外文翻译--基于工具的纳米精加工和显微机械加工 中文版【优秀】

基于工具的纳米精加工和显微机械加工 M. Rahman, H.S. Lim, K.S. Neo, A. Senthil Kumar, Y.S. Wong, X.P. Li 机械工程系，新加坡国立大学，肯特岗坊 10，新加坡 119260，新加坡 摘 要 越来越多的工业产品不仅需要增加功能的数量 ,而且要减小尺寸规格。精密加工是这样的小型零部件的生产最基本的技术。自从以小型技术的工业产品为发展趋势以来，在当今的制造业，精密加工扮演越来越来重要的角色。以微投影为基础的显微加工并不像基于工具的显微加工技术有那么多的 缺点，比如，车削、研磨、 EDM。 ECM 在生产中有很多优势，比如，生产力、效率、灵活性和成本效率。然而 ,困难是作为加工单位减少 ,尚未利用基于工具加工的精密加工技术解决。然而，当传统的机械加工部件减少时，难题是只有当基于工具的机械加工的显微机械加工技术出现时，问题才可以解决。 在这篇文章中，讲述了基于工具微加工的一些重要领域的最新成果。摘要介绍了基于工具微加工的一些重要领域最近的成就。介绍了电解敷料 (ELID)过程，为了在硬、脆性材料上完成纳米表面，单点金刚石工具磨削和超精密加工是两种应用最广泛的生产技术。最近 这些技术也在应用硅晶片的新一代纳米表面硅晶圆，希望能够替代当前的电流技术 ,化学机械抛光 (CMP)过程。 微电流放电加工 (micro-EDM)和微车削技术被广泛用于生产小型部件和功能。通常进行混合加工时有高精度的制造的微成分。通常用微型机床生产此类组件。这种机器最近的发展成就也在本文中讨论。 2006 Elsevier B.V 保留所有权利。 关键字 ：基于工具的机械加工、 ELID 研磨、微型火花机、精密车削、混合机械加工 1.介绍 由于最近超精密机械系统的进步，微加工越来越受欢迎。现在有很多致力于制造功能性微 观结构和组件的研究。显微机械加工将微影应用在硅基质上是微结构制做过程的关键。然而 ,由于它本身类似三维的结构，所以在这个过程中有一些限制。深 X 射线利用同步加速器发射光线（ LIGA 加工）。凝聚光线加工制造过程以非常准确的方式产生高比率的三维次微米结构。但是，这些过程的实现需要特殊的设备。最大可实现的厚度是非常小的【 1,2】。传统材料去除过程 ,如车削、铣削和磨削 ,也通过引入单点金刚石铣刀或非常细粒度大小的磨轮研究了制造微观结构。这些材料去除过程几乎可以加工制造所有材料，如金属、塑料和半导体。加工形状也没有限制 ,因此 ,需要移动部件和导向结构的平面 ,曲率和长轴都可以加工【 3,4】。刨后的零件和非球面的纳米级表面可以通过柔性模式加工或金刚石铣刀单点回转或使用新的磨削方法与固定磨料颗粒完成【 5,6】。为了获得完美的纳米表面和准确作用到脆性材料 ,普通砂轮与细磨料尺寸是必要的。当用细小的研磨剂研磨时，会遇到砂轮上载荷和装配等问题。减少上述问题，周期性修正是至关重要的 ,这使得磨削过程非常繁琐。为了为成分的大批量生产，微凸腔体是必须的，这些可以由注塑工艺完成。以控制微米的范围内为目的的的微注射法中，以三维形式加工那些难以加工的工 件。对于复杂三维模型的装配，需要用到硬度很大的冲模材料，精密电子束加工是替代机械加工形式的一种，已经被成功运用。微型火花机几乎可以加工所有的导电材料，无论材料的硬度有多大。用非常细小的电极来实现 EMD 轮廓的控制，可以很成功的制造微型模型。