微切削加工技术

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微细加工技术概述及其应用

微细加工技术概述及其应用

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)

MQL 加工技术(微量润滑加工技术)

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

fdm和mem工艺原理

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。

微细加工

微细加工

1.精度表示方法
一般加工,其精度用误差尺寸与加工尺寸比值表示;微细加工,其精度用误 差尺寸绝对值表示。
在微细加工时,由于加工尺寸很小,引入了加工单位尺寸的概念。加工单位 尺寸简称加工单位,它表示去除材料的大小。例如,原子加工单位表示能去除一 个原子。显然,加工单位越小,可获得的精度就越高。
第三章 现代制造工程加工技术
SPM探针
介质中的分子 电化学作用区
偏置电压
电致刻蚀原理
第三章 现代制造工程加工技术
到目前为止,利用电脉 冲诱导氧化方法,已经在多 种半导体和金属(如Si,Cr, Nb,GaAs,Au和Ti等)表 面上,制备了所需的纳米结 构或器件。中国科学院分子 结构与纳米技术重点实验室 在氢钝化的p型Si(111)表 面上,利用此法刻蚀出了图 案清晰的中国科学院院徽。
第三章 现代制造工程加工技术
②微细加工刀具 微细切削加工一般采用单晶金刚石刀具。
各种单晶金刚石刀具
单晶金刚石铣刀刃形
第三章 现代制造工程加工技术
2. 微细车削加工
日本通产省工业技术院机械工程实验室(MEL)于1996年开发了世界上第 一台微型化的机床——微型车床。
世界第一台微细车床
车削轴的直径: 0.02mm
高的定位精度和重复定位精度,高平稳性的进给运动。
低热变形结构设计。
刀具的稳固夹持和高的安装精度。
高的主轴转速及动平衡。
稳固的床身构件并隔绝外界的振动干扰。
具有刀具破损检测的监控系统。
第三章 现代制造工程加工技术
C轴回转工作台 刀具 空气涡轮主轴 B轴回转工作台 X导轨 C 工件 Z导轨
B
空气油减振器
移动 完成
提取
放置

先进制造技术-5-6微机械及微细加工技术

先进制造技术-5-6微机械及微细加工技术

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

微切削加工的原理

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。

微小零件加工的微细切削技术

微小零件加工的微细切削技术
微小 零件加工 的微细切 削技术

摘 要

艾春雨




( 装 甲兵技 术 学院
吉林 ・ 长春
1 3 0 0 0 0 )
微细切 削技术是高速度低 成本 的的对微 小零件进行机械加工的方 式, 它是未 来制造技术的发展趋势, 是2 l
世纪 重点发展 的关键技术之一。微 细切 削技术的主要加工对象是金属 与合金等非硅 材料微小型结构件 , 是精密加工 的关键技术。本文结合微小零件的特点, 分析 了微细切削的技术体 系。

