微细切削加工技术(上)- .pdf

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3、j盈翊微细切削加工技术(上)中国航空精密机械研究所(北京100076)荣烈润随着民用和尖端国防等领域对微小型产品需求的不削应力只有500MPa；当切削深度为0．81xm的微细切削断增加，对微小零件的加工精度、结构复杂程度、材料时，切削应力增到约为10000MPa。由此可见，在微细特性等要求越来越高。微细加工技术可以满足微余量、切削时，切削刃上所承受的切削应力会急速地增加并变三维微形状和材料多样性的加工需求，是达到极限尺寸得很大，从而在切削刃的单位面积上产生极大的热量，加工精度的手段。现已发展成为克服MEMS(微机械或使切

4、削刃尖端处的温度极高，处于高温、高应力的工作微机电系统)技术局限性的重要使能技术之一。状态。为此要求采用高温强度好、耐热性高、硬度高、在现代制造技术领域中，微细加工技术占有极为重耐磨性强的刀具材料，即超高强度材料，最常用的是金要的位置。它不仅是制造高新技术产品的关键技术，而刚石、立方氮化硼等。且也是取得国际竞争优势的重要技术之一。它的开发与由于切削力能够清晰地反映切屑去除过程，因此对应用使微电子工业、汽车工业、航空航天、生物医学工于切削特性的理解切削力是一个很重要的物理参数。在程、计算机、精密仪器、光学、移动通信、医疗器械和微

5、切削时虽然切削力的幅值不大，但其单位切削力却极工业自动化等行业发生了重大变革。大。与常规切削时切削力随着背吃刀量的增加而增大不自20世纪末期以来，美国、Et本、德国、英国等同，在微细切削时，切削力却随着背吃刀量的增加而减工业发达国家十分重视发展微细加工技术，纷纷投入了小，但在背吃刀量很小时，切削力将急速上升，这是一相当数量的财力和人力，确定发展战略，制订长远规种典型的尺寸效应。划，设立专门的研究机构，使微细加工技术迅速发展，在微切削中，刀具刃口半径的微小变化将使切削变现已初步形成了具有特色的微细加工技术及微型产品制形产生很大变

6、化，刃口半径增大将使切削变形明显加造业。我国也投入了一定的力量进行了开发及研制，目大。在背吃刀量≤lm时，造成的切削变形已占总切削前处于研发阶段。变形的很大比例。因此在背吃刀量很小的超微细切削1．微细切削加工的特点时，应特别注意采用刃口半径很小的锋锐刀具。欲获得微细加工包含：微细切削加工、微细电火花加工、高表面质量的超微细切削加工，必须对微切削时的切削微细激光加工、微细电子束和离子束加工、光刻加工力与切削能量进行分析与解释。等。随着机械制造及其相关科学技术的发展，目前切削在微切削时，由于低的切削能量、金刚石刀具及工加工技术可以

7、达到很高的加工精度和极微细的尺寸，已件的高导热性，同传统的切削加工相比，微细切削的温经成为微细加工领域中极为重要的手段。微细切削加工度是非常低的。但是由于加工尺度和刀具尺度的微小是指微小尺寸零件的切削加工技术，由于精密和超精密化，使得刀具上很小的温升就会导致刀杆的膨胀并引发加工既加工大尺寸又加工小尺寸，所以可以说微细切削加工精度的下降。在金刚石刀具的化学损伤中，温升是加工属于精密加工范畴。一个极为重要的因素，这是由于切削温度(温升)通常在微细切削加工中，由于切削深度很小，切削常在被认为是决定刀具磨损率的主要因素。而即使是刀具的

8、晶粒中进行，所以其单位面积上的切削应力将急剧增微米级损伤(磨损)，对于微切削表面的形成来说也是大。例如，当在切削深度为1001xm的普通车削时，其切致命的。为此，在当前的微切削领域，迫切需要深入研参磊工。~／jn'r2011年第2期www171eta1workingI950com圈；越整．。。。。．。。究切削温度对金刚石刀具磨损的影响以及温升的合理控的稳固夹持和高的重复夹持精度。⑧具有刀具破(磨)制这两个难题。损及微型钻头折断的敏感的监控系统。表面形貌(表面粗糙度)的形成是由刀具的轮廓映做细切削加工中，在大多数情况下总是要设计

9、专用射到工件的结果。为此表面粗糙度决定了刀具与工件精密微细夹具，并往往成为零件加工的关键。为此在设之间相对运动的可控制性及刀具轮廓映射到工件上的保汁制造时应注意以下几点：①要按照精密夹具设计的要真度。在很多实际的切削加工巾，由于多种误差源造成求进行设计、制造。②要充分重视微细工件的夹紧变的综合影响会产生数}一纳米的表面粗糙度峰谷值的变形。③夹具上的定位基准面需“就地加工”。化。而在做切削表面的形成过程中，即使纳米量级的相(2)微细切削加丁刀具在微细切削加工时，使用对振动也会非常敏感的受到影响，同样也受到切屑去除的刀具必须具备下

10、列条件：①刀具刃口的锋利性，衡量过程儿何形态的影响。除了加丁装置(机床)的运动误切削刀具锋利性的极为重要的指标是刃口的圆弧半径。差，工件材料的性质(性能)也会严重影响到微切削加刃口半径越小则被切削表面的弹性恢复量就越小，加工表面的做观结构(表面粗糙度、表面的不完整性等)。变质