近些年來在光學電子器件的生產中,用超精金剛石切削工具進行微切加工起到至關重要的作用。這是因為某些光學電子器件正向著高功能化和微型的方向發展。超精金剛石切削工具的傳統應用主要是激光反射鏡、紅外線透鏡、DVD拾感頭透鏡等的加工。光學電子器件中有些塑料元件是用金屬模具壓制的。這種金屬模具的加工要求達到亞微米級成形精度和納米級表面光潔度。此外,加工的元器件不只是平面和圓柱形,還有要求達到微米級精度的三維空間形狀。因此,超精三維加工用金剛石銑刀是近些年來微型機床和生物醫學上不可或缺的加工工具。
金剛石用作切削工具是因為它具有一系列優異性質。超精切削工具正是利用了金剛石的硬度、熱導性和可形成銳利刀刃的特性。目前已研制出世界上最小的超精金剛石切削工,是采用單晶金剛石制作的。它之所以能進行高精度三維形狀加工和鏡面加工,關鍵在于十分鋒利且經久耐磨的刀刃,刃鋒的平滑度與輪廓精度要求十分嚴格,刃鋒的平滑度要達到納米級,刃尖圓度半徑只有10納米左右。目前應用的微型超精金剛石切削工具有下列三種。
1.超精納微方形立銑刀
這種立銑刀是用一顆單晶金剛石制成,刀刃寬15um,厚4um,旋轉直徑30um,是目前世界上最小的立銑刀。其用途是加工光學元件、醫用刀片以及微型機床零件上的三維曲線槽,特別是加工成形隨意曲率的超細槽。
2.超精納微球形立銑刀
在信息技術相關的領域,高速大信息容量的基礎元件發展迅速。例如微距鏡組。它是一組微型凸透鏡和凹透鏡在三維空間的組合,近些年來一直用于光通訊和液晶投影裝置。
超精納微球形立銑刀被用于三維表面微凹坑和隨意曲率面的加工,例如微距鏡組模子的加工等。這種球形立銑刀的弧形半徑可以做到R30um,是世界上最小的球形立銑刀,加工精度可達到納米級。
3.超細槽切削工具
這是一種以剃削和快速切削加工超細直線槽的工具,所加工的槽寬只有5um,是目前世界上能加工的最細槽。這種切削工具的典型應用就是全息攝影光學元件模具的成形加工。全息攝影光學元件是一種偏振光分散元件,透鏡上有許多超細槽,槽的間距以微米計,利用光的衍射現象能夠任意引起光譜衍射和聚光。
隨著光電子學的發展,對超細槽的成形加工將會與日俱增。
