微细切削加工与微机械制造

作者：信息来源:info.mt.hc360.com 2006-4-2

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哈尔滨工业大学贾宝贤王振龙赵万生微机械技术在工业、农业、医疗、军事等领域的应用日益广泛。目前，微机械的加工方法有：由硅平面技术衍生的微蚀刻加工，由特种加工衍生的微细特种加工，由切削加工衍生的微细切削加工。微型机电系统技术衍生于微电子技术，由于这种历史原因，硅微细加工在微机械制造中占据主要地位，硅...

                      哈尔滨工业大学贾宝贤王振龙赵万生

    微机械技术在工业、农业、医疗、军事等领域的应用日益广泛。目前，微机械的加工方法有：由硅平面技术衍生的微蚀刻加工，由特种加工衍生的微细特种加工，由切削加工衍生的微细切削加工。

    微型机电系统技术衍生于微电子技术，由于

种历史原因，硅微细加工在微机械制造中占据主要地位，硅微细加工具有批量制作、预组装及容易与微电子电路集成的技术特点，适合于微型传感器的制作，但成型结构形状有限，不利于微致动器的制作。

    可以进行微细加工的特种加工方法主要有电火花加工、电化学加工、超声加工、激光加工、离子束加工、电子束加工等。这些特种加工方法有的设备昂贵、对环境要求较高，有的加工速度偏低。对于加工三维实体结构的零件来说，单独使用特种加工方法并没有优势可言。

    可以用来进行微细加工的切削方法有：微细车削、微细铣削、微细钻削、微细磨削、微冲压等。

    本文将介绍微机械制造中的切削加工方法及设备的研究进展情况。

    1 微细车削

    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，

32、宽25mm、高30.5mm，重量为100g；主轴电机额定功率1.5W，转速1000r/min。用该机床切削黄铜，沿进给方向的表面粗糙度值为Rz1.5µm，加工工件的圆度为2.5µm，最小外圆直径为60µm。切削试验中的功率消耗仅为普通车床的1/500。

日本金泽大学的Zinan Lu和Takeshi Yoneyama研究了一套微细车削系统，由微细车床、控制单元、光学显微装置和监视器组成。机床长约200mm。在该系统中，采用了一套光学显微装置来观察切削状态，还配备了专用的工件装卸装置。图2为微细车床的结构原理图。主轴用两个微型滚动轴承支承。主轴沿Z方向进给，刀架固定不动，车刀与工件的接触位置

固定的，以便于用光学显微装置观察。因为工件的直径很小，车削时沿X-Y方向移动的幅度不大，所以令刀架沿X-Y移动。车刀的刀尖材料为金刚石。驱动主轴的微电机通过弹性联轴器与主轴联接。机床的主要性能

数如下：主轴功率0.5W；转速3000~15000r/min，连续变速；径向跳动1µm 以内；装夹工件直径0.3mm；X、Y、Z轴的进给分辨率为4nm。用0.3mm 的黄铜丝为毛坯，在这台机床上加工出了直径10µm 的外圆柱面，还加工出了直径120µm、螺距12.5µm 的丝杠。该机床的明显不足是切削速度低，因此得不到满意的表面质量，表面粗糙度值为Rz1µm 以下。

    它的开发成功，证实了利用切削加工技术也能加工出微米尺度的零件。

    从以上两例可知，并非机床的尺寸越小，加工出的工件尺度就越小、精度就越高。微细车床的发展方向一方面是微型化和智能化，另一方面是提高系统的刚度和强度，以便于加工硬度比较大、强度比较高的材料。

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