微细加工中的微型铣床、微刀具磨损及切削力的试验研究

微径铣刀及微细铣削技术的研究1引言近年来，民用和国防等领域对各种微小型化产品的需求不断增加，对微小装置的功能、结构复杂程度、可靠性等要求也越来越高。

因此，研究开发经济上可行、能够加工三维几何形状和多样化材料、特征尺寸在微米级到毫米级的精密三维微小零件的微细加工技术具有重要意义。

目前，微细切削已成为克服MEMS技术局限性的重要技术，而微细铣削技术因具有高效率、高柔性、能加工复杂三维形状和多种材料的特点，已成为一个非常活跃的研究热点。

2微径铣刀及其制造技术（1）制造工艺及刀具性能磨削是一种传统的铣刀制造工艺，但对于直径仅为零点几毫米的微径铣刀，要在磨削力作用下，在不均质的刀具材料上磨削加工出锋利的切削刃口，是一件十分困难的事情，这也成为微径铣刀发展的一个技术瓶颈。

为此，从理论和实验的角度出发，可以选择一种不产生切削力的加工方法（如激光加工、聚焦离子束加工等）。

聚焦离子束加工方法从原理上比较适合用于制造微径铣刀。

Friedrich和Vasile等人采用聚焦离子束加工技术制作了微径铣刀，最小直径达到22mm。

利用微径铣刀和定制的高精度铣床，在聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）上加工出了89.5°直壁微槽结构，深度为62mm，槽间肋厚为8mm。

Adams等人采用聚焦离子束加工技术制作了一些直径约为25μm的微径铣刀，其轮廓形状有两面体、四面体和六面体，切削刃分为2刃、4刃和6刃，刀具材料为高速钢和硬质合金。

用这些刀具分别对铝、黄铜、4340钢和PMMA四种工件材料进行了微细铣削加工。

但是，由于使用微径铣刀进行切削加工必须采用小进给量，且刀具磨损剧烈，加工毛刺较大，加工效果至今不能令人满意。

立铣刀的刀刃几何形状主要有直体、锥体三角形（D-type）、半圆形（D-type）和已商品化的螺旋刃立铣刀四种。

Fang等人通过实验和有限元分析，从刀具刚度和加工性能出发，对上述四种立铣刀进行了研究对比。

结果表明，锥体D-type立铣刀更适合微细切削加工，并用直径0.1mm的锥体立铣刀成功制作了特征尺寸小于50μm的生物医学零件和特征尺寸小于80μm的微型压花模具。

