1引言

　　近年來，民用和國(guó)防等領(lǐng)域?qū)Ω鞣N微小型化產(chǎn)品的需求不斷增加，對(duì)微小裝置的功能、結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度、可靠性等要求也越來越高。因此，研究開發(fā)經(jīng)濟(jì)上可行、能夠加工三維幾何形狀和多樣化材料、特征尺寸在微米級(jí)到毫米級(jí)的精密三維微小零件的微細(xì)加工技術(shù)具有重要意義。目前，微細(xì)切削已成為克服MEMS技術(shù)局限性的重要技術(shù)，而微細(xì)銑削技術(shù)因具有高效率、高柔性、能加工復(fù)雜三維形狀和多種材料的特點(diǎn)，已成為一個(gè)非常活躍的研究熱點(diǎn)。

　　2微徑銑刀及其制造技術(shù)

　　(1)制造工藝及刀具性能磨削是一種傳統(tǒng)的銑刀制造工藝，但對(duì)于直徑僅為零點(diǎn)幾毫米的微徑銑刀，要在磨削力作用下、在不均質(zhì)的刀具材料上磨削加工出鋒利的切削刃口是一件十分困難的事情，這也成為微徑銑刀發(fā)展的一個(gè)技術(shù)瓶頸。為此，從理論和實(shí)驗(yàn)的角度出發(fā)，可以選擇一種不產(chǎn)生切削力的加工方法(如激光加工、聚焦離子束加工等)。聚焦離子束加工方法從原理上比較適合用于制造微徑銑刀。Friedrich和Vasile等人采用聚焦離子束加工技術(shù)制作了微徑銑刀，最小直徑達(dá)到22μm。利用微徑銑刀和定制的高精度銑床，在聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)上加工出了89.5°直壁微槽結(jié)構(gòu)，深度為62μm，槽間肋厚為8μm。Adams等人采用聚焦離子束加工技術(shù)制作了一些直徑約為25μm的微徑銑刀，其輪廓形狀有兩面體、四面體和六面體，切削刃分為2刃、4刃和6刃，刀具材料為高速鋼和硬質(zhì)合金。用這些刀具分別對(duì)鋁、黃銅、4340鋼和PMMA四種工件材料進(jìn)行了微細(xì)銑削加工。但是，由于使用微徑銑刀進(jìn)行切削加工必須采用小進(jìn)給量，且刀具磨損劇烈，加工毛刺較大，加工效果至今不能令人滿意。立銑刀的刀刃幾何形狀主要有直體、錐體三角形(Δ-type)、半圓形(D-type)和已商品化的螺旋刃立銑刀四種。Fang等人通過實(shí)驗(yàn)和有限元分析，從刀具剛度和加工性能出發(fā)，對(duì)上述四種立銑刀進(jìn)行了研究對(duì)比。結(jié)果表明，錐體D-type立銑刀更適合微細(xì)切削加工，并用直徑0.1mm的錐體立銑刀成功制作了特征尺寸小于50μm的生物醫(yī)學(xué)零件和特征尺寸小于80μm的微型壓花模具。但是，從實(shí)用角度和應(yīng)用前景來講，還是應(yīng)優(yōu)先選擇商品化的螺旋刃微徑立銑刀，很多研究都是針對(duì)此類銑刀進(jìn)行的。目前，直徑0.1mm的硬質(zhì)合金立銑刀在國(guó)外已經(jīng)商品化(在國(guó)內(nèi)，直徑0.2mm的立銑刀也已經(jīng)商品化)，直徑50μm的立銑刀也開始上市。目前此類銑刀的制造仍需依賴于高性能的工具磨床。在歐洲，采用微徑立銑刀(最小直徑50μm)加工微型塑料組件的注射模具，模具硬度達(dá)53HRC，銑削精度＜5μm，表面粗糙度Ra＜0.2μm。美國(guó)開發(fā)了專門用于模具和硬型模具加工的新型微徑銑刀，能夠?qū)κ摰雀哂捕炔牧线M(jìn)行高速切削加工(切削速度30m/min，最高達(dá)150m/min)。瑞士的研究人員做了一個(gè)高速切削硬材料的實(shí)驗(yàn)，用直徑0.5mm的TiAlN涂層微徑銑刀切削316L不銹鋼，切削深度0.1mm，切削速度80m/min，主軸轉(zhuǎn)速50000r/min，進(jìn)給率240mm/min。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明刀具壽命達(dá)8小時(shí)(117m)。(2)刀具材料作為刀具材料，金剛石、立方氮化硼、陶瓷等都各有其優(yōu)點(diǎn)和局限性，而使用最多的是硬質(zhì)合金材料，目前國(guó)外90以上的車刀和55以上的銑刀均采用硬質(zhì)合金。在微徑銑刀領(lǐng)域，刀具材料也以硬質(zhì)合金為主。硬質(zhì)合金是由很多晶粒組成的燒結(jié)體，晶粒的大小決定了刀刃的微觀鋒利程度，為了獲得鋒利的刀刃，通常采用鎢鈷類的超細(xì)顆粒硬質(zhì)合金。目前超細(xì)顆粒硬質(zhì)合金的晶粒尺寸在0.5μm左右，其切削刃圓弧半徑為幾微米。細(xì)顆粒、超細(xì)顆粒硬質(zhì)合金材料的開發(fā)與應(yīng)用是進(jìn)一步提高刀具使用可靠性的發(fā)展方向，其特點(diǎn)是不斷開發(fā)刀具材料新牌號(hào)，使之更適應(yīng)被加工材料和切削條件，從而達(dá)到提高切削效率的目的。刀具制造商采取“對(duì)癥下藥”的策略，不斷開發(fā)具有