微切削加工技术

2011 年春季学期研究生课程考核（读书报告、研究报告）考核科目:微细超精密机械加工技术原理及系统设计学生所在院（系）:机电工程学院学生所在学科:机械设计及理论学生姓名:杨嘉学号:10S008214学生类别:学术型考核结果阅卷人微细加工技术概述及其应用摘要微细加工原指加工尺度约在微米级范围的加工方法，现代微细加工技术已经不仅仅局限于纯机械加工方面，电、磁、声等多种手段已经被广泛应用于微细加工，从微细加工的发展来看，美国和德国在世界处于领先的地位，日本发展最快，中国有很大差距。

本文从用电火花加工方法加工微凹坑和用微铣削方法加工微小零件两方面描述了微细加工技术的实际应用。

关键词：微细加工；电火花；微铣削1微细加工技术简介及国内外研究成果1.1微细加工技术的概念微细加工原指加工尺度约在微米级范围的加工方法。

在微机械研究领域中，从尺寸角度，微机械可分为1mm~10mm的微小机械，1μm~1mm的微机械，1nm~1μm的纳米机械，微细加工则是微米级精细加工、亚微米级微细加工、纳米级微细加工的通称。

广义上的微细加工，其方式十分丰富，几乎涉及现代特种加工、微型精密切削加工等多种方式，微机械制造过程又往往是多种加工方法的组合。

从基本加工类型看，微细加工可大致分为四类：分离加工——将材料的某一部分分离出去的加工方式，如分解、蒸发、溅射、切削、破碎等；接合加工——同种或不同材料的附和加工或相互结合加工方式，如蒸镀、淀积、生长等；变形加工——使材料形状发生改变的加工方式，如塑性变形加工、流体变形加工等；材料处理或改性和热处理或表面改性等。

微细加工技术曾广泛用于大规模集成电路的加工制作，正是借助于微细加工技术才使得众多的微电子器件及相关技术和产业蓬勃兴起。

目前，微细加工技术已逐渐被赋予更广泛的内容和更高的要求，已在特种新型器件、电子零件和电子装置、机械零件和装置、表面分析、材料改性等方面发挥日益重要的作用，特别是微机械研究和制作方面，微细加工技术已成为必不可少的基本环节。

MQL 加工技术(微量润滑加工技术) 1 引言在金属切屑加工中, 切削液具有冷却、润滑、排屑、清洗和防锈等功能, 使用切屑液对延长刀具使用寿命、减少切削力、保证加工精度和加工质量起着重要作用。

然而随着人类对环境、健康和成本的日益关注, 切削液所带来的负面影响已不容忽视: 切削液的处理和排放易引起环境污染。

切削液雾对操作工人的健康构成威胁, 易诱发多种皮肤病、呼吸道和肺部疾病甚至是癌症。

此外, 切削液的使用成本相当昂贵。

据德国最新统计数据表明:与切削液有关的费用相当于全部制造费用的7%~17%, 而工具费用仅占2%~4%[1]。

在可持续发展战略下, 国家对环境污染的要求越来越严格,切削液的处理费用也越来越高。

鉴于环境保护和降低成本的需要, 干切削和半干切削加工技术成为必然选择。

干切削技术是在切削过程中不使用任何切削液的加工方法, 它可完全消除切削液带来的负面影响。

但是由于缺少切削液的润滑、冷却等作用, 切削刀具承受的负荷大, 切削热无法及时移走, 刀具磨损快, 加工精度和表面光洁度难以保证, 因此它只适用于特定的切削条件。