微细铣削工艺基础与实验研究一、本文概述《微细铣削工艺基础与实验研究》一文旨在深入探讨微细铣削工艺的基础理论与实验研究。

微细铣削作为一种高精度的制造技术，在微电子、光学、生物医学等领域具有广泛的应用前景。

本文首先概述了微细铣削技术的发展背景和研究意义，然后从工艺原理、加工设备、切削力分析、表面质量评价等方面对微细铣削工艺进行了系统的阐述。

在实验研究方面，本文设计了多组实验，研究了不同工艺参数对微细铣削加工效果的影响，并分析了实验结果，为微细铣削工艺的优化提供了理论支持和实践指导。

本文的研究成果对于提高微细铣削的加工精度和效率，推动相关领域的科技进步具有重要的参考价值。

二、微细铣削工艺基础微细铣削工艺是一种高精度、高效率的制造技术，广泛应用于微纳制造、光学元件加工、微电子机械系统（MEMS）等领域。

了解微细铣削工艺的基础知识对于优化加工过程、提高产品质量具有重要意义。

微细铣削是利用高速旋转的微小铣刀，在工件表面进行切削加工的过程。

铣刀在切削过程中，通过去除工件材料来实现对工件的形状和尺寸控制。

微细铣削的切削深度通常较小，一般在微米级甚至纳米级，因此要求铣刀具有极高的精度和稳定性。

微细铣削刀具是微细铣削工艺中的关键元件，其性能直接影响加工质量和效率。

微细铣刀通常采用硬质合金、陶瓷或金刚石等材料制成，具有较小的直径和较高的硬度。

为了减小切削力、降低切削温度和提高加工精度，微细铣刀的设计也需考虑刃口形状、刃口角度等因素。

微细铣削设备是实现微细铣削工艺的重要装备，需要具备高精度、高刚性和高稳定性等特点。

常用的微细铣削设备包括超精密机床、光学投影铣床等。

这些设备通常配备有高精度测量系统、控制系统和冷却系统，以实现对加工过程的精确控制和优化。

微细铣削工艺参数的选择对加工质量具有重要影响。

常见的工艺参数包括切削速度、进给速度、切削深度、背吃刀量等。

通过优化这些参数，可以实现加工精度、表面质量和生产效率的平衡。

微细铣削加工质量评价是对加工结果进行评估和优化的过程。

《微型精密铣床的研究和设计》篇一微型精密铣床的研究与设计一、引言随着现代制造业的快速发展，精密铣削技术已成为制造领域中不可或缺的一部分。

微型精密铣床作为精密铣削技术的重要工具，其设计和研究对于提高制造效率和产品质量具有重要意义。

本文旨在探讨微型精密铣床的研究背景、目的和意义，并详细介绍其设计思路、关键技术和实施方案。

二、研究背景与目的随着科技的不断进步，微型化、精密化已成为制造业的发展趋势。

微型精密铣床作为一种高精度、高效率的加工设备，广泛应用于航空、汽车、电子等领域。

然而，当前市场上存在的微型精密铣床在性能、精度、稳定性等方面仍存在一定问题。

因此，本文的研究目的是设计一款高性能、高精度的微型精密铣床，以满足现代制造业的需求。

三、设计思路（一）总体设计微型精密铣床的设计应遵循结构紧凑、操作简便、性能稳定的原则。

总体设计包括机床主体、驱动系统、控制系统等部分。

机床主体采用优质铸件，以保证足够的刚性和稳定性。

驱动系统采用高性能伺服电机和精密丝杠，以确保加工过程中的精度和稳定性。

控制系统采用先进的数控系统，实现自动化加工。

（二）关键技术1. 精密传动技术：采用高精度齿轮和轴承，保证传动精度和稳定性。

2. 数控技术：采用先进的数控系统，实现自动化加工和精确控制。

3. 切削参数优化：通过优化切削参数，提高加工效率和表面质量。

四、关键技术设计与实施方案（一）精密传动系统设计精密传动系统是微型精密铣床的核心部分，其设计直接影响机床的加工精度和稳定性。

设计过程中，应选择高精度齿轮和轴承，以保证传动精度。

同时，采用先进的润滑系统，降低传动系统的摩擦和磨损，延长使用寿命。

（二）数控系统设计数控系统是微型精密铣床的“大脑”，负责自动化加工和精确控制。

设计过程中，应选择性能稳定、功能强大的数控系统，实现加工过程的自动化和智能化。

同时，应具备友好的人机界面，方便操作人员进行参数设置和操作。

（三）切削参数优化设计切削参数的优化对于提高加工效率和表面质量具有重要意义。

微小型车铣复合加工过程中三向微切削力实时检测分析摘要现今，随着科学技术的不断进步下，很多机械产品逐渐的趋向于小型化，而微小型器件的加工是小型机械产品的研发生产过程中的重要支撑。

微小型机械在我国的军事、航空、医疗、环保等领域中的需求量日益增加，在这一背景下采用微小车铣复合加工工艺进行制造然后通过装配完成微机械系统，是实现微机械系统的重要途径。

其中切削力是研究微小机械器件加工技术的关键参数，所以本文以微小型车铣的复合加工过程中的三向微切削力为题，深入分析了其在加工过程中的三向微切削力的实时检测分析，希望能够为相关研究做出贡献。

关键词：微小型车铣复合加工工艺三向微切削力实时检测分析引言因为我国的航天工程、国防工业、现代医学以及生物工程等领域的研发创新下，很多器械都逐渐向小型化发展，各种精密的器械结构拥有着普通常规器件无法比拟的优势而被应用和研发出来。

