（机械制造及其自动化专业论文）基于单片机at89s52控制的金刚石研磨装置开发.pdf

ad i s s e r t a t i o ns u b m i t t e dt og u a t e c h n o l o g yf o rt h ed e g r e eo fm a s t e ro fe n g i n e e r i n gs c i e n c e d e v elo p men to fdiamond sla pp e dm ac hineb as e o nm c ua t 8 9 s 5 2 c a n d i d a t e ：z h a n gw e i s u p e r v i s o r p r o f f uh u i n a n m a y2 0 10 f a c u l t yo fe l e c t r o m e c h a n i c a le n g i n e e r i n g g u a n g d o n gu n i v e r s i t yo ft e c h n o l o g y g u a n g z h o u ，g u a n g d o n g ，p r c h i n a ，5 10 0 9 0 摘要 摘要 金刚石具有优异的物理、化学、机械性能，被广泛应用于科技产业及工程技术领 域。这些应用经常要求高精度地加工制作金刚石，使其表面平整、光滑以及具有一定 的尺寸、表面形状精度。但由于金刚石本身具有高硬度、耐磨、易脆、耐蚀等独特性 能，使得金刚石在常规的机械研磨中获得有形状要求的高精度及粗糙度值极低的金刚 石表面相当困难，其迫切需要解决而得到广泛应用。目前尽管人们研究各种金刚石加 工方法，但机械研磨由于技术成熟、加工稳定、易于控制、成本较低，仍然是主要的 加工技术手段。 在金刚石机械研磨过程，加工条件、环境、设备和操作技术是影响金刚石研磨精 度和效率的主要因素。其中改进研磨设备，提高研磨装置运行的精度和平稳性，成为 能否加工出高质量金刚石表面精度的关键问题。 本文分析了，在机械研磨方法中影响金刚石研磨质量和研磨效率的工艺参数，在 此基础上提出了由精密主轴系统、悬臂梁微进给机构、以及模拟仪表组成基于a t 8 9 s 5 2 单片机的弹性浮动研磨装置。包括以下部分的开发研究： 1 设计并制作了小型、精密的主轴系统。它采用无位置传感器无刷直流电机技术结合 流体动力轴承技术，使得电机运行平稳、精度高。但无位置传感器无刷直流电舍弃 位置传感器，虽然使得它结构简单，但电机控制复杂。针对这个问题，本文采用控 制芯片t b 6 5 3 7 和驱动集成电路t a 8 4 0 0 5 作为主轴系统控制核心，设计外围电路。 同时，采用p w m 控制实现主轴系统的调速，实现了主轴的正反转运行。 2 设计悬臂梁微进给系统实现金刚石研磨轨迹控制。悬臂梁系统由音圈电机、轴承、 悬臂刚性部分，悬臂弹性部分组成。环形的音圈电机，通过轴承使悬臂梁在研磨盘 面作反复的微进给运动，使研磨盘各部分都可对金刚石进行加工，提高了加工的效 率，以及研磨盘面的磨粒使用寿命。 3 设计模拟仪表动态对金刚石加工温度进行监测。通过k 型热电偶对金刚石加工时 表面温度进行采集，k 型热电偶信号放大与数字转换芯片m a x 6 6 7 5 将采集的温度 数据送入下位机a t 8 9 s 5 2 ，然后下位机a t 8 9 s 5 2 将采集数据处理并通过r s 2 3 2 串 口通信传送到上位机模拟仪表。模拟仪表用c 拌编程开发，它能将显示的数据保存 进数据库，方便以后对数据进行分析。 关键词：金刚石；主轴系统；悬臂梁微进给；模拟仪表 a bs t r a c t d i a m o n dh a se x c e l l e n tp h y s i c a l ，c h e m i c a l ，m e c h a n i c a lp r o p e r t i e s ，s oi t i s w i d e l yu s e dt os c i e n c ea n de n g i n e e r i n gf i e l dw h e r en e e dd i a m o n dc u t t i n gt o o l w i t hs m o o t hs u r f a c ea n dp r e c i s es i z e a sw e l la ss h a p e d i a m o n di sr i g i d ， w e a r a b l e ，f r i a b l e ，r e s i s te r o d e a n do t h e ru n i q u ep r o p e r t i e s ，s oi t i s v e r y d i f f i c u l tt oo b t a i nh i g h p r e c i s i o na n dl o wr o u g h n e s sv a l u e o ft h ed