1. 微切削機(jī)理的模擬仿真
   主要利用有限元技術(shù)和分子動(dòng)力學(xué)方法，有限元技術(shù)以連續(xù)介質(zhì)力學(xué)為基礎(chǔ)，因此分子動(dòng)力學(xué)方法更適用于微切削。采用分子動(dòng)力學(xué)方法對(duì)微切削機(jī)理的模擬仿真研究在世界范圍內(nèi)已開(kāi)展了十幾年，研究工作主要是建立原子、分子尺度的切削模型，從原子、分子角度去理解切屑和表面形成過(guò)程，解釋材料性能、刀具幾何參數(shù)和工藝參數(shù)對(duì)微切削應(yīng)力與應(yīng)變分布、切削力、切削溫度和已加工表面質(zhì)量等的影響。
2. 最小切削厚度
   能穩(wěn)定切削的最小有效切削厚度稱為最小切削厚度。微切削中的切屑形態(tài)、切削力、切削穩(wěn)定性、工件材料的微量加工性、切削用量的合理選擇、加工表面質(zhì)量等都受最小切削厚度的影響，因此最小切削厚度的研究對(duì)于微切削意義重大。微切削可以達(dá)到的最小切削厚度與刀具刃口的圓弧半徑、工件材料的物理力學(xué)性能、微觀組織結(jié)構(gòu)及第三變形區(qū)刀具—工件間的摩擦系數(shù)等有關(guān)。由于最小切削厚度的影響因素較多，較難確定最小切削厚度，在生產(chǎn)實(shí)際中一般根據(jù)刀具刃口圓弧半徑的大小來(lái)確定最小切削厚度。研究表明：最小切削厚度與刀具刃口圓弧半徑成正比關(guān)系，比例系數(shù)與刀具和工件材料副有關(guān)，一般為0.165～0.246，如刀具刃口半徑為50nm，要實(shí)現(xiàn)切削厚度極小的超薄微切削，此時(shí)的最小切削厚度約為10nm。
3. 切屑形態(tài)
   只有當(dāng)微切削的切削深度大于最小切削厚度時(shí)才能產(chǎn)生切屑。與普通切削相似，微切削的切屑有三種形態(tài)：連續(xù)狀切屑、非連續(xù)狀切屑和伴隨積屑瘤的切屑。切屑的形態(tài)與工件材料的性能、切削速度、切削變形等有關(guān)。
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4. 微切削力
   微切削時(shí)的切削力較小，但單位切削力較大，且切深抗力大于主切削力。切削力隨切削深度的減小而增大，且在切深很小時(shí)切削力會(huì)急劇增大，這就是切削力的尺寸效應(yīng)。切削力尺寸效應(yīng)的存在使得普通切削的切削力模型已不適合于微切削。切削力的尺寸效應(yīng)與刀具刃口半徑關(guān)系密切，由于刃口圓弧半徑的存在，切削刃在微量切削時(shí)形成一個(gè)較大的負(fù)前角，使切削變形增大，切削時(shí)的單位切削力增大。如切削深度進(jìn)一步減小時(shí)，切削有可能在晶粒內(nèi)部進(jìn)行，此時(shí)，切削力必須大于晶體內(nèi)部的分子、原子結(jié)合力，因而使單位切削面積上的切削力急劇增大。微切削時(shí)的切削力還與晶向和晶界有關(guān)。
5. 切削溫度
   由于微切削的切削用量較小，因此與傳統(tǒng)切削相比，微切削的切削溫度較低。對(duì)于精度要求較高的微加工來(lái)說(shuō)，加工溫度的變化對(duì)加工精度的影響是不能忽略的，同時(shí)切削溫度對(duì)微切削刀具磨損的影響也不能忽視。
6. 工件材料的微量加工性
   工件材料的去除過(guò)程不僅取決于切削刀具，同時(shí)也受制于工件材料本身。微切削工件材料的微量加工性可用納米級(jí)表面粗糙度及在某一加工距離上對(duì)刀具磨損的可忽略性來(lái)定義。影響工件材料微量加工性的因素包括被工件材料與刀具材料的親合性(化學(xué)反應(yīng))、工件材料本身的晶體結(jié)構(gòu)、位錯(cuò)、缺陷分布和熱處理狀態(tài)等(如多晶體材料的各向異性對(duì)零件加工表面完整性具有較大影響)。
7. 刀具變形
   刀具的剛性對(duì)微切削加工過(guò)程有相當(dāng)程度的影響，如銑削加工中當(dāng)?shù)毒邉傂圆蛔銜r(shí)，在加工過(guò)程中會(huì)使加工精度變差，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使微立銑刀斷裂。微立銑刀的刀具變形為
   d=F·L³/(3·E·I)
   式中d為立銑刀的徑向變形量；F為徑向切削力；L為刀具伸出長(zhǎng)度；E為刀具材料的彈性模量；I(I=pD⁴/64，D為立銑刀的等效直徑)為刀具的極慣性矩。
8. 表面粗糙度與切削穩(wěn)定性
   工件表面形貌是由于刀具的輪廓映射到工件上的結(jié)果，因此加工表面粗糙度由刀具和工件之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)的精度及刀具刃口形狀決定。微切削時(shí)，如果切削深度小于工件材料的晶粒直徑，相當(dāng)于對(duì)一個(gè)個(gè)不連續(xù)體進(jìn)行切削，工件材料的微觀缺陷以及材質(zhì)分布的不均勻性等使刀具在微切削時(shí)的切削力變化較大，使切削刃受到較大的沖擊和振動(dòng)。微細(xì)切削中的振動(dòng)對(duì)加工表面質(zhì)量的影響不容忽略。
9. 毛刺
   毛刺是切削加工后在工件表面由于塑性變形所產(chǎn)生的微小突出物。毛刺的存在會(huì)影響零件的配合，降低工件的尺寸精度和表面質(zhì)量。使用帶毛刺的零件會(huì)帶來(lái)安全隱患，特別是在某些特殊場(chǎng)合，如航空航天等領(lǐng)域。因此，必須增加去毛刺工序，去毛刺的方法有機(jī)械法、熱能法、化學(xué)法、電解法、電化學(xué)法、研磨法等。
10. 積屑瘤
    微切削時(shí)積屑瘤在加工中的影響不容忽視，冷焊在刀刃上的積屑瘤會(huì)造成刀具幾何角度發(fā)生變化，影響切削力和切削變形，積屑瘤還會(huì)影響加工表面粗糙度。積屑瘤的產(chǎn)生受刀刃的微觀缺陷、切削速度以及進(jìn)給量的影響。在微切削時(shí)，切削速度越低積屑瘤越高，進(jìn)給量越小積屑瘤也越高。
11. 刀具磨損
    與普通切削相似，微切削刀具的失效也有兩種形式：磨損和崩刃破損。三個(gè)變形區(qū)的變形，尤其是第三變形區(qū)的刀具—工件間的摩擦以及由于被加工表面的彈性恢復(fù)會(huì)引起刀具機(jī)械磨損。開(kāi)始切削時(shí)，刀具存在初始微磨損，在切削一段時(shí)間后，刀具磨損會(huì)逐漸加劇，有時(shí)甚至?xí)蝗粣夯５毒吣p主要發(fā)生在刀具的前、后刀面上。由于氧化、擴(kuò)散等作用，刀具也會(huì)產(chǎn)生熱化學(xué)磨損。崩刃破損是當(dāng)?shù)毒呷锌谏系膽?yīng)力超過(guò)刀具材料的局部承受力時(shí)發(fā)生的，是最難預(yù)測(cè)和控制的損傷，而且對(duì)加工表面質(zhì)量的影響比前、后刀面磨損的影響要大。降低切削溫度可有效減少刀具磨損。