2微 细切 削的 机 理 3 . 2 . 2微细切 削工作监控 困难 微细切削其实和常规切削一样的,都通过刀具去除工件 微细切削技术难点之一是切削工作状态的监控。 在常规尺 表面材料。但 由于微细切削的工件 、 刀具尺寸非常小, 所 以微 度切削下会有比较明显 的切 削冲击、 振动、 噪声等现象出现, 而 细切削会出现许多与常规切削不同的现象 。提高加工质量的 在微细切削下这些现象会变得微弱 , 反映切削工作状态的价值
有效途径之一是通过对微细切削机理的研 究进而推动微细切 信号的噪音低、 幅值小, 在辨识和提取特征参数时有一定的困难。 削实用化进程。在切削加工 中,工件材料与刀具的接触区域 3 . 2 - 3加工精度和加工 能力受限, 不能完全适应批量生产 不可避免的会 出现局部变形 , 所 以必须控制刀具的切削厚度 , 由于刀具的使用和产生的切削力的原因,需要不断提高 使厚度控制在 工件材料的最 小切削厚度之 内, 保证加工质量 。 加工的精度和加工能力。微细刀具 的制作工艺容易造成刀刃 刀具在微细切削加 工时去除材料逐渐减少 ,刀刃刃口的半径 口磨损,磨损后 的刀具切削尺度和原来理论上的尺度发生了 逐渐接近最小切削厚度 , 与传统切削的模型不同, 切削沿着刃 变化 ,J J u 工精度上还有待进一步提高 。切削力 的大小在切削 口半径轮廓会产生剪切变形 。因此微观组织和切屑的形状变 转角 时会 导 致切 削 力增 加 ,所 以这 就 限制 了对 精 密 表面 的获 化与传统大尺寸的切削切屑存在差别。微细切削中,刀具磨 取。微细切削技 术现在对于微小零件 的多种产 品已经可 以进 损是关键 问题, 所 以硬质合金材料被广泛应用于微细铣刀中。 行小批量生产 , 但 生产过程的 自动化程度低, 目前还没法满分 3 面 向微 小零 件 的微 细 切 削 技 术 大批量生产需要 。 3 . 1 微细切 削技术有 自己特有 的优 势 4结 语 3 . 1 . 1 适合多种材料的加工 微细切削技术是精密加工工艺的重要延伸,尽管 目前的 微细切削的去除机理是通过刀具在切削层施加机械力产 微细切削技术只能针对小规模 的微小零件加工,在尺度和精 生切削变形,以切屑的形式从工件表面脱离。所 以从理论上 度上 还达不到最完美的程度 ,但是 目前对微细切削技术的研 说, 如果刀具材 料有足够的的强度和硬度, 刀具与工件之间不 究和试验方法在不断改进 ,新型复合材料也在不断地投入实 发 生热 化 学 反应 , 合金、 金属、 陶瓷 、 塑料、 石墨、 复合材料、 玻 验中, 所 以它的发展前景和运用前景非常广阔。

微细切削加工技术(上)

