1 引言
p C2c(4 h-+a;![ 微細(xì)切削是為滿足微小型結(jié)構(gòu)件的加工需求，在傳統(tǒng)切削基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種微制造技術(shù)，在微型注塑
模具、
光學(xué)元件、集成電路、計(jì)算機(jī)外設(shè)等多個領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。
RQ)!K lY 微細(xì)切削的基本原理是在精密（或超精密）切削
機(jī)床上，利用微細(xì)切削
刀具去除工件上的多余材料，使之成為在形狀、精度和表面質(zhì)量等方面符合要求的微小型精密零件。微細(xì)切削技術(shù)的發(fā)展依賴于微細(xì)切削刀具技術(shù)的支撐。本文結(jié)合微細(xì)切削的特征，分析了微細(xì)切削對于切削刀具的基本要求，重點(diǎn)介紹了適用于微細(xì)切削的刀具材料、刀具設(shè)計(jì)要點(diǎn)和典型的刀具制備工藝。
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!j} M|E2&ht 2 微細(xì)切削刀具的基本特征
F;&f x( {9|$%4kRl 目前應(yīng)用較多的微細(xì)切削方法主要有微細(xì)車削、微細(xì)立
銑削、微細(xì)飛切和微細(xì)鉆削，使用的微細(xì)切削刀具相應(yīng)為微細(xì)車刀、平頭及球頭立銑刀、飛刀和鉆頭。受尺度效應(yīng)的影響，微細(xì)切削的刀具磨（破）損、切削力、切削表面形成等加工機(jī)理顯著區(qū)別于常規(guī)尺度切削，刀具所承受的切削抗力、摩擦和沖擊等工況條件更為惡劣。適用于微細(xì)切削的刀具應(yīng)滿足以下基本要求：
qTa]th; (zro7gKked （1）整體尺度小，局部特征尺度微小針對微小型系統(tǒng)中廣泛存在的框架、平面、曲面、軸、槽、壁、孔等各類微小型結(jié)構(gòu)，為了適應(yīng)微細(xì)切削加工特征微小、加工精度較高的特點(diǎn)，以及避免與工件之間的干涉，切削刀具的整體尺度和切削部分的特征尺度必須同步減小。
/Zeg\}/4[ 031. u< _ （2）切削刃鋒利在微細(xì)切削條件下，為了實(shí)現(xiàn)極微量的材料去除，所采用的切削深度和進(jìn)給量通常在微米級，切削厚度與刀具刃口半徑處于同一數(shù)量級，刀具實(shí)際前角將表現(xiàn)為較大的負(fù)值。刃口半徑對于微細(xì)切削性能的影響不容忽視，切削刀具應(yīng)具有足夠鋒利的切削刃。但是，受刀具材料特性和制造工藝的限制，刃口半徑還不能隨刀具整體尺度的降低而成比例地降低。
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vH?+JN"A （3）表面質(zhì)量好表面質(zhì)量對于微細(xì)切削刀具的使用性能影響極大。為了獲得良好的微細(xì)切削精度和表面質(zhì)量，微細(xì)刀具應(yīng)具有較高的表面完整性及較小的表面粗糙度和微觀成形缺陷。較差的表面質(zhì)量不僅會增加微細(xì)切削時的摩擦阻力，導(dǎo)致加工表面惡化，而且會削弱刀具強(qiáng)度。
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RCO^ （4）強(qiáng)度高，抗沖擊能力強(qiáng)對于小直徑的微細(xì)立銑刀和鉆頭等旋轉(zhuǎn)刀具，微細(xì)切削是在極高的主軸轉(zhuǎn)速下進(jìn)行。微細(xì)切削刀具的切削部分應(yīng)具備足夠高的強(qiáng)度和動態(tài)特性，能夠承受微細(xì)切削時的高頻沖擊負(fù)載。
