微细切削加工的应用前景

    结构和零件的微型化是技术领域的发展趋势之一，开发经济上可行的微细加工技术对于微型技术的发展具有重要意义。目前，产业化的微细制造技术主要用在半导体工业，它们仅仅对大批量生产是经济的；在印刷制版术行业里使用的微细制造技术对所加工的几何形状及所能加工的材料又有很大的局限性。与这两种制造技术比较，微细切削加工可以弥补上述的缺点，因此，开发微细切削技术是微细制造技术的新领域。

    微细切削加工的第一批装置是美国在60年代末开发的，主要用于加工光学件的表面，并由此诞生了超精加工技术。目前，在光学、电子和机械零件加工中达到了微米和亚微米的精度和几十个纳米的表面粗糙度。在八十年代末，德国的卡鲁斯厄研究中心把微细切削用于在微型元件的表面上加工微细的纹理，制造微型热交换器：它们对一个圆筒上的铜箔或铝箔用单晶金刚石制造的刀尖进行切槽，最终做成一个微型的、效率很高的热交换器。

    直到九十年代，微细切削主要是用金刚石刀具加工有色金属零件。随着微型技术应用领域的不断扩大，要求能加工更多样化的材料，尤其是对钢和陶瓷的微细切削，成为微细切削技术的发展方向。

    金刚石——近乎理想的切削材料

    在超精加工领域，单晶金刚石刀具几乎是唯一得到实用的刀具。金刚石摩擦系数低，导热率高，这对切削过程很有利；它还有很高的硬度和可加工出接近原子尺寸级的锋利刃口，而制作锋利的刃口是微细切削领域中必须解决的关键技术。一个亚微米级的锋利刃口可以加工出几纳米数量级的表面粗糙度。锋利的刃口及很低的摩擦系数，可大大减小切削力，这有利于微细切削加工的精度，也降低了对超精加工机床刚性的要求。

    金刚石刀具适合加工铝、纯铜、黄铜以及铜镍合金等。铜镍合金有很高的硬度，在加工时可获得极佳的表面质量。金刚石不适合加工黑色金属，为了使金刚石能够加工钢，正在开发一些装置，有一个装置效果很好。它把一个超声振动叠加在刀具的运动上，切削时使刀具的接触时间大大减少，从而降低了切削温度，抑制了金刚石向石墨的转化。

    微细切削来源于普通切削

    微细切削的知识实际上是从普通的切削加工中获得的，包括车、铣、钻、磨，在个别情况下，微细加工也用锯削或刨削。

    目前研究最多、最成熟的是超精车削。例如制作压制菲涅耳透镜的有色金属模具或制作表面粗糙度的样块。

    通过叠加一个由压电晶体驱动的高频振动到进给机构里，在与主轴回转频率和振动适当同步时，能产生不旋转对称的加工表面，达到磨光的镜面。目前，超精车削的技术水平已经可加工出极微细的轴径。

    在微细加工中，铣削也被认为是最柔性的加工方法。用单齿的金刚石圆盘铣刀加工槽与前面所述的在薄膜上车槽比较，可以加工出各种角度交叉的槽。可用于制造压制光学栅格结构的模具，如每毫米100线。已商品化的圆盘铣刀最小宽度约100μm。

    用金刚石制造的带柄铣刀，直径约300μm，也已经商品化。这种铣刀的结构为通用的直槽单齿铣刀，也可制成有端刃的雕刻刀，它特别适合加工只有几微米厚的隔板。这种槽铣刀的缺点是最小的槽宽取决于刀具的直径和装夹的精度。