揭秘金刚石刀具如何在卫星关键件精密加工中大显身手！

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太阳帆板驱动机构（Solar Array Drive Assembly，简称SADA）是驱动卫星太阳电池阵对日定向，并在星体和帆板间传递功率和信号，从而保障卫星实时获得能源的重要机构。盘式导电环和圆柱导电环（以下分别简称为盘环和柱环）是SADA产品中的两个关键件，分别用于传输功率和信号。盘环和柱环具有加工周期长、加工工种多、加工难度大及研制成本高等特点。

为了提高卫星SADA产品的使用寿命，如何提高环表面质量，从而减小摩擦副之间的摩擦成为亟待解决的高难度问题。在超精密加工中，影响加工表面质量的主要因素除了高精度的机床、超稳定的加工环境外，高质量的金刚石刀具是其中很重要的一个方面。

金刚石刀具在盘环和柱环中的应用

　　（1）金刚石刀具的选用。通过调研和比较，最终选用天然单晶金刚石刀具用于SADA关键件（盘环和柱环）的精密加工。

　　前角的选择：根据以往的加工经验，银铜合金材料本身并无硬质颗粒，主要是聚酰亚胺对刀具磨损显著。对金刚石刀具而言，前角决定加工的难易程度，前角大刀具就锋利，出现毛刺就少，但强度会下降。因此ND刀具前角定为8°～10°。

　　后角的选择：后角的功用，主要是减少后刀面与加工表面之间的磨擦，因此刀具必须留有一定后角。但由于产品形状限制（加工面为环形凹槽），刀头设计本身是外探悬空状态，前角已经尽量选大，因此选定ND刀具后角为3°。

　　金刚石镶嵌方式选择：由于R0.15mm槽加工用ND刀具刃磨难度很大，因此刀片与刀杆联接采用分体式螺钉联接；银环表面加工用ND刀具采用焊接方式连接。

　　刀片尺寸改进：根据以往加工经验，加工银铜环用金刚石刀具刀片越窄，加工表面质量越好，刀片主刃宽度从0.8mm改进为0.6mm，并将刀片偏置于刀杆一侧，可更好的避免刮蹭引线。加工银铜环用ND刀具尺寸改进前后比较如下图所示（左图改进前，右图改进后）。

            

　　SADA产品盘环和柱环精密加工中，使用的ND单晶金刚石刀具如下图所示。

　　（2）金刚石刀具加工参数。经试验摸索确定最优的加工参数如表1所示。

　　（3）金刚石刀具加工效果。 以前使用PCD聚晶金刚石刀光整环片表面，表面粗糙度为Ra=0.3～0.4μm。改用ND单晶金刚石刀光整环片表面后，表面粗糙度值能达到Ra=0.1μm左右。下图中第一个图为100倍显微镜下PCD刀精车环片表面状态照片，图示为10个刀纹的宽度，平均刀纹宽度为0.044mm，实测表面粗糙度Ra=0.3～0.4μm。第二图为350倍显微镜下ND刀精车环片表面状态照片，图示为10个刀纹的宽度，平均刀纹宽度为0.022mm，实测表面粗糙度Ra=0.1μm左右。加工后的盘环和柱环实物如图所示，加工面能达到镜面效果。