尽管这些方法不能达到产品装配的技术尺寸量级，比如，在许多情况下，量级是不需要的。除此之外，产品方案的设计和蚀刻技术也相对比微加工用机床价格更贵。 在这篇文章中介绍了基于工具微加工的一些重要领域的成就。 2.新一代的纳米表面 2.1 新一代的纳米表面在加工研磨工序中使用电解质 2.1.1 ELID 磨削原理 通过塑性变形而不是断裂，切削硬性材料和脆性材料可以获得镜面抛光表面。当使用超细研磨磨轮 ELID 磨削是，意识到了柔性模式的机加工。当用粒度 #4000 及以上的含有金刚石的金属砂轮的时，光滑表面和更少的切削痕迹在玻璃上表现的很明显。 日本村田公司 et al .(1985)介绍了电解加工（ ELID）过程，用粒度小于 #400 含有金刚石的金属砂轮磨削陶瓷，他们发现了高效磨削硬性材料和脆性材料的方法。Ohmori(1990)进一步提高了 ELID 磨削工艺，他用分级更细的沙粒粒度大于 #1000，并 且还有金属的磨削砂轮，以电解磨削实现了更好的表面光洁度。 ELID 磨削过程的发展是一个简单的技术 ,可以使用在任何传统的研磨机。【 5,6】 基本的 ELID 系统包括一个含有金刚石的金属砂轮、电极、电源和电解质。新加坡国立大学开发的 ELID 系统原理图如图 1 所示。通过应用一个刷子和轮轴平滑的联接，将含有金属的磨削砂轮做成阳极，电极做成阴极。在阳极和阴极之间大约有 0.1-0.3mm 的距离，通过磨削液和电流完成电解。 图 2 显示了含有金刚石的金属 ELID 磨削的机理。修正后，颗粒和粘接材料的砂轮表面是光滑的。为了预先布置好 在轮子表面突出的颗粒，对轮子的校准是必须的。当预加工开始时，粘结的材料从磨削砂轮中飞出，在轮子表面绝缘层由被氧化的粘结材料组成。绝缘层阻断了轮子表面的导电性，防止过多的粘结材料从轮子中飞出。开始研磨 ,金刚石颗粒和绝缘层磨损地很严重。结果轮子表面的导电率提高，电解质从新开始工作，同时粘结材料也从磨削砂轮中飞出。磨削砂轮的金刚石突出颗粒因此保持不变。从磨削过程到实现稳定的磨削这个循环往复运行。 2.1.2 ELID 磨削在光学玻璃纳米精加工中的特点（ BK7） ELID 磨削系统已经应用于 BK7 玻璃的磨削 ,常见的 光学组件的制造材料。通过应用ELID 磨削技术 ,在表面粗糙度方面有一个巨大的进步，表面的显微图如图 3 所示。因为直到下一个循环准备开始时，磨削砂轮单位面积上的急剧产生的活跃锋利粗颗粒在磨削期间才会减少，所以传统的磨削过程产生较差的结果。在 ELID 磨削技巧的实例中，由于定期的修正，砂轮单位面积上活跃锋利的颗粒保持不变，这会提高表面完整性和表面粗糙度。 ELID 磨削技术具有减小轮子工作面粘合力的优点，因此提高了易磨性。 图 1 ELID 磨削的设置 图 2 ELID 磨削加工过程 图 3 比较常规磨削和 ELID 磨削工件表面的区别 图 4 显示了在其他层表面磨削砂轮粒度的影响。在机械加工或预加工的环境下，砂轮颗粒大小对于磨砂玻璃表面的研磨方式的影响很小或者几乎没有影响。实验表明加工环境影响机械加工表面的粗造度（图 5）。颗粒被氧化物包裹紧密的结合在一起，类似精研磨过程。氧化物支撑金刚石颗粒就像抛光衬垫，粘合材料就像支撑衬垫。当加工流被应用时，氧化层的厚度会增加，研磨剂是疏散的，磨削过程几乎像抛光过程。从实验结果来看，适当增加气流的 比例表面粗糙度变好的趋势是显而易见的。然而，由于在磨损的表面形成了黑色带状，所以机械加工条件（进给速度）下有限制。