i a m o n d s u r f a c er e q u i r e ds h a p ei nc o n v e n t i o n a lm e c h a n i c a ld i a m o n dl a p p i n g ，t h a tn e e d t ob er e s e a r c he m e r g e n t l yi no r d e rt ob eu s e dw i d e l y t h e r ea r em a n ym e t h o d s o fm a k i n gc u t t i n gt o o ln o w ，b u tm e c h a n i c a ll a p p e dm e t h o di sm o s t l yu s e dt o m a k ec u t t i n gt 0 0 1 b e c a u s eo fm a t r u et e c h n o l o g y ，p r o c e s ss t a b i l i z a t i o n ，e a s y c o n t r o la n dl o wc o s t i np r o c e s s i n g so fd i a m o n dl a p p i n g ，t h e r ea r es o m ef a c t o r sw h i c h i n f l u e n c ed i a m o n dl a p p i n g ，l i k ep r o c e s sc o n d i t i o n ，e n v i r o n m e n t ，e q u i p m e n t a n do p e r a t es k i l l b u tm o s ti m p o r t a n ta n db a s ep r o b l e mi si m p r o v i n gl a p p e d e q u i p m e n t ，s oh o wt oi m p r o v em o v e sp r e c i s i o na n ds t a b i l i z a t i o no fl a p p e d m a c h i n ei st h ek e yp r o b l e m t h ep a p e ra n a l y z e sp a r a m e t e r so fd i m o n dl a p p e dq u a l i t ya n de f f i c i e n c y i nm e c h a n i c a ll a p p e dm e t h o d ，o nt h eb a s i sp u tf o r w a r d af l e x i b i l i t yo fa f l o a t i n gd e v i c eb a s e do na t 8 9 s 5 2 m i c r o c o n t r o l l e rc o n s i s t so fp r e c i s i o n g r i n d i n gs p i n d l es y s t e m ，c a n t i l e v e r m i c r o f e e dm e c h a n i s m ，a n da n a l o g i n s t r u m e n t a t i o nc o m p o n e n t t h ep r e c i s el a p p e d m a c h i n ei n c l u d e s t h e s e r e s e a r c h e s ： 1 t h em i n i t y p ea n dp r e c i s es p i n d l es y s t e mh a sb e e nd e s i g n a n dd o n e i t a d o p t s f l u i dd y n a m i cb e a r i n g st e c h n o l o g ya n ds e n s o r l e s sb l d cm o t o r t e c h n o l o g ys ot h a ts p i n d l es y s t e mr o t a t e ss t a b l ya n dp r e c i s e l y t h o u g ht h e m o t o rf i g u r ei ss i m m p l e ，t h ec o n t r o ls y s t e mi sv e r yc o m p l i c a t e db e a c a u s e o fn op o s i t i o ns e n s o r 。