近些年来在光学电子器件的生产中,用超精金刚石切削工具进行微切加工起到至关重要的作用。这是因为某些光学电子器件正向着高功能化和微型的方向发展。超精金刚石切削工具的传统应用主要是激光反射镜、红外线透镜、DVD拾感头透镜等的加工。光学电子器件中有些塑料元件是用金属模具压制的。这种金属模具的加工要求达到亚微米级成形精度和纳米级表面光洁度。此外,加工的元器件不只是平面和圆柱形,还有要求达到微米级精度的三维空间形状。因此,超精三维加工用金刚石铣刀是近些年来微型机床和生物医学上不可或缺的加工工具。
金刚石用作切削工具是因为它具有一系列优异性质。超精切削工具正是利用了金刚石的硬度、热导性和可形成锐利刀刃的特性。目前已研制出世界上最小的超精金刚石切削工,是采用单晶金刚石制作的。它之所以能进行高精度三维形状加工和镜面加工,关键在于十分锋利且经久耐磨的刀刃,刃锋的平滑度与轮廓精度要求十分严格,刃锋的平滑度要达到纳米级,刃尖圆度半径只有10纳米左右。目前应用的微型超精金刚石切削工具有下列三种。
1.超精纳微方形立铣刀
这种立铣刀是用一颗单晶金刚石制成,刀刃宽15um,厚4um,旋转直径30um,是目前世界上最小的立铣刀。其用途是加工光学元件、医用刀片以及微型机床零件上的三维曲线槽,特别是加工成形随意曲率的超细槽。
2.超精纳微球形立铣刀
在信息技术相关的领域,高速大信息容量的基础元件发展迅速。例如微距镜组。它是一组微型凸透镜和凹透镜在三维空间的组合,近些年来一直用于光通讯和液晶投影装置。
超精纳微球形立铣刀被用于三维表面微凹坑和随意曲率面的加工,例如微距镜组模子的加工等。这种球形立铣刀的弧形半径可以做到R30um,是世界上最小的球形立铣刀,加工精度可达到纳米级。
3.超细槽切削工具
这是一种以剃削和快速切削加工超细直线槽的工具,所加工的槽宽只有5um,是目前世界上能加工的最细槽。这种切削工具的典型应用就是全息摄影光学元件模具的成形加工。全息摄影光学元件是一种偏振光分散元件,透镜上有许多超细槽,槽的间距以微米计,利用光的衍射现象能够任意引起光谱衍射和聚光。
随着光电子学的发展,对超细槽的成形加工将会与日俱增。
