微切削

　　機(jī)理

　　微切削時(shí)，由于工件尺寸微小，從強(qiáng)度、剛度上來說都不允許采用較大的切削深度和進(jìn)給量，同時(shí)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于其精度值，因此切削用量必須很小。如切削深度有時(shí)小于材料的晶粒直徑，使得切削只能在晶粒內(nèi)進(jìn)行，這時(shí)的切削相當(dāng)于對(duì)一個(gè)個(gè)不連續(xù)體進(jìn)行切削，切削的物理實(shí)質(zhì)是切斷材料分子、原子間的結(jié)合，實(shí)現(xiàn)原子或分子的去除，因而傳統(tǒng)的以連續(xù)介質(zhì)力學(xué)為基礎(chǔ)的切削理論已不適于微切削，所以，微切削機(jī)理的研究需要采用與傳統(tǒng)塑性理論不同的方法進(jìn)行研究。

　　采用應(yīng)變梯度理論，可以預(yù)測(cè)出尺度效應(yīng)和位錯(cuò)影響，獲得與試驗(yàn)相吻合的結(jié)果，在微機(jī)械與微構(gòu)件領(lǐng)域已成功分析了微米壓痕、裂紋尖端場(chǎng)、界面裂紋、細(xì)絲扭轉(zhuǎn)與微薄梁彎曲等問題，并開始在微成型研究中得到應(yīng)用，采用應(yīng)變梯度塑性理論研究微切削變形將是微切削機(jī)理研究的方向。

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

　　尺度

　　對(duì)于尺度的劃分，不同的研究機(jī)構(gòu)、不同研究領(lǐng)域的研究人員有不同的見解。材料學(xué)專家認(rèn)為：10-12m～10-9m 之間的尺度屬于量子力學(xué)研究范疇；1 -9m～10-6m之間的尺度屬于納觀力學(xué)研究范疇；10-6m～10-3m之間的尺度屬于介觀力學(xué)研究范疇；1-3m～10-0m之間的尺度屬于微觀力學(xué)研究范疇；大于10-0m的尺度屬于宏觀力學(xué)研究范疇。而機(jī)械加工學(xué)科常常以10-6m(1μm)為加工誤差尺度，傳統(tǒng)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(dá)到微米級(jí)。由此可見：材料學(xué)以研究對(duì)象的特征長(zhǎng)度作為尺度劃分的依據(jù)，機(jī)械加工領(lǐng)域以研究對(duì)象的加工精度作為尺度的劃分依據(jù)，從而把機(jī)械加工劃分普通加工、精密加工和超精密加工等，并沒有涉及到工件加工特征尺度的大小。

　　機(jī)床

　　為了提高加工效率，微切削機(jī)床主軸的轉(zhuǎn)速非?？?。為滿足扭矩要求，通常采用電主軸和混合角接觸軸承。微切削精密機(jī)床的工作臺(tái)一般是由直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)的，能提供較大的加速度。微切削精密機(jī)床的剛度好，振動(dòng)小，而且大都帶有各種傳感器和執(zhí)行器。但是由于其尺寸較大，對(duì)周圍環(huán)境的控制要求較嚴(yán)格，使得加工微小零件的成本較高。由于微小機(jī)械產(chǎn)品的加工特征尺寸很小，研究人員正嘗試開發(fā)微小機(jī)床來加工微小零件。微小機(jī)床的定位精度可達(dá)到納米尺度，加工精度為亞微米。

　　使用CNC加工中心可實(shí)現(xiàn)2D、2.5D簡(jiǎn)單特征到復(fù)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(dá)到批量生產(chǎn)的目的。

　　刀具

　　微切削的切削深度和進(jìn)給量都非常小，因此單位切削面積上的切削力較大，同時(shí)產(chǎn)生很大的熱量，使刀刃尖端局部區(qū)域的溫度升高，因此在微切削對(duì)刀具材料的性能要求較高，需采用耐磨、耐熱、高溫硬度高、高溫強(qiáng)度好的刀具材料，隨著回轉(zhuǎn)最小直徑的微小化，要求回轉(zhuǎn)刀具的抗彎強(qiáng)度、剛性與斷裂韌性均應(yīng)較高。

　　除了刀具材料外，刀具的幾何形狀對(duì)于實(shí)現(xiàn)微切削加工至關(guān)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(guān)系到切削表面質(zhì)量、微觀組織型貌以及晶格位錯(cuò)等。精確測(cè)量刀具刃口輪廓是保證刀具刃口研磨和進(jìn)行微細(xì)切削過程質(zhì)量分析的前提。