图 6 显示了进给速率的影响和当前负载比黑带的形成 ,这将影响到表面光洁度。在图中 ,标志表明黑色地带的形成。达到理想的表面光洁度和避免黑带的形成 ,重要的是要选择适当的进给速率和气流比例。 图 4 粒度对表面的影响 图 5 加工过程中条件（当前负载比）对表面的影响 图 6 ELID 磨削的限制条件 当的进给速率和深度保持不变，实验也 分析调查当前负载比和表面粗糙度轮磨损的影响。从图 7中可以很明显看出 ,表面粗糙度有所改善 ,但车轮磨损相应地正比比例增加。ELID 磨削系统开发和实验开展提供了一个实际应用的解决方案的过程。通过选择适当加工和电解条件 ,在 BK7上，表面光洁度 0.01 m(Ra)很容易实现。图 8是微距镜头在 5mm 玻璃棒加工的一个例子。 2.1.3 使用 ELID 磨削完成硅片纳米表面的精加工 将抛光技术用于半导体材料 ,CMP(化学机械抛光 )有许多优点和一些严重的缺点。 GaAs 和 GaP 这样的柔性和脆性材料用 CMP 技术可以得到很高效的磨光。然而 ,这一过程相应出现一些缺点，比如，很难抛光硬性和脆性材料如硅 (1)低效率除由于低利率 ,(2)非均匀晶片表面由于晶片的背压的变化而变化 ,以及相对整个晶圆表面切削速度的变化， (3)参与这个过程成本相对较高。另一方面 ,ELID 磨削过程相对 CMP 过 程有一些重要的优势，是 ELID 磨削过程取代 CMP 的抛光方法的潜在优势。超越 CMP 的一下显著优势是： (1)由于去除率高、效率高， (2）整个晶片的表面均匀， (3)参与这个过程的成本较低。 图 7 加工气流条件的影响 图 8 通过 ELID 磨削球形显微镜头 (直径 5mm) 作者已经进行的实验用该 ELID 磨削过程的整体性能来比较涉及 CMP 工艺的过程。该 ELID 磨削操作上进行了计算机数字控制（ CNC）加工中心（图 9）。在最佳工艺条件，通过观察确定 被选定与 ELID磨削各种参数，然后在适当的条件的影响获得更好的结果。 在 ELID 磨削参数的晶圆加工如下：进给速度 100 毫米 /分钟，砂轮粒度 8000（粒度 1.76 m），主轴转速 500rpm 的转速，切削深度为 1 纳米， ELID 电源电压 90 V，最大电流 10A. 在硅晶片的研磨，材料的去除速率是非常高的，通常 6.596 mm3/min 可以实现的。轮的磨损率是可以忽略的。经过磨削两个晶片到 195 m 厚度，砂轮的厚度没有变化。表面是完美的韧性和可以实现镜子似的抛光，如图 10 所示。 图 9 ELID 磨削对硅片的实验装置 2.2 采用超精密加工单点金刚石刀具生成了纳米表面（单刀双掷） 2.2.1 超精密加工 超精密加工除去物料从几微米到亚微米级，在加工难以加工的材料方面实现延性方式，例如无电解镀镍，硅，石英，玻璃和陶瓷，无表面缺陷的技术。这样的加工过程中很容易达到小于 10nm 镜面表面的加工，小于 1 m 的形式错误。如果在特定的范围适当地施加到金刚石转盘材料，该过程是远远优于研磨和抛光，其中形状控制是比较困难的，加工时间变长。 实现超精密加工的一个重要因素是机床能够在纳米的分辨率内以高精度运动。这样的 机床必要的功能包括：刚度、使用振动稳定性、真空轴承主轴，低运行速度、闭环控制器、纳米级分辨率的反馈。在新加坡国立大学的先进制造实验室有一个这样的机器是东芝 ULG100C （ H3 ）的超精密机床。另一个重要因素是采用由单晶金刚石高品质的工具无论是自然的还是制造的。