微细切削加工技术(上)
等。随着机械制造及其相关科学技术 的发 展 ,目前切削 加工技术可 以达到很高的加工精度和极微 细的尺寸 ,已
经成 为微细加工领域中极 为重要的手段。微细切 削加工
件 的高导热性 ,同传统的切 削加工相 比,微 细切 削的温
度是非常低 的。但 是 由于加 工 尺度 和刀 具 尺度 的微 小
应用使微 电子工业 、汽车工业 、航空航 天 、生 物医学工 程 、计算 机 、精密仪器 、光学 、移动通信 、医疗器械 和 工业 自动化等行业发生了重 大变革 。 自2 纪末期 以来 ,美 国、 E本 、德 国 、英 国等 0世 t 工业发达 国家十分重视发展 微细加工技术 ,纷 纷投入 了 相当数 量 的财力 和 人力 ,确定 发展 战 略 ,制订 长远 规 划 ,设立专 门的研 究机构 ,使微细 加工 技术迅 速发展 , 现已初步形成了具有特色 的微细加工技 术及微型产 品制
的综合影 响会产 生数 } 米的表 面粗 糙 度峰 谷值 的变 一 纳 化。而在做切削表面的形成过程 中,即使 纳米量级 的相 对振动也会非常敏感 的受到影 响,同样也 受到切屑去除 过程儿何形态的影响 。除 了加丁装置 ( 机床 )的运动误 差 ,工件材料 的性质 ( 性能)也会严重影响到微切削加
是指微小尺寸零件的切削加工技术 ,由于精密 和超 精密
加工既加工大尺寸又加工小尺 寸 ,所 以可以说微细 切削
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。
在微细切削加工 中,由于切 削深度很小 ,切 削常在 晶粒 中进行 ,所 以其单 位 面积 上 的切削 应力 将 急剧 增 大 。例如 ,当在 切削深度为 10x 01 m的普通 车削时,其切
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图#
微机械加工技术分类
30
工 具 技 术
4
微切削加工技术
纳米尺度, 加工精度为亚微米。
微切削是一种快速且低成本的微小零件机械加
[6] 工方式, 而且 不 受 材 料 的 限 制 , 使 用 CNC 加 工 中
心可实现 2D、 2 . 5D 简单特 征 到 复 杂 3D 曲 面 零 件 的 微加工 (见 图 4 ) , 通过使用此法加工出的微小模具 可达到 批 量 生 产 的 目 的。 以 下 主 要 介 绍 微 切 削 装 备、 刀具、 切削机理。
[3]
被加工材料进行 等 向 或 非 等 向 刻 蚀 去 除 加 工, 通常 可对被加工材 料 进 行 体 形 微 加 工 ( bulk micromachin或表面微加工 ( Surface micromachining ) 。刻蚀技 ing) 术的优点是加工精度高, 且有大批量生产能力, 可与 技 术 已 较 成 熟; 缺点是被加工材料固 IC 制造相容, 定、 加工速度慢、 刻 蚀 剂 危 险 性 高、 所用设备资金投 入大, 且对加工环境要求高等。 (2) 薄膜技术 该技术主要用薄膜成长技术和刻蚀技术加工所 需的微结构, 一般 可 用 于 2D 表 面 微 加 工, 主要应用 在 VLSI 方面的 微 元 件 制 造。 薄 膜 技 术 除 了 技 术 已 较成熟、 极佳的 IC 相 容 性, 不需要特别的组装技术 就可以大量生产微元件外, 其缺点与刻蚀技术相同。
1
引言
电系统或微机械上的微元件都能利用集成电路技术 生产出来, 因此新 的 材 料 和 新 的 微 制 造 技 术 以 及 微 切削技术陆续被研究发展出来。
