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(x"TM) ,Q @-9u;aL 表面特征是控制工業(yè)產(chǎn)品表面質(zhì)量的主要內(nèi)容，它是實(shí)際表面上某些典型偏差的綜合。超精密加球面質(zhì)量，主要包括粗糙度、波紋度和面形精度，三者是根據(jù)表面測(cè)量的空間尺度和頻率不同來劃分的。一個(gè)復(fù)雜的表面輪廓可分為3類空間頻率成分：表面的低頻分量(面形)、高頻分量(表面粗糙度)、介于此二者之間的中頻分量(波紋度)。
B}Lz# '5_ 因?yàn)榱慵谋砻尜|(zhì)量是影響其使用性能的最重要因素。對(duì)于光學(xué)表面而言，面形誤差反映光線經(jīng)表面后走向的準(zhǔn)確性，波紋度和粗糙度則與表面散射有關(guān)，特別地，波紋度與小角散射有關(guān)。對(duì)于成像系統(tǒng)，小角散射會(huì)產(chǎn)生像散，使像面模糊，降低系統(tǒng)的分辨率；對(duì)于反射系統(tǒng)，波紋度反映了表面的不均勻程度，它會(huì)造成鏡面反射及散射不均，這在某些應(yīng)用中是至關(guān)重要的。
gpt9 8:w: 在超精密車削中，很多因素都對(duì)表面加工質(zhì)量有影響。如刀具的幾何參數(shù)、主軸回轉(zhuǎn)精度、溜板運(yùn)動(dòng)精
kta`[%KmIZ 度、自振與隔振、系統(tǒng)穩(wěn)定性等。這些因素自身具有一定規(guī)律性，這些有規(guī)律的影響因素以其固有的規(guī)則對(duì)表面加工質(zhì)量產(chǎn)生影響。為了實(shí)現(xiàn)超精密車削必須對(duì)切削用量進(jìn)行優(yōu)選，因而需要預(yù)測(cè)將要獲得的表面粗糙度。通過對(duì)表面粗糙度影響因素分析模型理論的研究，可進(jìn)一步進(jìn)行機(jī)床、單元部件、刀具、切削機(jī)理和切削工藝的研究。
AC'$~4 2．1分析模型與理論
8~q%H1[I\N 納米級(jí)超精密切削一般指切削深度為0.1—5nm、Ra≤10nm的超精密切削過程。在此切削狀態(tài)下，刀具和被切件的切削參數(shù)特征是原子、分子尺度。因此，納米級(jí)超精密切削過程的研究涉及到材料組成的非均勻系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)換、結(jié)構(gòu)變化、分子動(dòng)力學(xué)和熱力學(xué)過程，以及在非線性狀態(tài)下的機(jī)械加工過程。
6@ N?`6Bt 2．1．1 分子動(dòng)力學(xué)模型
Pi^5LI6JW 分子動(dòng)力學(xué)仿真的基本原理是建立一個(gè)粒子系統(tǒng)對(duì)所研究的微觀現(xiàn)象進(jìn)行仿真，系統(tǒng)中各分子間的相互作用根據(jù)量子力學(xué)來確定。分子動(dòng)力學(xué)仿真的核心問題是計(jì)算相關(guān)粒子的力學(xué)性能，其基本假設(shè)如T：(1) 所有粒子的運(yùn)動(dòng)都遵循經(jīng)典牛頓力學(xué)規(guī)律；(2)粒子之間的相互作用滿足疊加原理。分子動(dòng)力學(xué)模型如圖1
<]9%Pm#X 所示。
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?<7o\Xk#{ q>JW$8 圖1分子動(dòng)力學(xué)模型
4&TTP cSt; i] sz*\P~ 對(duì)于粒子數(shù)為n的物理系統(tǒng)，其力學(xué)描述的哈密頓形式可以寫為
g A`x-` /d<"{\o 
f [}N 8
oK;Tzh 哈密頓函數(shù)量為
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uWo: <[N"W82p 
`F) Q= EKwA1,Xz 式(1)—(3)中，qi、Pi分別為第i個(gè)粒子的廣義坐標(biāo)和動(dòng)量，mi為該粒子的質(zhì)量，U為系統(tǒng)的總勢(shì)能函數(shù)。該系統(tǒng)力學(xué)描述的牛頓方程形式為
7x,c)QES` wTT_jyH) 
s*b lZdP +s(JutC 式(4)、(5)中，F(xiàn)i是第i個(gè)粒子所受到的合力；ri是該粒子的位置坐標(biāo)。
P[|FK(l 在分子動(dòng)力學(xué)仿真中，勢(shì)函數(shù)的選擇非常重要，它決定了計(jì)算工作量和計(jì)算模型與真實(shí)系統(tǒng)的近似程
7h Qf
T76h 度。在計(jì)算中應(yīng)針對(duì)不同材料同時(shí)考慮多原子價(jià)鍵之間相互影響和量子效應(yīng)等因素選擇相應(yīng)的勢(shì)函數(shù)。
<M//zXa 2．1．2 基于分子動(dòng)力學(xué)的位錯(cuò)理論
;a]Lxx;- 基于分子動(dòng)力學(xué)的位錯(cuò)理論分析為揭示晶體中各種現(xiàn)象的本質(zhì)提供了有效的方法，位錯(cuò)實(shí)質(zhì)上是原子的一種特殊組態(tài)，其形成原因比較復(fù)雜。依據(jù)位錯(cuò)理論的研究表明，位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)和交互作用是形成斷裂源的主要原因。形成位錯(cuò)的主要機(jī)理如下：
lz=DP:/& (1)位錯(cuò)塞積理論 由斯特洛(Stroh)提出，是指位錯(cuò)塞積引起應(yīng)力集中，最后形成類似楔狀裂紋源，增大楔厚直至形成裂紋。
gc%aaYf> D'dE!CAUs (2)位錯(cuò)反應(yīng)理論 這是Cottrell根據(jù)位錯(cuò)反應(yīng)規(guī)律提出一個(gè)能量消耗更小的裂紋成核模型。該理論提出在兩個(gè)相交的滑移面中運(yùn)動(dòng)的位錯(cuò)沿著交線匯合而形成裂紋的位錯(cuò)反應(yīng)機(jī)制。
G'*_7HD (3)滕田位錯(cuò)銷毀理論 在兩個(gè)滑移面上，有兩列不同符號(hào)的刃型位錯(cuò)，在切應(yīng)力作用下發(fā)生相對(duì)位移，當(dāng)兩滑移面間距＜10個(gè)原子間距時(shí)，它們就合并銷毀而形成裂紋。
H[K(Tt4<& (4)螺型位錯(cuò)裂紋機(jī)理 螺型位錯(cuò)得到割階，割階產(chǎn)生孔洞，孔洞發(fā)展成為裂紋核心。
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l n} 分子動(dòng)力學(xué)模型和位錯(cuò)理論的研究表明，如果僅從斷裂機(jī)理研究，在超精密切削中其斷裂層面是分子量級(jí)的表面形貌。如按一般材料，其斷裂層面厚約0．01-1nm。因而，在表面粗糙度Ra為10 nm數(shù)量級(jí)的超精密切削中，其斷裂層面質(zhì)量對(duì)加工件表面質(zhì)量影響不占主要因素。但是，在超精密加工已經(jīng)進(jìn)入到納米數(shù)量級(jí)后，它就成了重要的影響因素。
