圆弧刃金刚石刀具刀尖圆弧圆度纳米级检测技术的研究

随着超精密切削技术的发展，对圆弧刃金刚石刀具的精度指标提出了更高的要求。而由于评价刀具刃磨质量的主要指标－刀尖圆弧圆度对测量的特殊要求，国内外都没有适合的高精度检测手段。因此本项目提出基于原子力显微镜和精密回转轴系来检测刀具刀尖圆弧圆度的新方法；针对圆弧刃金刚石刀具刀尖圆弧属于典型小圆弧的特点，立足于寻找一种合适的刀尖圆弧圆拟合方法；并针对圆弧刃金刚石刀具的使用要求建立刀具刀尖圆弧圆度的评价体系。经初步测算本项目完成的装置测量精度将达到50nm以下。测量得到的数据不仅可以用来评价刀具的刃磨质量，更能反映刃磨机床的动态特性，同样也可以为数控车削中的刀具补偿提供数据支持。本项目的成功将推动圆弧刃金刚石刀具刃磨技术的发展，并将推动超精密加工技术水平的提高。

超精密加工技术的代表性技术-单点金刚石车削中，金刚石刀具刀尖圆弧圆度是制约加工零件面形精度的最主要因素之一。目前一些关键零件的面形精度要求在数十纳米以内，如果没有纳米级精度的刀具补偿基本不能实现。而如何实现金刚石刀具刀尖圆弧圆度的纳米级精度检测是一个亟待解决的难题。因此本项目提出了基于原子力显微镜和精密回转轴系来检测刀具刀尖圆弧圆度的新方法；研制了一台新型的基于AFM和精密回转轴系的高精度刀具刀尖圆弧检测系统；建立了一套适用于金刚石刀具刀尖圆弧圆度的完整评价体系；通过两点法回转轴系误差分离技术最终实现了刀尖圆弧圆度的纳米级检测。经计算，该检测系统的测量不确定度误差为8nm。所建立的评价体系完全满足单点金刚石车削对金刚石刀具的特殊要求。值得一提的是该检测方法尤其适用于具有短圆弧特征的零件的高精度圆度检测，具有很好的应用前景。