随着科学技术的发展对切削加工提出了越来越 高的要求, 一是要满足越来越高的加工效率、 加工精 度和表面质量; 其次是要求经济性和生态性 (即绿色 生产要求) 。为了 满 足 这 些 要 求 研 究 人 员 已 做 了 大 量的研究工作, 开发出了多种先进切削加工技术, 如 高速切削、 干切削、 硬切削等。 微机电系统最 早 是 上 世 纪 60 年 代 对 集 成 电 路 ( IC) 制造与 材 料 研 究 而 衍 生 出 来 的 一 门 新 领 域, 因 此开始发展时使用的制造技术必须遵循集成电路的 制造要求, 所采用 的 材 料 也 必 须 符 合 集 成 电 路 的 制 造标准, 如采用多 晶 硅、 单 晶 硅、 氧化硅和二氧化硅 等硅基材料, 或是使用铝、 铜等金属。但随着微机电 系统和微机械的 多 样 化 发 展, 传统上符合集成电路 制造要求的材料 有 其 局 限 性, 对于拥有不同机械性 能与电子特性微元件的需求也显得越来越迫切。微 机电系统技术已 经 成 为 全 球 增 长 最 快 的 工 业 之 一, 需要制造极小的高 精 密 零 件 的 工 业, 例如生物 - 医 疗装备、 光学以及微电子 (包 括 移 动 通 信 和 电 脑 组 件) 等都有大量的需求。然而, 并非每种应用在微机
图"
微小机械加工特征的尺度等级
#
微制造技术
目前常用于微机电系统方面的微 制 造 技 术 ( Mi可分为对硅基材 料 以 及 非 硅 基 材 料 cromanufacturing)
[2 , 4, 5] 的微加工, 基本上又可分为四类 :
(1) 刻蚀技术 该技 术 利 用 干 刻 蚀 法、 湿刻蚀法或光刻蚀法对
图4
微切削加工的零件
4.1
微切削装备
零件的尺寸和加工质量 ( 加 工 精 度、 表面粗糙 度、 重复精度) 与其加工机床的性能 (如精度、 动态特 性等) 密切相关。机床的性能主要与主轴、 工作台和 控制系统有关, 微切削所用刀具的直径非常小, 为了 提高加工效率, 微 切 削 机 床 主 轴 的 转 速 非 常 快。 为 满足扭矩要求, 通常采用电主轴和混合角接触轴承, 这种轴承由于摩 擦 生 热 造 成 热 膨 胀, 最高转速一般 不超过 6 万 I / miI。 当 转 速 更 高 时, 应采用空气轴 承, 但空气轴承提供的扭矩较小, 目前空气轴承主轴 的最高转速可达 20 万 I / miI 。为了获得 较 高 的 切 削 速度, 主轴的锥 度 与 高 速 切 削 刀 柄 的 锥 度 一 致。 微 切削精密机床的 工 作 台 一 般 是 由 直 线 电 机 驱 动 的, 与普通驱动如滚 珠 丝 杠 相 比, 直线电机驱动系统没 有摩擦和电磁耦 合 产 生 的 累 积 误 差, 也没有由于磨 损造成的精度损失, 不存在间隙, 而且能提供较大的 加速 度, 直 线 电 机 驱 动 系 统 的 精 度 可 达 i l! m。 微 切削精密机床的刚度好, 振动小, 而且大都带有各种 传感器和执行 器。 但 是 由 于 其 尺 寸 较 大, 对周围环 境的控制要求较 严 格, 使得加工微小零件的成本较 高。目前市场上可用于微切削的加工中心和数控车 床如图 5 所示。 由于 微 小 机 械 产 品 的 加 工 特 征 尺 寸 很 小, 研究 人员正尝 试 开 发 微 小 机 床 ( 见 图 6) 来加工微小零 件。微小机床的 体 积 尺 寸 非 常 小, 可节约大量的原 材 料, 因 此, 可 使 用 性 能 较 好 的 材 料 来 制 造。 另 外, 由于质量小, 微小机床的固有频率比普通机床高, 这 使得微小机床可以稳定地在较宽的主轴转速范围内 使用而不发生 颤 振。 即 使 发 生 振 动, 在同样载荷下 微小机床的振幅也小。微小机床的定位精度可达到
[l] 于 l00 m 的尺度 属 于 宏 观 力 学 研 究 范 畴 。而机械
加工学科常常以 l0 - 6 m (l! 为加工误差尺度, 传统 m) 切削加工的误 差 尺 度 多 以 丝 来 衡 量 ( l 丝 = l0! , m) [2] 精密加工的 误 差 尺 度 可 达 到 微 米 级 。 由 此 可 见: 材料学以 研 究 对 象 的 特 征 长 度 作 为 尺 度 划 分 的 依 据, 机械加工领域 以 研 究 对 象 的 加 工 精 度 作 为 尺 度 的划分依据, 从而把机械加工划分普通加工、 精密加 工和超精密加工 等, 并没有涉及到工件加工特征尺 度的大小。 如图 l 所示, 精密加工根据工件加工特征的尺度 可分为宏尺度加工、 中尺度加工和微尺度加工。通常