单晶直径的优点包括高的硬度和耐磨性，对加工过程中的除热良好的导热性，并且可以实现 20nm 的纳米级切削锋利的切削刃半径。要考虑的其它重要因素包括刀具几何形状，刀具磨损，冷却剂供给，切削条件和被加工材料的特性。 SPDT 在一个转动安装的工作，是通常被称 为金刚石车削加工设置，如在图 11 所示 。 2.2.2 化学镀镍金刚石车削镀成型模具 超精密加工技术一个主要应用是化学镀镍的金刚石车削电镀成型模具的塑料光学部件，如液晶或投影电视。然而，构成一个很大的挑战就是刀具的直径寿命短，蒙德切割机和抛光工艺金刚石车削后是必需的。这是不希望的研磨面的形状误差是次于金刚石翻面。因此，只保留车削加工这种模具和该项目的目标是提高金刚石切削工具是很重要的，生活中通过钻石刀具的设计和加工条件的材料特性优化化学镀镍。新加坡国立大学的先进制造实验室，在进行一个项目工作是在日立公司，与 日本的 PERL 合作，深入研究这个问题。 该过程已建立化学镀镍压模的金刚石车削，已经达到表面粗糙度小于 6nm（ Ra）。已经建立影响金刚石刀具磨损的主要因素：（ a）的化学镀镍组合物，（ b）该金刚石刀具的晶体取向，金刚石采用的（ c）该类型（人造或天然）（ d）该金刚石刀具的前角。考虑到这些，已经达到 200km 长的切割距离，仍保持 0.12 mm Ry 镜面光洁度。下面的小节说明进行该项目的主要成果。 2.2.2.1。针对不同的化学镀镍（ EN）组成铣刀的性能的调查。 在无电解镀镍的金刚石车削，镍和磷的化学镀镍的组合物关于 其机械加工性显著影响有两个原因。首先，如镍和铁的工作作为催化剂元素，它促进了金刚石 - 石墨转变（图10），因此更大量的镍相比磷会导致金刚石刀具更大的磨损。 其次，在无电解镍磷含量的显著影响，其结构和硬度（图 11）。化学镀镍具有较低的磷含量趋向于更脆，硬，因此难以加工。实验对削减了 5.7的工件和 11.5（ W / W）的磷以观察切割性能，从而建立了优选化学镀镍组合物，如 Pramanik 等所详述（图 12）。 图 10 镜面抛光硅表面 图 11 端面车削设置 切削刀具性能包括表面光洁度、磨损与切削距离，不同磷含量的定量比较如图 12-15所示。显而易见磨损率是很小的，几乎是恒定的 11.5（ W / W ）的磷含量，从而保持良好的表面光洁度。另一方面，用 5.7 （ W / W）的磷含量加工电镀镍，在加工有切割大约 100km 处被停止时，刀具的磨损是如此之高。比较被用于机械加工的电解用不同的磷含量，该切割器的显微照片（图 12 和 13），明显磨损严重。磷在化学镀镍中不仅影响其硬度和材料的结构，但是也以作为润滑剂，以辅助加工过程。虽然化 学镀镍的磷含量较低，在加工过程中发现无脆裂比较难。所以磷含量起着改变化学镀镍和刀具磨损的特性的角色，从实验结果可以假定磷减轻镍的催化作用，促进金刚石石墨转化。很显然，磷保护刀具免受损坏，并有利于无电镀镍的可加工性。 图 12 EN 5.7 P（ W / W）距离 93.6km 面切割，侧翼（ a）和耙（二）的磨损。 图 13 EN 11.5 P（ W / W）距离 202.3km 的端面切削，侧翼（ a）和耙（二）的磨损 2.2.2.2 很长的切割距离（ 200km）晶体取向对刀具性能影响。 众所周知，单晶金刚石呈现各向异性，从而其特性取决于方向和晶体取向。因此，在单晶金刚石工具之前，晶体取向的性能测试具有非常重要的商业用途。