的动特性选取，即选择振动最小的转速。因为在该转速时表面粗糙度最小、加工质量最高。使用质量好，特别是动特性好，振动小的超精密机床可以使用高的切削速度，可以提高加工效率。
7加工验证
7.1金刚石对铜合金加工验证
根据前期的理论分析结果确定加工参数，金刚石刀具是购置的成型刀片，因此刀具几何参数是固定的，但刀尖圆弧半径R0.4mm不适宜超精密加工，需对刀尖圆弧半径进行刃磨；加工铜合金零件9件，冷却液选用航空汽油。
从试验结果分析可知，在吃刀深度0.005（mm）、进给量0.005（mm/r）的情况下，转速分别为500（r/min）、1100（r/min）、1500（r/min）进行试验，其结果表面粗糙度，圆度和圆柱度比较好。因此，验证了前期的理论分析结果：金刚石刀具加工有色金属，切削速度不是影响加工的主要因素，只有吃刀深度、进给量影响加工效果，而且通过以上数据可以看出，吃刀深度0.005（mm）、进给量0.005（mm/r）加工效果最好。
为进一步摸索车床的动特性，需要摸索出车床振动最小的转速，在吃刀深度选择0.005（mm）、进给量选择0.005（mm/r）的情况下，三种转速进行试验。
用金刚石刀具加工铜合金试验件5件，转速选择分别为1500（r/min）、1100（r/min）、500（r/min），冷却液选用航空汽油。
从试验测试数据可知：转速为500（r/min）时，表面粗糙度有4件小于0.05um，1件0.07um；圆度有3件小于0.5um，有2件大于0.5um；圆柱度有2件小于1um，有3件大于1um，加工尺寸不稳定。
转速为1100（r/min）时，零件表面粗糙度在0.04um至0.06um以内，圆度在0.2um至0.3um以内，圆柱度在0.6um至0.8um以内，加工尺寸较稳定，满足设定加工精度要求。
转速为1500（r/min）时，零件表面粗糙度在0.05um至0.07um以内，圆度在0.3um至0.5um以内，圆柱度在0.8um至0.1um以内，加工尺寸较稳定，满足设定加工精度要求。
由试验数据比较可知：转速低时，表面粗糙度较好，但圆柱度不稳定，随着转速增高，零件的表面粗糙度和圆柱度值都有所降低，转速为1100（r/min）时，车床振动最小。加工者从500（r/min）致1500（r/min）空运行观察，机床振动较小的区域为800（r/min）致1500（r/min）。
7.2金刚石对铝合金加工验证
根据前期理论分析结果，铜合金和铝合金因其硬度和强度较低，导热性能也好，刀具几何参数和切削用量基本一致。因此，通过对铜合金的加工验证情况，切削用量方面，在吃刀深度选择0.005（mm）、进给量选择0.005（mm/r）的情况下，分别按1500（r/min）、1100（r/min）两种转速进行两组试验。
由两组试验所测数据比较可知：金刚石刀具加工铝合金，两种转速中，选择转速1500（r/min）加工时，表面粗糙度比转速1100（r/min）好，但转速1100（r/min）加工时，圆度和圆柱度较好。
8结束语
通过对超精密车床HLV的结构、原理、性能参数的了解，充分利用其加工精度高的特点，对环境、振动等进行严格的控制，尽量减小影响加工的因素。摸索车削参数对机床振动的影响，选择合理参数避免共振区域，并进行加工验证，将机床调到最佳参数，加工出高精度零件，为公司后续精密零件的加工提供了工艺技术保障。
参考文献：
[1] 孟少龙.机械加工工艺手册 .机械工业出版社. 1991.9.