半干切削加工, 具有多种不同的方法: 低温冷风、液氮冷却、水蒸气冷却和MQL 等。

其中MQL 是近年来各国学者研究得较多的一种技术, 它综合了干切削和浇注式切削的优点, 是一种经济的绿色环保加工技术, 对此加以介绍。

2 MQL 加工技术MQL 是将压缩空气和微量切削液( 一般为2- 30mL/h) 混合雾化后, 喷射到加工区, 对刀具和工件进行有效润滑的一种半干切削技术。

在MQL 加工中, 切削液的使用量极少, 润滑效果却十分显著, 它可以大大减少工件—刀具—切屑之间的摩擦和粘着,抑制温升, 保证加工质量, 既降低成本, 又不会对环境造成污染,并且加工后的工件和切屑保持干燥, 缩短工时。

2.1 MQL 切削液在传统的浇注式切削中, 切削液的选择主要依据其冷却润滑等切削性能, 而在MQL 加工中, 切削液耗量低, 使用时间长,这就要求切削液不仅具有良好的切削性能, 还必须与环境相容,并保持化学稳定性。

fdm和mem工艺原理一、FDM工艺原理FDM工艺（Fused Deposition Modeling）即熔融沉积成型，在3D打印领域广泛应用。

该工艺主要通过加热熔融的热塑性聚合物，将其喷射到工作平台上，根据预设轨迹进行控制，逐层堆积形成三维实体。

1.加热喷嘴FDM工艺最基本的组成部分是加热喷嘴，其主要作用是将热塑性聚合物加热至一定温度，使其熔化，便于喷射。

加热喷嘴还需要能够准确的控制喷射的速度和位置，以实现对打印模型的精细控制。

2.热床热床是FDM工艺中的另一个重要部分，其主要作用是加热打印的工作平台，以减少模型变形或撕裂的风险。

热床的加热方式通常是通过加热丝、加热板或者PID温控系统进行。

3.打印材料FDM工艺使用的打印材料主要是热塑性聚合物，如ABS、PLA、PETG等。

它们通过在加热喷嘴中熔化，然后被逐层堆积到工作平台上进行打印。

4.逐层堆积FDM工艺最为独特的部分就是逐层堆积的过程。

当打印机将喷嘴移动到工作平台的特定位置时，聚合物被加热喷嘴熔化，然后通过石英管和挤出机喷出，逐层堆积成模型。

MEM工艺（Micro-Electromechanical Systems）即微电子机械系统，是一种通过微纳加工技术制造微小机械结构的技术。

MEM工艺可以制造出很小的元件，比如传感器、阀门、显示器等，应用非常广泛。

1.微电子技术微电子技术是MEM工艺的核心技术之一，其主要用于制造微小的电路、传感器和集成电路等。

它的制造工艺一般分为晶圆制造、微影制造、刻蚀、沉积、半导体器件制造等环节。

2.微加工技术MEM工艺中的微加工技术包括激光加工、电化学加工、微切削、离子束刻蚀等。

这些技术一般都能够对材料进行较为精确的加工处理，以满足微小结构的制造需求。

3.微纳米制造微纳米制造是MEM技术的重要内容，其主要包括微型器件的设计、制造和组装等过程。

制造微米级物体需要高分辨率的制造设备，并且需要具备高度的精度和可靠性。

4.微机械结构MEM工艺可以制造各种微型机械结构，如微型电机、微型阀门、微型传感器等。

五、微机械及微细加工技术1、微机械简介现代制造技术的发展有两大趋势：一是向着自动化、柔性化、集成化、智能化等方向发展，使现代制造成为一个系统，即现代制造系统的自动化技术。

另一个就是寻求固有制造技术的自身微细加工极限。

探索有效实用的微细加工技术，并使其能在工业生产中得到应用。

微机械由于具有能够在狭小空间内进行作业而又不扰乱工作环境和对象的特点，在航空航天、精密仪器、生物医疗等领域有着广阔的应用潜力，受到世界各国的高度重视并被列为21世纪的关键技术之首。

比如，美国宇航局投资1亿美元着手研制“发现号微型卫星”；说明：卫星有大型、小型卫星、微型卫星和纳米卫星，区别是：小型卫星为一种可用常规运载器发射的航天器，质量为100～500kg；微型卫星定义为所有的系统和子系统都全面体现了微型制造技术，质量为10～100kg；纳米卫星是一种尺寸减小到最低限度的微卫星，质量为1～10 kg。