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|fs U p/u|A$0V （5）剛性好，抗變形能力強(qiáng)為保證加工精度，微細(xì)刀具應(yīng)具有較高的剛性，以減小切削力作用下的變形和回彈。微細(xì)立銑削時，刀具剛性不足引起的軸向和徑向變形是影響加工精度的主要原因；微細(xì)鉆削時，鉆頭變形量過大引起的折斷將導(dǎo)致工件報(bào)廢。
NZ+?Ydr8k -}qGb}F8! （6）耐磨性好，磨損過程均勻微細(xì)切削刀具的切削部分應(yīng)具有足夠高的硬度，以保證其耐磨性。用已磨鈍的刀具進(jìn)行微細(xì)切削，不僅影響加工精度，并且會產(chǎn)生明顯的加工毛刺，給表面精整帶來困難。
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-*4 （7）動平衡精度高微細(xì)立銑削時，刀具跳動與進(jìn)給量的比值明顯大于常規(guī)切削。在極高的主軸轉(zhuǎn)速下，切削刃之間的切削負(fù)載極不均衡，切削力波動現(xiàn)象嚴(yán)重，將影響切削過程的穩(wěn)定性和刀具的可靠性。為保證刀尖運(yùn)動軌跡和加工精度，微細(xì)立銑刀、鉆頭等旋轉(zhuǎn)刀具應(yīng)具有極高的動平衡精度，使用前必須隨同刀柄系統(tǒng)進(jìn)行動平衡測試。
yc%E$g ;aK !eD$ （8）刀具夾持精確可靠微細(xì)旋轉(zhuǎn)刀具的安裝誤差是影響加工精度和可靠性的主要因素。刀具夾持系統(tǒng)應(yīng)具有較高的接觸剛度和重復(fù)定位精度，并具有良好的高速鎖緊性。
V.QzMF"o B[/['sD 3 微細(xì)切削刀具的材料選用
,ORG"]_F >]XaUQ- 先進(jìn)適用的刀具材料是保證微細(xì)切削刀具綜合性能的重要技術(shù)手段。單晶金剛石、細(xì)晶粒和超細(xì)晶粒硬質(zhì)合金是比較理想的微細(xì)切削刀具材料。
7MuK/q. vPl6Das r （1）單晶金剛石單晶金剛石具有硬度高、彈性模量高、與工件材料摩擦系數(shù)低、晶體結(jié)構(gòu)呈單晶等優(yōu)點(diǎn)，可以拋光加工出極鋒利的切削刃（刃口半徑可小于50～100nm），適合銅、鋁等有色金屬材料的精密微細(xì)切削。根據(jù)延性域加工機(jī)理，通過采用合理的刀具參數(shù)和切削工藝參數(shù)，利用單晶金剛石刀具可實(shí)現(xiàn)硅片、鍺、
光學(xué)玻璃等脆性材料的延性域微細(xì)切削，能夠滿足微小型
光學(xué)零件的精密加工需求。另一方面，單晶金剛石刀具在微細(xì)切削中的應(yīng)用也受到很大局限，如：與鐵的親和力強(qiáng)，加工鋼時化學(xué)磨損嚴(yán)重，應(yīng)用范圍主要局限于鐵基材料；硬度極高，復(fù)雜結(jié)構(gòu)成形困難，只適合制造尺度較大、形狀相對簡單的車刀和飛切刀具，不適合制造帶螺旋槽的微細(xì)鉆頭和立銑刀。
p`<e~[]a B-ri}PA （2）細(xì)晶粒和超細(xì)晶粒硬質(zhì)合金細(xì)晶粒與超細(xì)晶粒硬質(zhì)合金是指晶粒度大小在0.2～1.3μm之間的硬質(zhì)合金。隨著硬質(zhì)合金晶粒的細(xì)化，硬質(zhì)相尺寸減小，粘結(jié)相分布更加均勻，材料硬度和抗彎強(qiáng)度都得以提高，擴(kuò)大了硬質(zhì)合金的應(yīng)用領(lǐng)域。細(xì)晶粒與超細(xì)晶粒硬質(zhì)合金的以下特點(diǎn)較適合制作微細(xì)切削刀具：
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