图!
精密加工尺度的划分
(3) LIGA 技术 该技 术 结 合 了 X-ray 深 刻 技 术 ( Deep X-ray 、 微电铸翻模 ( Micro electroforming) 及微成 lithography) 形 ( Micro molding ) 等 技 术, LIGA 微 加 工 制 造 技 术 除 具有精度高、 表面粗糙度好、 可批 IC 电路相容性佳、 量生产的优 点 外, LIGA 技 术 比 IC 制 造 技 术 能 加 工 更为多种的材料 以 及 具 有 更 佳 的 高 深 宽 比 3D 微 结 构制造能力。然而, LIGA 技术最大的缺点是制 造 所 需的同步辐射 X 光费用极为昂贵, 此外 X 光 光 罩 的 制作成本与时间的 耗 费 也 很 高, 因此在亚微米 ( Sub尺度的微结构中已有利用价格较为便宜的类 micron) 例如利用替代性光源 LIGA 技术来取代 X 光的刻蚀, 的紫外光微影、 准分子激光加工以及反应式离子刻 蚀 ( reactive ion etching,rIE ) 等 技 术, 这些替代性技 术的加工精度虽无 LIGA 技 术 高, 但 光 源 设 备 小、 价 格亦较为便宜。 (4) 微机械加工技术 除上述 (1)~( 3 ) 类 的 微 制 造 技 术 外, 一般大都 可归于此类加工 技 术, 微机械加工技术又可分为微 切削加工技术、 非切削加工以及特种加工等三大类 (见图 3) 。本文主要介绍微切削技术。
! 教育部新世纪优秀人才资度的划分, 不同的研究机构、 不同研究领 域的 研 究 人 员 有 不 同 的 见 解。 材 料 学 专 家 认 为 l0 - l2 ~ l0 - 9 m 之间的 尺 度 属 于 量 子 力 学 研 究 范 畴; l0 - 9 ~ l0 - 6 m 之 间 的 尺 度 属 于 纳 观 力 学 研 究 范 畴; l0 - 6 ~ l0 - 3 m 之 间 的 尺 度 属 于 介 观 力 学 研 究 范 畴; 大 l0 - 3 ~ l00 m 之间的尺 度 属 于 微 观 力 学 研 究 范 畴;
NCET-04-0629)
2006 年第 40 卷 N3
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的机械加工大多是指宏尺度加工, 零件的技术性能要 求反映在宏观尺度或表层结构上, 加工特征的尺寸相 对较大, 加工的范畴较广; 微尺 度 加 工 是 指 微 纳 米 加 工, 主要用精密和超精密加工 技 术、 微细加工技术和 纳米加工技 术 来 加 工, 强调了 “极 薄 切 削” 和微观结 构, 加工特征的尺寸相对来说较小, 在微米、 亚微米和 纳米级, 研究的重点是物质的 微 观 结 构; 介于两者之 间的称之为中尺度加工或中尺寸加工
28
工 具 技 术
微切削加工技术
刘战强 雷原忠
山东大学
摘 要: 在探讨切削技术发展动力的基础上给 出 了 机 械 加 工 的 尺 度 划 分 方 法。 通 过 综 述 微 制 造 技 术, 介绍了
微切削加工装备和微切削刀具, 提出了利用应变梯度 塑 性 理 论 进 行 微 切 削 机 理 研 究 的 设 想, 从分子动力学模拟仿 真、 最小切削厚度、 切屑形态、 微切削力、 切削温度、 工 件 材 料 的 微 量 加 工 性、 刀 具 变 形、 表 面 粗 糙 度 与 切 削 稳 定 性、 毛刺、 积屑瘤、 刀具磨损等不同方面分 析 了 微 切 削 机 理 的 研 究 现 状 和 存 在 问 题。 最 后 介 绍 了 微 铣 削 CAD / CAM 技 术, 并指出了微切削加工技术的发展趋势。 关键词: 微切削, 微机床, 刀具, 切削机理, 微尺度
目前有一些机电产品既不像纳米技术中 微 型 机 电系统 (微型机械) 那样小, 又不像普通机电产品那样 大, 为便于区分, 可称之为 “微 小 机 械” 。微 小 机 械 的 加工特征跨越了多个不同尺度等级 (见图 2) , 既包含 又包含 10 - 6 ~ 10 - 3 m 之 10 - 3 ~ 100 m 之间的微观尺度, 间的介 观 尺 度, 还 包 含 10 - 9 ~ 10 - 6 m 之 间 的 纳 观 尺 度。这里应该指出是目前大部分微细 制 造 技 术 所 能 达到的加工精度还在亚微米至微米范围, 相距通常所 还有较大差距。 说的纳米尺度 (10 - 10 ~ 10 - 7 m) 微小机械无论在国防、 航空、 航天和民用中都有 较大市场, 例如微小人造卫星、 飞机、 机床、 汽轮发电 机组、 车 辆、 枪 械 等。从 产 品 发 展 来 看, 小型化是其 方向之一, 如照相机、 摄像机、 投影仪、 手机等都越做 越小, 而功能却不断提高和完善。因此, 微小机械加 工理论和技术的研究有着广阔的应用前景。
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