微機械技術在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療、軍事等領域的應用日益廣泛。目前，微機械的加工方法有：由硅平面技術衍生的微蝕刻加工，由特種加工衍生的微細特種加工，由切削加工衍生的微細切削加工。
m7^f% <l R+ HX'W 微型機電系統(tǒng)技術衍生于微電子技術，由于這種歷史原因，硅微細加工在微機械制造中占據(jù)主要地位，硅微細加工具有批量制作、預組裝及容易與微電子電路集成的技術特點，適合于微型傳感器的制作，但成型結(jié)構(gòu)形狀有限，不利于微致動器的制作。
7Fj8Mp| OlT8pG5Oa 可以進行微細加工的特種加工方法主要有電火花加工、電化學加工、超聲加工、激光加工、離子束加工、電子束加工等。這些特種加工方法有的設備昂貴、對環(huán)境要求較高，有的加工速度偏低。對于加工三維實體結(jié)構(gòu)的零件來說，單獨使用特種加工方法并沒有優(yōu)勢可言。
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KfM5s_ 可以用來進行微細加工的切削方法有：微細車削、微細銑削、微細鉆削、微細磨削、微沖壓等。
+u|"q+p n.g-%4\q 本文將介紹微機械制造中的切削加工方法及設備的研究進展情況。
f2e;N[D F0!Z1S0g 1 微細車削
:i&]J$^; ^6 wWv&G[8 日本通產(chǎn)省工業(yè)技術院機械工程實驗室（MEL）于1996年開發(fā)了世界上第一臺微型化的機床——微型車床，長32、寬25mm、高30.5mm，重量為100g（圖1 為該車床與硬幣的比較）；主軸電機額定功率1.5W，轉(zhuǎn)速1000r/min。用該機床切削黃銅，沿進給方向的表面粗糙度值為Rz1.5µm，加工工件的圓度為2.5µm，最小外圓直徑為60µm。切削試驗中的功率消耗僅為普通車床的1/500。
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圖1 世界上第一臺微型車床
'&cH,yc;b r;{ $x 日本金澤大學的Zinan Lu和Takeshi Yoneyama研究了一套微細車削系統(tǒng)，由微細車床、控制單元、光學顯微裝置和監(jiān)視器組成。機床長約200mm。在該系統(tǒng)中，采用了一套光學顯微裝置來觀察切削狀態(tài)，還配備了專用的工件裝卸裝置。圖2為微細車床的結(jié)構(gòu)原理圖。主軸用兩個微型滾動軸承支承。主軸沿Z方向進給，刀架固定不動，車刀與工件的接觸位置是固定的，以便于用光學顯微裝置觀察。因為工件的直徑很小，車削時沿X-Y方向移動的幅度不大，所以令刀架沿X-Y移動。車刀的刀尖材料為金剛石。驅(qū)動主軸的微電機通過彈性聯(lián)軸器與主軸聯(lián)接。機床的主要性能參數(shù)如下：主軸功率0.5W；轉(zhuǎn)速3000~15000r/min，連續(xù)變速；徑向跳動1µm 以內(nèi)；裝夾工件直徑0.3mm；X、Y、Z軸的進給分辨率為4nm。用0.3mm 的黃銅絲為毛坯，在這臺機床上加工出了直徑10µm 的外圓柱面，還加工出了直徑120µm、螺距12.5µm 的絲杠。該機床的明顯不足是切削速度低，因此得不到滿意的表面質(zhì)量，表面粗糙度值為Rz1µm 以下。
xX-r<:'tmi xt|^~~ / 它的開發(fā)成功，證實了利用切削加工技術也能加工出微米尺度的零件。
YYpC!) DgT]Nty@b 從以上兩例可知，并非機床的尺寸越小，加工出的工件尺度就越小、精度就越高。微細車床的發(fā)展方向一方面是微型化和智能化，另一方面是提高系統(tǒng)的剛度和強度，以便于加工硬度比較大、強度比較高的材料。
D('.1 7 sF M$O232 2 微細鉆削
fg LY{ +&S 7l%- 微細鉆削一般用來加工直徑小于0.5mm 的孔。鉆削現(xiàn)已成為微細孔加工的最重要工藝之一，可用于電子、精密機械、儀器儀表等行業(yè)，近來倍受關注。
|$\K/]q - -J3~ j kf 在鐘表制造業(yè)中，最早使用鉆頭加工小孔。隨著工藝方法的不斷改進，相繼出現(xiàn)了各種特種加工方法，但至今，一般情況下仍采用機械鉆削小孔的方法。近年來，研制出多種形式的小孔鉆床，如手動操作的單軸精密鉆床、數(shù)控多軸高速自動鉆床、曲柄驅(qū)動群孔鉆床及加工精密小孔的精密車床和銑床等。上世紀80年代后，由于NC技術和CAD/CAM的發(fā)展，小孔加工技術向高自動化和無人化發(fā)展。目前機械鉆削小孔的研究方向主要有：難加工材料的鉆削機理研究；小孔鉆削機床研制和小鉆頭的刃磨、制造工藝研究；超聲振動鉆削等新工藝的研究等。
ht>%O 7 ].s;Yxz 微細鉆削的關鍵除了車削要求的幾項之外，還有微細鉆頭的制作問題。目前，商業(yè)供應的微細鉆頭的最小直徑為50µm，要得到更細的鉆頭，必須借助于特種加工方法。有人用聚焦離子束濺射技術制成了直徑分別為1cmmicro;m、22µm 和35µm 的鉆、銑削刀具。但是，聚焦離子束濺射設備復雜，加工速度較慢。用電火花線電極磨削（WEDG）技術則可以穩(wěn)定地制成f10µm 的鉆頭，最小可達f6.5µm。
H=@KlSC ^ uXc;!* 用WEDG技術制成的微細鉆頭的形狀如圖3所示，圖4是其制作過程。
[ gT }<W W{-g?)Tou 用WEDG技術制作的微細鉆頭，如果從微細電火花機床上卸下來再裝夾到微細鉆床的主軸上，勢必造成安裝誤差而產(chǎn)生偏心。這將影響鉆頭的正常工作甚至無法加工。因此，用這種鉆頭鉆削時，必須在制作該鉆頭的微細電火花機床上進行。
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