一、微细切削技术机理
在机械加工的微细切削过程中，微细切削与常规切削是一样的，均是通过刀具进行工件表面材料的去除，不过因微细切削刀具与工件的尺寸较小，在微细切削中，常会出现与常规切削不一样的现象。要增强微小零件的加工质量，需要提高微细切削技术，加强微细切削机理研究，以推动切削技术的实用化。在零件切削加工当中，刀具及工件材料的接触位置会存在局部变形的状况，这需要对刀具切削厚度进行合理控制，要比工件材料最小的切削厚度高，才能有效提高零件的加工质量。随着刀具去除工件材料的减少，刀具刃口的半径与最小切削厚度越来越接近，实际刀具前角是较大负值，所以，沿着刃口半径进行切削，其轮廓容易出现剪切变形，微细切削形状、组织变化与传统切削尺寸存在一定差异。在微细切削当中，刀刃口半径与最小切削厚度是重要的模型参数，其中，最小切削厚度与机床性能、刀具锋利性、工件材料物理性能与加工环境等密切相关。微细切削作为综合性高集成技术，对微小零件具有很强适应力，该技术适合金属、陶瓷、合金、石墨及玻璃等多种材料的机械加工，也能进行3D立体机械加工，其加工单位较小，材料去除率比较高，精度也非常高，通过切割深度与量的控制，可有效提高加工效率，增强微小零件加工速度。
二、微细切削技术发展现状
微细切削技术作为微小零件的主要加工手段，与宏观加工相似，均要微车床与有关系统进行检测控制，只是对刀具硬度、主轴精度与微型化方面要求更高。从上世纪九十年代开始，日本及欧美等国家，就对各类微型机床进行研制，并用微型机床加工各类微结构，其目的是在提高系统柔性的基础上，有效降低设备的制造成本。近些年，微细切削技术得到很大发展，其具体发展状况如下：（1）国外微细切削技术发展现状在1988年时，日本的MMT研究机构与MEL实验室对机床微型化进行了研究，并将此工作当作日本微细切削技术的主要组成，1996年第一个成型微型机床面世，该切削技术比手掌要小，机床长为21mm，高为30.5mm，其重量为100g，该机床的问世极大地带动了学者们研究微小机床的信心与热情。后来又成功研制了微型冲床及微型铣床，与常规切削系统相比，该切削系统结构简单，但已能对实际零件进行加工。在微机床技术的支持下，日本很多微机设备已能实用，并且逐渐商品化。美国的伊利诺斯大学研制了微型铣床，驱动主轴的最高转速达15万r/min，系统的定位精度为1um，最大的跳动量是1um。韩国首尔的国立大学研制了5轴的微型铣床，其总体尺寸是（220×294×328）mm3，系统是由2旋转平台、3直线平台与一个气动主轴构成的，不过每个平台并未配置位置传感器与编码器，一定程度上，对系统加工精度产生了影响。德国、新加坡与瑞典等国家也开始研制微细切削技术。（2）国内切削技术发展现状我国在微细切削技术方面的研究才刚刚起步，目前，哈尔滨工业学校已制造了两台微铣床，卧式与立式铣床各一台，其中，立式微铣床的总体尺寸为（300×300×290）mm3，主要是由实时任务、非实时任务、高速空气涡轮主轴、精密工作台与CCD视频的采集系统五部分组成，其中，实时任务包含位置控制、轴运动控制卡及插补运算等，非实时任务是由参数管理、工控机系统、代码编程与系统初始化等部分构成的，空气涡轮主轴能为微型铣刀提供的转速为16万r/min。随着微细切削技术在航空、化工及医疗等领域的应用，微细切削技术水平的提高是必要的，我国在此技术方面的研究还处于起始阶段，还需要不断加强微细切削机理与技术的研究。
三、微细切削在机械加工微小零件中所面临的技术问题
1.微细切削工作中监控问题
在微细切削技术中，对切削加工状态的监控是其难点之一，常规尺度下的切削加工具有明显的振动、冲击与噪声等现状，但在微细切削技术下，这些现状变得微弱，对切削加工状态进行反映的价值信号幅值小、噪音低，对特征参数进行提取与辨识时，具有一定难度。所以，为了更深入探究微细切削技术的工作状态，需要加强切削振动与切削力等相关信号的监控，而工作状态监控的实现，则需要依赖实时监控系统对切削状态进行准确监控，并实现全过程监控。
2.刀具制作技术问题
切削技术要实现um级的切削加工，需要具备极小尺度的切削刀具，但是切削技术水平的关键制约因素就是刀具制作技术的落后问题，依据分子动力学来看，刀具刃口的半径在1nm内，才能有效实现单位为0.1nm的切削加工。目前切削技术水平与应用材料并不能满足此要求。根据磨削力作用，应用专用磨削机实施微细刀具的批量生产，其成品率比较低，并且在最小直径上，刀具也会受到限制，对微细切削技术水平提高带来了影响。
3.机械加工精度与能力受限，无法适应批量生产
因切削力及刀具应用的缘故，需要不断加强机械加工的精度与能力，在微细刀具制作中，容易出现刀刃口磨损现象，一旦发生磨损，刀具的切削尺度与原理论尺度就会发生变化，其加工精度还需要进一步提高，在切削转角的时候，切削力会变大，这样就会限制加工表面的精度。目前，微细切削技术已经开始实施于微小零件的小批量生产，不过自动化程度较低，无法实现大批量的生产要求。
四、结语
随着科技发展与经济进步，各种微型零件正悄然改变着人与大自然间的交往方式，微小零件已广泛应用在航天、光学、通讯与汽车等领域中，微细切削技术作为微小零件加工的主要手段，其技术水平高低，直接影响着微小零件的加工质量，因此，在机械加工中，加强微细切削技术机理及水平的研究是必要的，可有效推动各行业的精细化发展。
作者：莫家杰 单位：郁南职业技术学校
相关专题：化学分析计量 小木虫 内修外练