i no r d e rt os o l v et h i sp r o b l e m ，3 - p h a s es e n s o r l e s s i i i b r u s h l e s sd cm o t o rc o n t r o l l e rt b 6 5 37a n dd r i v e ri c t a 8 4 0 0 5a r e a d o p t e da s c o r eo fs p i n d l e s y s t e m ，a n dt h ep e r i p h e r a lc i r c u i th a sb e e n d e s i g n m e a n w h i l e ，t h eu s eo fp w mc o n t r o lt oa c h i e v et h es p e e ds p i n d l e s y s t e m ，a c h i e v er e v e r s i b l er u no fs p i n d l es y s t e m 2 t h ec a n t i l e v e rm i c r of e e dm e c h a n i s mi s d e s i g n e d t oa c h i e v et r a c k c o n t r o l t h ec o r eo fc a n t i l e v e rm i c o r of e e dm e c h a n i s mi sm a k eu po fv o i c e c o i l m o t o r ，b e a r i n g ，r i g i dp a r t so ft h ec a n t i l e v e r ，e l a s t i cp a r t so ft h e c a n t i l e v e r r i n g t h ev o i c ec o i lm o t o rm a k ec a n t i l e v e rt o r e p e a t e d m i c r o - f e e dm o t i o no nl a p p e dd i s kt h r o u g ht h eb e a r i n g ，s ot h a te a c hp a r to f t h e l a p p e d d i s kc a nb eu s e do nt h ed i a m o n d p r o c e s s i n g ，i m p r o v e d p r o c e s s i n ge f f i c i e n c y ，a n dt h ea b r a s i v el a p p e dd i s kl i f e 3 t h e a n a l o g i n s t r u m e n tt h a tm o n i t o r e d d y n a m i cd i a m o n dp r o c e s s i n g t e m p e r a t u r ei sd e s i g n e d t h es u r f a c et e m p e r a t u r ei sc o l l e c t e db y k t y p e t h e r m o c o u p l eo nt h ed i a m o n dp r o c e s s i n g ，k - t y p et h e r m o c o u p l es i g n a l a m p l i f i c a t i o na n dd i g i t a lc o n v e r s i o nc h i pm a x 6 6 7 5w i l ls e n dt e m p e r a t u r e d a t at ot h el o w e rm a c h i n ea t 8 9 s 5 2 1 0 w e rc o m p u t e ra t 8 9 s 5 2w i l lc o l l e c t d a t as e n tt ot h eh o s tc o m p u t e r s a n a l o gi n s t r u m e n tt h r o u g ht h er s 2 3 2 s e r i a lc o m m u n i c a t i o n a n a l o gi n s t r u m e n ti sd e v e l o p e dw i t hc j 5 p r o g r a m ， i no r d e rt oa n a l y s ed a t ai tw i l ls t o r ed a t at h a t d i s p l a y e d o na n a l o g i n s t r u m e n ti nt h ed a t a b a s e k e y w o r d s ：d i a m o n d ；s p i n d l es y s t e m ；c a n t