微细铣削技术的研究

　　传统的微细铣削技术研究与应用主要是采用直径几十微米至1mm的微型立铣刀，在常规尺寸的超精密机床上进行微细加工。由于这些机床主要用于加工精度很高的非微小几何尺寸零件，通常需要通过昂贵的设计和制造工艺来达到所期望的目标精度，而对于微小零件的加工，则缺少必要的柔性，且加工成本高、效率低。微小型化的加工设备具有节省空间、节省能源、易于重组、成本低等优点。近年来，利用微小型加工设备实现微细铣削加工已引起人们的普遍重视，并实现了采用微型刀具在微小型机床上的微细加工过程。在对微细铣削加工技术的研究中，研究重点主要集中于加工表面质量、切削力、刀具的磨损和寿命、切屑状态、对微小零件的加工能力等方面。  

　　（1）加工表面质量及毛刺  

　　在对微细加工表面质量的研究中，表面粗糙度一直是备受关注的问题。韩国的W.Wang等人在黄铜上进行了微细铣削实验，并采用统计学方法分析了刀具直径、切削深度、主轴转速、进给率等参数对表面粗糙度的影响，建立了一个新的表面粗糙度数学模型。研究表明，进给率起着主要的影响作用，表面粗糙度随着刀具直径和主轴转速的增加呈线性增长。然而，刀具的硬度和主轴的振动带来的影响却比进给率更大。最后指出，增加结构和刀具的硬度及刚度，降低主轴的振动，是在该加工条件下提高表面质量的最好方法。

　　德国的J.Schmidt等人对微细铣削进行了大量研究。在切削硬钢（HRC52）时，发现在切入的一段，因刀具的剧烈磨损导致表面粗糙度不稳定，在逆铣切入一侧最差，中间部分最好，顺铣一侧居中（Rz0.5～1.6μm）。随着刀具的继续磨损，逆铣一侧粗糙度变好，顺铣一侧降低，表面粗糙度趋于稳定。而在切削软钢（HRC42）时，没有出现上述现象，表面粗糙度始终是中间部分最好（Rz0.7～1.8μm）。此外还进行了每齿进给量为7μm的铣削实验，也获得了不错的表面质量，而这种进给量在切削高硬度材料（HRC52）时被认为是不合适的。

　　毛刺是影响微细铣削加工质量的主要因素。Lee等人通过实验研究了微细铣削铝和铜时产生的毛刺。实验中观察到5种类型的毛刺：顺铣侧面切入毛刺、槽侧面顶端毛刺、槽底面切出毛刺和逆铣侧面切出毛刺，且毛刺尺寸随着背吃刀量和进给量的增加而增大。德国的J.Schmidt等人发现，只有在每齿进给量为0.5μm时才会出现几毫米长的毛刺，大多数情况下毛刺的高度在5～60μm，这对所加工模具的实际应用没有影响，结果令人满意。此外还发现顺铣一侧的毛刺较大，硬材料的毛刺比软材料的毛刺大；随着刀具的磨损，毛刺会变大，尤其在逆铣一侧；随着切削速度的增加，毛刺略有减小。  

　　目前，世界各国对表面粗糙度已进行了大量研究，但对加工硬化、残余应力的研究还鲜有报道，而这些因素对微小零件的性能都有很大影响，相信具有很大的研究价值，会成为未来的研究方向之一。  

　　（2）微细切削力  

　　在铣削过程中，刀具的受载状态极其复杂，不断受到大小、位置不同的机械冲击和热冲击载荷。由于微细铣削中的每齿进给量小于（或等于）刀具切削刃钝圆半径，切削加工过程从以剪切为主变化到以摩擦、挤压或耕犁为主；又由于切削速度较高，冲击载荷较大，使得微细切削力与传统铣削力有很大的不同。  

　　Bao和Tansel针对采用微径立铣刀进行微细铣削加工时的切削力进行了研究，提出了改进的切削力模型。该模型通过计算刀具旋转和前移时刀尖轨迹引起的切屑厚度变化得出，并且考虑了每齿进给量与刀具半径比值的不同、刀具跳动量和刀具磨损对切削力的影响，并通过实验验证了该模型比传统的立铣模型更为准确。 

　　Vogler等人提出了一个微细立铣削加工的力学模型，考虑了异质材料中不同的相，发现金属材料中的多相导致切削力的高频变化，从而解释了微细铣削多相材料时切削力中出现的高频信号。  

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