两种类型的结晶取向，即（ 1 1 0）和（ 1 0 0），在前面已被研究。 2.2.3 切削条件和硅片的纳米级球墨铸铁切削刀具刃口半径 研磨频繁导致亚表面损伤，当前方法必须通过抛光来去除加工硅片。所以建议使用金刚石单点切削刀具的超精密机床上建立球模式加工制度，以提高收益率。由于脆性断裂可被最小化和零件在服务的可靠性，这种方式损坏可以得到改善。 为了实现延性域加硅的加工，研究人员以前的工作如图 13、图 14 所示，对半导体材料的韧脆转变加工的未变形切屑厚度的增加。图 15 表明切割硅的临界深度为 58nm。它也显示了刀具切削刃的几何形状对实现延性模式切削有显著作用图 16、图 17。 图 14 磷含量对切割表面粗糙度（ Ra）距离的影响 图 15 影响切割的磨损距离，不同磷含量 图 16 侧翼（ a）和耙（ b）切割距离为 202km，前刀面（ 110）金刚石刀 具（ 500）后端面磨损。 虽然在此前已经有上球模式切屑形成的硅材料切割所做的研究工作，一直在切削条件沙子刀具切削刃半径硅片的纳米级球墨铸铁切削模式没有详细的报告。在本研究中，切削条件和对硅晶片的纳米级延性模式切削刀具的切削刃半径已经通过实验测试研究。 硅晶片的端面车削实验，进行了 1nm 定位的超精密车床（东芝 ULG-100C）使用金刚石工具有 0到 7、间隙为 0.5mm 半径的分辨率。直径 100mm、厚 0.5mm，并具有重叠的完成硅（ 111）晶片用作样本。切屑形成在硅晶片的延性切削的示意图如图 20 所示。这里 R 是切削刃半径，刀具的前角，兴趣区切割深度。 使用六种不同的切削刃半径，在 23 807 nm 处金刚石刀具刃口半径单晶金刚石刀具， Li 等进行切削通过压痕法 Li 等进行测定（图 18）。切削半径的使用被设计（图 17）一种特殊的包处理来实现。 超精密端面车削实验的切削条件列于表 1。干式切削，目的用于进行收集切割碎片。用电子显微镜（ SEM）（ JEOL JSM-5500）扫描加工工件的表面纹理和芯片形成进行了研究。使用原子力显微镜（ AFM）的加工的工件表面形貌进行了检查。使用表单跟踪器（三丰 CS-5000）硅片的加工表面 粗糙度进行了检查。 使用金刚石工具用在切割为 150m/min 的速度不同的切削刃的半径在硅晶片的切割加工表面的原子力显微镜照片示于图 21。为 23、 202、 490、 623 和 717 nm 的金刚石刀具刃口半径，一次测试中，条件是未变形切屑厚度小于刀具刃口半径和其他测试条件下进行下进行的未变形切屑厚度比刀具刃口半径大。对于 807nm 金刚石刀具刃口半径，无论是测试的条件还是未变形切屑都是在厚度小于刀具刃口半径下进行。 这是通过扫描电子显微镜观察该显示连续的切屑类似的形成于韧性材料，其中芯片的形成是由位错为主的切削证实。 另一方面，当未变形切屑厚度比刀具的切削刃半径越大，这表明 在切割被下脆模式进行，加工的工件表面非常粗糙，裂缝很大。 图 17 侧翼（ a）和耙（二）端面切削距离 202.3km，前刀面（ 100）金刚石刀具（ 500）后磨损。 表格 1 切割的超精密切削试验条件 图 18 不同切割晶体取向对切割的磨损距离的影 图 19 针对不同的切割晶体取向，对 切削距离表面粗糙度（ Ra）的影响 图 20 切屑形成了脆性材料的延性切削示意图 图 22 多功能微型机床 图 21 在不同的未变形切屑加工硅片表面原子力显微镜照 3 采用混合处理工具为基础的微机械加工 3.1。