i l e v e rm i c r of e e dm e c h a n i s m ； a n a l o gi n s t r u m e n t i v 目录 目录 摘要i a b s t r a c t i i i 目录：v c o n t e n t s v i i i 第一章绪论1 1 1 _ 本课题的研究意义1 1 2 国内外研究的现状1 1 2 1 金刚石加工特性1 1 2 2 金刚石表面制作方法2 1 2 3 机械研磨方法中影响研磨质量和研磨效率的工艺参数4 1 2 4 机械研磨装置的技术分析4 1 3 课题来源与主要的研究内容7 1 3 1 课题来源7 1 3 2 课题研究的主要目标7 1 3 3 课题研究的主要内容7 第二章研磨装置总体设计及组成分析1 0 2 1 处理器芯片选择1 o 2 1 1 微处理器芯片介绍1 0 2 1 2 单片机芯片的选择1 1 2 1 3a t 8 9 s 5 2 外围电路设计一13 2 2 研磨装置的总体设计方案1 5 2 3 研磨装置组成及作用16 2 3 1 主轴系统16 2 3 2 悬臂梁微进给系统1 7 2 3 3 模拟仪表系统17 2 4 本章小结1 8 第三章主轴系统分析及设计1 9 v 广东工业大学工学硕士学位论文 3 1 主轴系统振动与扰动分析19 3 1 1 研磨装置主轴研究概述2 0 3 1 2 主轴的振动和扰动分析2 0 3 2 无位置传感器无刷直流电机原理2 l 3 2 1 无刷直流电机工作原理21 3 2 2 反电动势控制技术2 3 3 3 主轴系统设计2 6 3 3 1 主轴系统的结构设计2 6 3 3 2 主轴系统控制设计。2 7 3 4 主轴系统实验分析3 2 3 4 1 主轴系统转速测试3 2 3 4 2 主轴系统振动测试3 3 3 5 本章小结3 5 第四章悬臂梁微进给机构设计。3 6 4 1 音圈电机原理3 6 4 2 悬臂梁微进给机构结构设计3 7 4 3 悬臂梁微进给机构控制系统设计3 8 4 3 1h 桥驱动电路原理3 8 4 3 2 音圈电机控制芯片m 5 4 5 4 4 a l 4 0 4 3 3 电路设计原理图4 2 4 3 4 控制流程图4 2 4 4 本章小结4 3 第五章模拟仪表设计4 4 5 1 虚拟仪器介绍4 4 5 2 温度信号的采集4 5 5 2 1 温度传感技术4 5 5 2 2k 型热电偶工作原理4 6 5 2 3k 型热电偶冷端温度补偿方法4 6 5 3 上位机开发环境认识4 7 5 3 1 n e t 开发环境介绍4 7 目录 5 3 2s q ls e r v e r 数据库认识51 5 4 模拟仪表硬件设计5 2 5 4 1 认识m a x 2 3 2 5 2 5 4 2r s 2 3 2 认识5 3 5 4 3k 型热电偶放大与数字转换芯片m a x 6 6 7 5 5 4 5 4 4 模拟仪表硬件电路图5 8 5 5 模拟仪表的软件设计6 0 5 5 1 数据采集模块6 0 5 5 2 串行通信模块6 l 5 5 3 上位机模拟仪表模块6 3 5 6 本章小结7 4 结论与展望7 5 参考文献。一7 7 攻读学位期间发表的论文8 0 独创性声明81 1 i ：谢8 2 v i i 广东工业大学工学硕士学位论文 c o n t e n t s a b s t r a c t ( i nc h i n e s e ) i a b s t r a c t i i i c o n t e n t s ( i nc h i n e s e ) v c o n t e n t s v i i i c h a p t e r1i n t r o d u c t i o n 1 1 1s i g n i f i c a n c eo ft h i ss u b j e c t ：；1 1 2r e s e a r c hs t a t u s 1 1 2 1d i a m o n dp r o c e s s i n gc h a r a c t e r i s t i c 1 1 2 2m a k i n gd i a m o n ds u r f a c e 2 1 2 3l a o fquality2 3l a p p i n gp r o c e s sp a r a m e t e r so fi m p a c tl a p p i n g q u a l i t ya n d e f f i c i e n c yi nm e c h a n i c a ll a p p i n gm e t h o d 4 1 2 4t e c h n i c a la n a l y s i so fm e c h a n i c a ll a p p i n gd e v i c e 4 1 3s u b j e c ts o u r c ea n dc o n t e n t so fs h b j e c t 7 1 3 1s o u r c eo fs h b j e