微切削

微切削是一種快速且低成本的微小零件機械加工方式。

隨著微機電系統和微機械的多樣化發展，對擁有不同機械性能與電子特性的微元件的需求也顯得越來越迫切。微機電系統技術已經成為全球增長最快的工業之一，需要製造極小的高精密零件的工業，例如生物、醫療裝備、光學以及微電子 ( 包括移動通信和電腦組件 ) 等都有大量的需求。然而，並非每種應用在微機電系統或微機械上的微元件都能利用集成電路技術生產出來，因此新的材料和新的微製造技術以及微切削技術陸續被研究發展出來。

對於尺度的劃分，不同的研究機構、不同研究領域的研究人員有不同的見解。材料學專家認為：10-12m～10-9m 之間的尺度屬於量子力學研究範疇；1 -9m～10-6m之間的尺度屬於納觀力學研究範疇；10-6m～10-3m之間的尺度屬於介觀力學研究範疇；1-3m～10-0m之間的尺度屬於微觀力學研究範疇；大於10-0m的尺度屬於宏觀力學研究範疇。而機械加工學科常常以10-6m(1μm)為加工誤差尺度，傳統切削加工的誤差尺度多以絲來衡量(1絲=10μm)，精密加工的誤差尺度可達到微米級。由此可見：材料學以研究對象的特徵長度作為尺度劃分的依據，機械加工領域以研究對象的加工精度作為尺度的劃分依據，從而把機械加工劃分普通加工、精密加工和超精密加工等，並沒有涉及到工件加工特徵尺度的大小。

為了提高加工效率，微切削機床主軸的轉速非常快。為滿足扭矩要求，通常採用電主軸和混合角接觸軸承。微切削精密機床的工作台一般是由直線電機驅動的，能提供較大的加速度。微切削精密機床的剛度好，振動小，而且大都帶有各種感測器和執行器。但是由於其尺寸較大，對周圍環境的控制要求較嚴格，使得加工微小零件的成本較高。由於微小機械產品的加工特徵尺寸很小，研究人員正嘗試開發微小機床來加工微小零件。微小機床的定位精度可達到納米尺度，加工精度為亞微米。

使用CNC加工中心可實現2D、2.5D簡單特徵到複雜3D曲面零件的微加工，通過使用此方法加工出的微小模具，可達到批量生產的目的。

微切削的切削深度和進給量都非常小，因此單位切削麵積上的切削力較大，同時產生很大的熱量，使刀刃尖端局部區域的溫度升高，因此在微切削對刀具材料的性能要求較高，需採用耐磨、耐熱、高溫硬度高、高溫強度好的刀具材料，隨著迴轉最小直徑的微小化，要求迴轉刀具的抗彎強度、剛性與斷裂韌性均應較高。

除了刀具材料外，刀具的幾何形狀對於實現微切削加工至關重要。在微切削條件下，精確地切除極薄的材料需要極其鋒利的切削刃，也就是極小的刃口半徑。不僅如此，刃口鋒利度還關係到切削表面質量、微觀組織型貌以及晶格位錯等。精確測量刀具刃口輪廓是保證刀具刃口研磨和進行微細切削過程質量分析的前提。

微切削時，由於工件尺寸微小，從強度、剛度上來說都不允許採用較大的切削深度和進給量，同時為保證工件尺寸精度的要求，最終精加工的表面切除層厚度必須小於其精度值，因此切削用量必須很小。如切削深度有時小於材料的晶粒直徑，使得切削只能在晶粒內進行，這時的切削相當於對一個個不連續體進行切削，切削的物理實質是切斷材料分子、原子間的結合，實現原子或分子的去除，因而傳統的以連續介質力學為基礎的切削理論已不適於微切削，所以，微切削機理的研究需要採用與傳統塑性理論不同的方法進行研究。

採用應變梯度理論，可以預測出尺度效應和位錯影響，獲得與試驗相吻合的結果，在微機械與微構件領域已成功分析了微米壓痕、裂紋尖端場、界面裂紋、細絲扭轉與微薄梁彎曲等問題，並開始在微成型研究中得到應用，採用應變梯度塑性理論研究微切削變形將是微切削機理研究的方向。

應變梯度塑性理論是傳統塑性理論的推廣和完善，是連接經典塑性力學理論與原子模擬之間的必要橋樑。近年來已發展起來多種應變梯度塑性理論，較為典型的有CS（couple stress）應變梯度塑性理論、SG（stretch and rotation gradients）應變梯度塑性理論和MSG（mechanism - based strain gradient）應變梯度塑性理論。

1.《工具技術》

2.http://www.shukongcn.com/bbs/archiver/tid-23883.html