#p#分頁(yè)標(biāo)題#e#6 微切削CAD/CAM技術(shù)

7 微切削加工技術(shù)的發(fā)展展望

1. 微切削應(yīng)用基礎(chǔ)研究包括微型零件切削加工裝備關(guān)鍵技術(shù)的研究，主要研究高速主軸系統(tǒng)，精密工作臺(tái)的定位、運(yùn)動(dòng)及控制技術(shù)，復(fù)合微切削加工設(shè)備與技術(shù)；微切削刀具材料和刀具制作技術(shù)的研究；微切削刀具、工件的快速裝夾、測(cè)試及微切削加工過(guò)程的監(jiān)控技術(shù)。
2. 微切削機(jī)理的研究主要研究熱—力耦合應(yīng)力作用下的微切削不均勻變形場(chǎng)，研究微尺度下工件材料的本構(gòu)方程，分析微切削變形區(qū)的尺寸效應(yīng)、不均勻應(yīng)變、位錯(cuò)等對(duì)剪切變形應(yīng)力和剪切變形能的影響；研究最小切削厚度對(duì)切屑形態(tài)、已加工表面形成、切削力、切削溫度等的影響及工件材料微觀組織結(jié)構(gòu)對(duì)表面粗糙度和次表面損傷的影響，建立微切削加工理論和技術(shù)體系；研究多尺度微細(xì)切削模擬仿真技術(shù)，奠定微切削加工技術(shù)的應(yīng)用基礎(chǔ)。
3. 微切削工藝研究包括各種新材料如鋼鐵、鈦合金、不銹鋼、鋁合金、陶瓷和其它非金屬材料及各種復(fù)合材料的微切削加工工藝，微切削CAD/CAM技術(shù)。
4. 微切削加工技術(shù)的經(jīng)濟(jì)性和可靠性研究。
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