在航天发展史上，由于受运载能力及技术水平的限制，早期研制的卫星都采用小卫星方案，其重量只有几十千克。

70年代末，由于大推力运载火箭的研制成功和设计与制造能力的提高，大型多功能卫星开始出现，卫星体积不断增大，功能也越来越复杂。

随之而来的是成本不断攀升，风险逐渐增加。

如一枚“大力神”／“半人马座”运载火箭连同所发射的侦察卫星价值可达10.5亿美元以上，一旦发射失败就会造成严重的损失。

而且，卫星一旦被淘汰，形成严重的太空污染。

为此，航天界又将目光重新投向了小卫星。

由于技术的进步，特别是微电子技术的进步，新一代的小卫星采用了许多小型高性能电子部件，但它们同样具有一些大型卫星才有的功能，并为小卫星进一步微型化，进而为微型卫星、纳米卫星的发展奠定了基础。

纳米卫星的概念最早是由美国宇航公司于1993年在一份研究报告中首次提出的，它带来了小卫星设计思想上的根本变革。

纳米卫星是以微机电一体化系统(MEMS)技术和由数个MEMS组成的专用集成微型仪器(ASIM)为基础的一种全新概念的卫星，重量在10千克以下，甚至可降低到0.1千克以下。

微切削加工的原理
微切削加工是一种高精度、高效率的加工方法，其原理是利用刀具对工件进行微小的切削、磨削或抛光，以达到所需的加工尺寸和表面质量。

微切削加工的原理可以概括如下：
1. 切削原理：微切削加工主要是通过刀具对工件进行切削或磨削。

刀具通常是由高硬度、高强度材料制成，具有锋利的刃口。

当刀具与工件接触，施加一定的力后，刀具刃口将工件上的材料剪切或磨削下来，从而实现加工的目的。

2. 压缩应力原理：在微切削加工中，刀具与工件之间的接触区域非常小，因此施加在刀具上的力集中在一个很小的面积上。

这会导致很高的压缩应力，使工件材料发生变形、剪切或磨削。

3. 变形与减薄原理：在微切削加工中，工件材料在刀具刃口的作用下发生变形与减薄。

由于刃口的极小尺寸，工件的变形与减薄也非常微小。

通过控制刀具的位置、切削参数和工件的材料特性，可以实现精确的加工效果。

4. 扩散原理：微切削加工中的高压缩应力和高温会导致工件表面材料与刀具接触区域的扩散，即材料原子的迁移。

这有助于提高表面质量和加工精度。

总之，微切削加工通过精确控制刀具与工件的接触、力的作用和切削参数，实现
对工件的微小切削、磨削或抛光，进而达到精密加工的目的。

微磨削加工技术微磨削加工技术主要分为精密和超精密磨削技术。

1 精密与超精密磨削的机理精密磨削一般使用金刚石和立方氮化硼等高硬度磨料砂轮，主要靠对砂轮的精细修整，使用金刚石修整刀具以极小而又均匀的微进给(1O一15 mm／min)，获得众多的等高微刃，加工表面磨削痕迹微细，最后采用无火花光磨，由于微切削、滑移和摩擦等综合作用，达到低表面粗糙度值和高精度要求。

超精密磨削采用较小修整导程和吃刀量修整砂轮，靠超微细磨粒等高微刃磨削作用进行磨削u J。

精密与超精密磨削的机理与普通磨削有一些不同之处。

1)超微量切除。

应用较小的修整导程和修整深度精细修整砂轮，使磨粒细微破碎而产生微刃。

一颗磨粒变成多颗磨粒，相当于砂轮粒度变细，微刃的微切削作用就形成了低粗糙度。

2)微刃的等高切削作用。

微刃是砂轮精细修整而成的，分布在砂轮表层同一深度上的微刃数量多，等高性好，从而加工表面的残留高度极小。

3)单颗粒磨削加工过程。

磨粒是一颗具有弹性支承和大负前角切削刃的弹性体，单颗磨粒磨削时在与工件接触过程中，开始是弹性区，继而是塑性区、切削区、塑性区，最后是弹性区，这与切屑形成形状相符合。