c t 7 1 3 2t h em a i no b j e c t i v eo ft h er e s e a r c h 7 1 3 3r e s e a r c hw o r ko ft h es u b j e c t 7 c h a p t e r2d e s i g na n dc o m p o s i t i o no fl a p p i n ge q u i p m e n t 1 0 2 1s e l e c tp r o c e s s o rc h i p 1 0 2 1 1 d i c r o p r o c e s s o rc h i pi n t r o d u c e d 10 2 1 2s i n g l ec h i po fc h o i c e 1 1 2 1 3a t 8 9 s 5 2a n di t sp e r i p h e r a lc i r c u i td e s i g n 13 2 2t h eo v e r a l lb l o c kd i a g r a mo fl a p p i n gd e v i c e 15 2 3c o m p o s i t i o na n df u n c t i o no fl a p p i n gd e v i c e 16 2 3 1s p i n d l es y s t e m 16 2 3 2c a n t i l e v e rm i c r o f e e ds y s t e m 17 2 3 3a n a l o gi n s t r u m e n t a t i o ns y s t e m 17 2 4s u m m a r y 1 8 c h a p t e r3s p i n d l es y s t e m sa n a l y s i sa n dd e s i g n 1 9 3 1s p i n d l es y s t e mv i b r a t i o na n dp e r t u r b a t i o na n a l y s i s 1 9 3 1 1o v e r v i e ws p i n d l eo fl a p p i n ge q u i p m e n t 2 0 3 1 2s p i n d l ev i b r a t i o na n dp e r t u r b a t i o na n a l y s i s 2 0 3 2s e n s o r l e s sb r u s h l e s sd cm o t o rt h e o r y 2 1 3 2 1b r u s h l e s sd cm o t o rw o r k s 2 1 3 2 2e m fc o n t r o lt e c h n o l o g y 2 3 3 3s p i n d l es y s t e md e s i g n 一2 6 3 3 1s p i n d l es y s t e ms t r u c t u r a ld e s i g n 2 6 3 3 2s p i n d l es y s t e mc o n t r o ld e s i g n 2 7 3 4e x p e r i m e n t a la n a l y s i so fs p i n d l es y s t e m 3 2 3 4 1s p i n d l es y s t e ms p e e dt e s t 3 2 3 4 2s p i n d l es y s t e mv i b r a t i o nt e s t 3 3 3 5s u m m a r y 3 5 c h a p t e r4c a n t i l e v e rm i c r of e e dm e c h a n i s md e s i g n 3 6 4 1p r i n c i p l e so fv o i c ec o i lm o t o r 3 6 4 2c a n t i l e v e rm i c r o f e e dm e c h a n i s ms t r u c t u r a ld e s i g n 3 7 4 3c a n t i l e v e rm i c r o f e e dc o n t r o ls y s t e md e s i g n 3 8 4 3 1hb r i d g ed r i v ec i r c u i tp r i n c i p l e 3 8 4 3 2v o i c ec o i lm o t o rc o n t r o lc h i pm 5 4 5 4 4 a l 4 0 4 3 3c i r c u i ts c h e m a t i c 4 2 4 3 4c o n t r o lf l o wc h a r 4 2 4 4s u m m a r y 4 3 c