所以近些年微小机械技术已经得到了科研人员的重视，并且逐渐的由理论过度到实际应用中去。

而这些微小器械的制造是需要采用精密微细的车铣通过复合加工工艺制造而成的，所以微小型车铣复合加工技术就成为微小器械质量稳定的重要途径。

为了能保证微小器械的生产质量的稳定，我们需要对其制造工艺进行深入分析，对车铣进行复合加工过程中的三向微切削力进行实时检测分析来提高其加工效率和加工质量。

一．微小型车铣复合加工技术与三向微切削力检测现今，微小型车铣复合加工技术已经受到国内外的科研人员的高度重视，因为微机械加工技术是连接宏观领域和纳米领域功能部件加工的桥梁，所以其重要程度可想而知。

目前在微小型加工的研究方向上是集中在微细车削和微细铣削加工。

因为车削在应用过程中产生的切削力较大，极易会对产品造成损伤，在进行微细轴类零件的加工上多使用切削力较小的车铣来进行制造加工。

为了可以有效的提升车铣加工的效率和质量，需要对加工过程中的三向微切削力进行实时检测，但是由于和常规的切削加工不同的是，在车铣进行复合加工故工程中由于有车削的主轴和铣削主轴都处于高速运行的状态，采用传统的检测方法是很难对其进行高精度的实时测量的。

小直径立铣刀后刀面磨损带的研究刀具的磨损不仅影响机床的切削状态，而且与工件加工质量密切相关，因此刀具状态的实时监测是保证加工质量的一项重要措施，而刀具磨损程度的评价指标是刀具状态监测的基础。

本文通过分析立铣刀后刀面磨损带的磨损规律及特点，研究了后刀面和副后刀面磨损带宽度VB和磨损带面积AVB在铣刀渐进磨损过程中的变化特点，提出了衡量刀具磨损程度的两个评价指标。

1 铣刀磨损量的评价指标刀具后刀面的磨损对加工精度和切削力的影响较前刀面更为显著。

由于后刀面磨损量比较容易测量，因此在刀具管理和金属切削研究中，多按后刀面磨损带中间部分平均磨损量允许达到的最大值(通常以VB表示)来制定磨钝标准。

刀具的磨损不仅影响机床的切削状态，而且与工件加工质量密切相关，因此刀具状态的实时监测是保证加工质量的一项重要措施，而刀具磨损程度的评价指标是刀具状态监测的基础。

本文通过分析立铣刀后刀面磨损带的磨损规律及特点，研究了后刀面和副后刀面磨损带宽度VB和磨损带面积AVB在铣刀渐进磨损过程中的变化特点，提出了衡量刀具磨损程度的两个评价指标。

1 铣刀磨损量的评价指标刀具后刀面的磨损对加工精度和切削力的影响较前刀面更为显著。

由于后刀面磨损量比较容易测量，因此在刀具管理和金属切削研究中，多按后刀面磨损带中间部分平均磨损量允许达到的最大值(通常以VB表示)来制定磨钝标准。

ISO制定了外圆车刀使用寿命实验中的刀具磨钝标准，但该标准只适用于切削实验。

在实际加工过程中，存在许多影响刀具磨损的不可预见和难以控制的因素。

虽然可将铣刀的每一刀齿看成一把车刀，但铣刀的磨损比车刀的磨损更为复杂，在不同的切削条件下将产生不同的磨损方式。

因此，ISO制定的刀具磨钝标准很难在实际生产中推广应用。

实验研究结果表明，影响刀具后刀面磨损带的因素很多，如加工条件、工件材料、刀具安装、机床性能、刀具几何角度等，仅以刀具后刀面磨损带中间部分磨损量作为评价指标很难真实、准确和完整地评价刀具磨损状态。