超精密磨削时有微切削作用、塑性流动和弹性破坏作用，同时还有滑擦作用。

当刀刃锋利，有一定磨削深度时，微切削作用较强；如果刀刃不够锋利，或磨削深度太浅，磨粒切削刃不能切人工件，则产生塑性流动、弹性破坏以及滑擦。

4)连续磨削加工过程。

工件连续转动，砂轮持续切人，开始磨削系统整个部分都产生弹性变形，磨削切人量(磨削深度)和实际工件尺寸的减少量之间产生差值即弹性让刀量。

此后，磨削切人量逐渐变得与实际工件尺寸减少量相等，磨削系统处于稳定状态。

最后，磨削切入量到达给定值，但磨削系统弹性变形逐渐恢复为无切深磨削状态引。

2 精密与超精密磨床的发展精密磨床是精密磨削加工的基础。

当今精密磨床技术的发展方向是高精度化、集成化、自动化。

英国Cranfield大学精密工程公司(CUPE)是较早从事超精研制成功的OAGM2500大型超精密磨床是迄今为止最大的超精密磨削加工设备，主要用于光学玻璃等硬脆材料的超精密磨削加工 J。

6061铝合金微细刨削的表面粗糙度试验研究陈子乾;杨光【摘要】试验研究了6061铝合金的微细刨削性能.在定制的精密雕铣床上,使用金刚石刀具在不同的切削条件下,对6061铝合金进行切削深度(0.005～0.1)mm的微细刨削,观察切削参数对工件表面粗糙度的影响.使用激光共聚焦显微镜对金刚石刀具以及各种切削条件下的加工表面进行分析.试验结果表明:切削速度和切削深度对铝合金工件刨削表面粗糙度影响很小,进给量是影响微细刨削铝合金表面粗糙度的主要原因.一般情况下,越小的进给量获得表面粗糙度值越小,但是进给量小到一定程度时,表面粗糙度趋于稳定.此时,工件表面的微裂痕,坑洞、划痕和材料本身的杂质是影响其表面粗糙度的主要因素.另外,单晶金刚石刀具的刃磨质量要优于聚晶金刚石刀具,因此可以获得更小的表面粗糙度值.结论表明,使用单晶金刚石刀具对6061铝合金进行切削速度v=2000mm/min、切削深度ap=10μ.m、进给量f=-10μm的微细刨削可以获得Ra37.3nm的表面.【期刊名称】《机械设计与制造》【年(卷),期】2016(000)005【总页数】4页(P115-117,121)【关键词】6061铝合金;微细刨削;表面粗糙度【作者】陈子乾;杨光【作者单位】集美大学机械与能源工程学院,福建厦门361021;集美大学机械与能源工程学院,福建厦门361021【正文语种】中文【中图分类】TH16;TG552.2;TH161.1微细加工技术是研究特征尺度在（0.01～1）mm范围并具有特定功能的器件与系统的设计与制造的综合交叉科学，是制造高性能设备和产品的关键技术之一。

其应用范围广，在高技术产业如微电子、国防、汽车、新能源、生物医学工程、环境与安全检测中应用广泛[1-2]。

微细加工技术主要包括有光刻技术、薄膜技术、离子注入加工技术、特种电加工技术以及微细切削技术等。

随着对产品功能要求的提高，微细切削技术凭借着效率高、成本低、适用材料广以及三维加工能力强的优势，在近年来得到迅速发展，并成为微细加工技术的主要手段，在微/纳制造领域发挥了越来越重要的作用，已经成为衡量一个国家制造业水平的重要标志[3-5]。