h a p t e r5a n a l o gi n s t r u m e n td e s i g n 4 4 5 1v i r t u a li n s t r u m e n td e s c r i p t i o n 4 4 5 2t e m p e r a t u r es i g n a la c q u i s i t i o n 4 5 5 2 1t e m p e r a t u r es e n s o rt e c h n o l o g y 4 5 5 2 2k t y p et h e r m o c o u p l ew o r k s 4 6 5 2 3kt y p et h e r m o c o u p l ec o l dj u n c t i o nc o m p e n s a t i o n 4 6 i x 广东工业大学工学硕士学位论文 5 3u n d e r s t a n d i n go fp cd e v e l o p m e n te n v i r o n m e n t 4 7 5 3 1 n e td e v e l o p m e n te n v i r o n m e n ti n t r o d u c e d 4 7 5 3 2u n d e r s t a n d i n go fs q ls e r v e rd a t a b a s e 5 1 5 4a n a l o gi n s t r u m e n t a t i o nh a r d w a r ed e s i g n 5 2 5 4 1r e c o g n i z i n gm a x 2 3 2 5 2 5 4 2r s 2 3 2u n d e r s t a n d i n g 5 3 5 4 3 k t y p et h e r m o c o u p l ea m p l i f i c a t i o na n dd i g i t a lc o n v e r s i o n c h i pm a x 6 6 7 5 5 4 5 4 4a n a l o gi n s t r u m e n t a t i o nh a r d w a r ec i r c u i t 5 8 5 5a n a l o gi n s t r u m e n ts o f t w a r ed e s i g n ：6 0 5 5 1 d a t aa c q u i s i t i o nm o d u l e 6 0 5 5 2 s e r i a lc o m m u n i c a t i o nm o d u l e 6 1 5 5 3 p ca n a l o gi n s t r u m e n tm o d u l e 6 3 5 6s u m m a r y 7 4 c o n c l u s i o n s 7 5 r e f e r e n c e s 7 7 p u b l i c a t i o n sd u r i n g s t u d y 8 0 d e c l a r e 81 a c k n o w l e d g e m e n t 8 2 x 第一章绪论 第一章绪论 1 1 本课题的研究意义 作为自然界中最硬的物质，金刚石具有耐磨性好，热传导系数高，和有色 金属间的摩擦系数低，被制作成刀具广泛应用于精密和超精密加工领域。 这些应用经常要求高精度地加工制作金刚石，使其表面平整、光滑以及具 有一定的尺寸、表面形状精度。但金刚石具有最高的硬度，耐磨、易脆、 耐蚀等特异性能，同时也使得超精密金刚石刀具的制作极其困难，是产业 应用的关键技术，其迫切需要解决而得到广泛的研究。目前尽管人们研究 了各种金刚石加工方法，但其中机械研磨由于其技术成熟、加工稳定、易 于控制、成本较低等特点，仍然是主要的加工技术手段而被广泛采用。 目前国内部分企业采用进口设备( 如瑞士产r s12 、r s15 型，台湾产 f c 2 0 0 d 、f c 一5 0 0 d 型p c d & p c b n 专用刀具磨床等) 加工金刚石刀具，设 备性能稳定，加工精度高，但设备价格昂贵，加工成本较高。为了降低成 本，迫切需要深入研究金刚石刀具的研磨技术，开发出具有平稳、高效、 精密金刚石研磨装置。 以金刚石表面的研磨技术为基础，以计算机技术，控制技术为推动力， 适时对天然金刚石表面的制造装备与研磨工艺进行研究，特别是研究开发 能够稳定加工出高质量、高精度金刚石表面的研磨设备，使得超精密金刚 石刀具国产化，是我国精密加工领域的重要课题之一。 1 2 国内外研究的现状 1 2 1 金刚石加工特性 金刚石的化学成分为c ，与石墨同是碳的同质多象变体。在矿物化学 组成中，总含有s i 、m g 、a 1 、c a 、m n 、n i 等元素，并常含有n a 、b 、c u 、 f e 、c o 、c r 、t i 、n 等杂质元素，以及碳水化合物。