基于尺寸效应的微径铣刀磨损预测模型的建立与实验研究孟杰;陈小安;吕中亮;李翔【摘要】刀具磨损是影响微细铣削加工的重要因素之一,将材料的本构模型与Usui 刀具磨损模型相结合,并考虑到微细加工中存在的尺寸效应,提出一种新的刀具磨损预测模型,采用有限元仿真和物理实验的方法确定硬质合金刀具铣削碳钢时刀具磨损预测模型中的相关参数,并进行了实验验证.为了更直观的观察、预测刀具磨损情况,将该模型应用于微细铣削仿真过程中,可求得任意时刻刀具的磨损及几何轮廓.为微细铣削中刀具磨损的研究提供了新的方法.%Tool wear is one of the important factors that affect the micro milling bining the constitutive model and Usui tool wear model,and considering the size effect during micro machining,a new tool wear prediction model was proposed.The relevant parameters of the prediction model for the micro milling of carbon steel workpieces by tungsten carbide tools were determined by the finite element simulation and physical experiment,which were then verified by further experiments.In order to observe and predict the tool wear more apparently,the prediction model was applied yet to a micro milling process simulation,so as to obtain the tool wear and its geometrical shape at any time in the proccss.The study provides a new method for studying the tool wear during micro milling.【期刊名称】《振动与冲击》【年(卷),期】2017(036)006【总页数】6页(P229-234)【关键词】微细铣削;微径铣刀;刀具磨损;尺寸效应;刀具磨损预测模型【作者】孟杰;陈小安;吕中亮;李翔【作者单位】重庆科技学院机械与动力工程学院,重庆401331;重庆大学机械传动国家重点实验室,重庆400044;重庆科技学院机械与动力工程学院,重庆401331;重庆科技学院机械与动力工程学院,重庆401331【正文语种】中文【中图分类】TG501近年来，随着微小型产品在工业、农业、医疗、军事等众多领域的广泛应用，微细加工技术逐渐成为现代科学研究的前沿和热点。

精密微细铣削⼯艺——机加⼯前沿技术2021-07-29 《Advances in Manufacturing》2021年第9卷第2期微细铣削是⼀种精密制造⼯艺，由于其在各种材料中的通⽤性、性能、经济性和效率，在⽣物医学、电⼦、航空航天和航空⼯业中有着⼴泛的应⽤。

特别是，微铣削⼯艺⾮常适合于在微域中对⾼长宽⽐的模具原型进⾏⾮常精确的加⼯，以及快速的微变形和微模塑加⼯，这在不久的将来将在⽣物植⼊物制造中具有重要的意义。

然⽽，当铣削被缩⼩到微域时，机械加⼯固有的物理过程约束就产⽣了。

这导致了微铣削过程中的⼀些物理现象，如切屑形成、尺⼨效应和加⼯不稳定性。

本⽂详细介绍和讨论了这些动态物理过程现象。

从过程输出的⾓度详细讨论了微铣削过程输⼊的最新研究，以确定如何改进整个过程。

此外，还介绍了将传统微细铣削技术与其它技术相结合的新⼯艺，这些新⼯艺在减少与物理过程现象有关的问题⽅⾯具有很⼤的应⽤前景。

最后，讨论了这种多⽤途精密加⼯⼯艺的主要应⽤，并对如何进⼀步拓宽其应⽤范围提出了重要见解。

关键词：精密加⼯微铣削尺⼨效应挠度⼑具磨损国内研究情况近些年来，沈阳理⼯⼤学在微细铣削加⼯和微细车铣切削技术⽅⾯开展了⼀些研究。

在微⼩铣削机床上完成了微细铣削AISI D2 模具钢的切削试验，研究了各切削参数对已加⼯表⾯形貌和切削⼒的影响程度及变化趋势。

结果表明，每齿进给量对表⾯形貌和切削⼒影响较⼤，⽽轴向切削深度和切削速度影响次之。

在微细铣削⼯件表⾯上由于塑性变形所产⽣的微⼩突出物是微细⽑刺[19-20]。

沈阳理⼯⼤学在车铣加⼯技术的基础上完成了WCH-I 数控四轴联动微细车铣切削机床设计和开发的研究。

其⽓动铣削主轴转速为150000r/min，旨在实现⾼速微细车铣切削微⼩型细长轴和具有复杂型⾯的微⼩型零件。

与⼤中型超精密机床相⽐，该机床具有体积⼩、易控制加⼯环境、成本低等特点。

北京理⼯⼤学采⽤传统的车削⽅法和先进的车铣⽅法进⾏了微细轴的切削加⼯试验, 验研究在⾃主设计的具有结构优势和加⼯特⾊的“微⼩型车铣复合加⼯中⼼”上进⾏。