金刚石矿物晶体构造 广东工业大学工学硕士学位论文 属等轴晶系同极键四面体型构造。碳原子位于四面体的角顶及中心，具有 高度的对称性。单位晶胞中碳原子间以同极键相连结，距离为1 5 4 ( 1o - l o m ) 。 碳原子以这种高密度强共价健方式存在，使金刚石晶体具有很强的结合力、 稳定性，同时又具有很强的方向性。 金刚石莫氏硬度为10 ，显微硬度为9 8 6 5 4 9 m p a ( 10 0 0 6 0 k g m m 2 ) ，绝 对硬度大于石英的10 0 0 倍，大于刚玉的15 0 倍。矿物性脆，贝壳状或参差 状断口，在不大的冲击力下会沿晶体解理面裂开，具有平行八面体的中等 或完全解理，平行十二面体的不完全解理。矿物质纯，密度一般为 3 4 7 0 3 5 6 0 k g m 3 。 金刚石晶体属于立方晶系，常见的金刚石为6 面体、8 面体和12 面体。 按照晶体学理论，立方晶系的金刚石晶体有3 个主要晶面：( 1o o ) ，( 1 l1 ) ， ( 1 10 ) 。由于每个晶面上原子排列形式和原子密度的不同以及晶面之间距离 的不同造成金刚石晶体各向异性，因此金刚石同一晶面不同晶向的性能差 异甚大。由于各个晶面不同方向性能上的差异，在对金刚石进行研磨加工 时，各晶面上所谓的“易磨”和“难磨”方向的磨削率相差很大。因此为了提 高单晶金刚石的研磨效率，就必须弄清各晶面的相对磨削率和各晶面的“易 磨”与“难磨”方向( 如图1 1 所示) 。 ( 1o o ) 晶面( 111 ) 晶面( 110 ) 晶面 图1 1 金刚石各晶面难易加工方向图i 1 1 f i g 1 - 1d i f f i c u l ta n de a s yg r i n d i n gd i r e c t i o no fd i a m o n dc r y s t a lf a c e t l 】 1 2 2 金刚石表面制作方法 机械研磨抛光：主要原理是采用金刚石研磨粉进行机械研磨。研磨粉粒 2 度、研磨盘表面状态及盘面的跳动、研磨机的振动都对金刚石的研磨质量 有一定的影响，原来一直被认为不可能达到很高精度，但最近研究表明， 这种方法同样能达到纳米级的表面粗造度1 2 1 。 热化学抛光法1 3 1 1 4 儿5 1 ：主要原理是在流动氢气中，使温度大于8 0 0 时， 让金刚石刀具表面与铁制研磨盘接触并进行相对运动，金刚石晶体中的碳 原子将会扩散到铁晶体晶格中去。达到金刚石材料的去除目的。这种抛光 方法的抛光率取决于碳原子向金属板扩散的速度，化学抛光的磨削速度为 每秒4 0 2 0 0 0 个原子。 无损伤机械化学抛光法1 6 1 主要原理是在氢氧化钠溶液中加入一定的金 刚石细粉和更细的( 纳米级) 硅粉，带强负电的硅粉会吸附在比其大的多的 金刚石细粉上，然后将其涂覆在多孔的铸铁研磨盘上。研磨金刚石时，吸 附在金刚石研磨粉上的硅粉一方面阻止金刚石研磨粉对金刚石表面的直接 冲击，保护金刚石表面不被深度损伤。另一方面，与被加工表面发生反应， 通过微弱的磨削作用将反应层去除。该方法的磨削率非常低，为每分钟一 个原子层。 纯化学抛光的加工法【7 1 ：主要原理是利用某些活性很强的金属( 如斓 等) ，在一定的工艺条件下使得金刚石表面发生化学反应。抛光的实质是碳 原子向熔融或固态稀土金属中的扩散实现的。其抛光速度和抛光的温度有 关。化学抛光的效率要高于机械抛光的效率，在9 4 0 温度下反应可以将 金刚石膜的表面粗糙度从r a l2 u m 降到r a l 6 u m 。 此外还有离子束溅蚀法、真空等离子化学抛光法、氧化化学法、电火 花抛光法、激光束抛光和磨粒水射流抛光等等。 上面介绍的几种方法优点是通过利用各种不同的加工去除机理来减小 材料去除时对机械装置精度的依赖，如通过热或者化学的方法，但是这些 方法从本质上仍然不能脱离传统的机械研磨装置而独立存在，因此对研磨 设备的要求仍不能忽视。而有些方法虽然可以不使用通常的研磨设备，但 它们同样会有其它问题，如离子束溅蚀法及真空等离子化学抛光法( 设备 复杂，制造成本高；激光束抛光法不仅设备昂贵而且抛光质量不高；磨粒 水射流抛光去除不均匀、有冲击等缺点。因此这些方法还有待于进一步发 展、研究才能真正大规模用于金刚石刀具的生产制作，而目前机械研磨方 广东工业大学工学硕士学位论文 法仍然作为金刚石刀具的最主要加工手段，具有技术成熟、加工稳定、易 于控制、成本低等特点。 1 2 3 机械研磨方法中影晌研磨质量和研磨效率的工艺参数，： ( 1 ) 磨削速率对研磨效率的影响。研磨速率越大，热点温度就越高， 从而加剧了材料去除的各种机制( 主要是机械磨损和热化学去除) ，提高了 研磨效率。大连理工大学对聚晶金刚石研磨机理表明1 9 ：通过p c d 表面干 研磨( 研磨前将砂轮修整10 s ，冷却液未加在研磨区) 、湿研磨( 研磨前将 砂轮修整10 s ，冷却液加在研磨区) 、钝湿研磨( 砂轮为干研磨p c d 片2 0 m i n 后的状态，冷却液加在研磨区) 等对比试验，观察干研磨、湿研磨表面形 貌，