微型机床多工序加工的发展 多用途微型机床已发展为高精度微细加工（ 19），图 22 示出了桌面微型机床的结构。该机床具有 560 mm（ W） *高度 600 mm（ D） 660 毫米（ H），最大行程范围是 210mm（ X）110mm（ Y） 110mm（ Z）。每个轴都有光学线性度为 0.1 m 分辨率，以及全闭环反馈控制，保证亚微米级的精度。机床使多变的高速、中速和低速主轴为微铣削、微车削和微粉磨机上。低速主轴电从机器的主体分离，使电机系列 -ING，如电火花和 ECM 中，可以在机器上进行。运动控制器可以执行从独立于主机计算机下载的程序。因此，可实时实现一个良好的电火花加工间隙控制。 因为电火花加工过程中快速移动所需的的间隙控制，所以各轴的响应是很重要。 Z-轴显示了 0.1024mm 处高达 10 赫兹和共振频率 100 赫兹，这是控制放电加工过程的火花间隙足够的距离。 3.2 使用微细电火花加工高深宽比微细 加工 微放电加工（ EDM）是已发现的最有效的技术制造的微部件之一的非传统加工技术。非接触型方法需要电极和工件之间的力小，并且能够加工韧性的、脆性或超级硬化的材料。用适当的参数，它有可能用微细电火花加工，以达高精度及高品质加工。 电火花加工的非接触性质使得可以使用非常长的和薄的电极的加工。尽管微铣刀向下的距离为 50 m，这在市场上很有价值，刀具的长度通常是其直径的 3-5 倍，它也是不适合的机器很吃力模具材料，其仅可以使用电火花加工。虽然微细电火花加工中在微细加工领域中起重要作用，但它也有缺点，如高电极消耗率 和低材料去除速率。为了进 一步使加工得到补偿，电极的损耗必须通过改变电极或通过从开始不再准备电极或制造原位电极。这是加工过程中不推荐改变所述微电极，由于在安装或重新拧紧的微电极的变化，它可能会降低精度。图 23 示出使用微放电加工以制造高纵横比的微结构的概念性流程。在微电火花加工过程中，工具电极被制造在机器上，以避免夹紧误差。从一个电极比所需的直径变粗，一个圆柱形电极通过电火花加工过程中使用的牺牲电极制成。不同的设置牺牲的电极可在此过程中（图 23 的（ a）项）被使用。当存在所述牺牲电极尺寸变化时，制造的工具电极的 直径通常是不可预测的。一个对工具电极直径的测量机，需要在这种情况下（图 23（ b）项） 。这种光学测量装置已用于薄电极，它由一个激光二极管、光学滤波器和光电检测器的测量而特别开发的。测量直径后，对工具电极制造一个补偿加工时间表生成和加工进行。重复实现这些过程直到获得所需的工具电极直径。精加工工具电极在制造完成后，微放电加工进行制造的高纵横比的微结构（图 23（ c）项） 。 图 23 使用微细电火花加工过程中制作高深宽比微结构 在研究工具电极的制造过程中，三个不同的牺牲电极进 行测试，以比较它们的功能和性能。图 24 示出了三种不同类型的牺牲电极。图 24（ a）示出了一个固定的块，这是最简单的方法来加工工具电极。图 24（ b）示出了具有 0.5mm 的厚度和直径 60mm 的旋转电极。盘电极的旋转速度是工具制造过程中约 90n/min。图 24（ c）示出了引导运行线作为 0.07mm 直径的牺牲电极。该线的运行速度大约为 3-5mm/s。这种方法被称为线性电极电火花磨削（ WEDG ），并且它是微 EDM 的典型方法。在工具制造过程中，主轴旋转约300rpm，它根据刀具电极的接触条件上下移动。这意味着该主轴是在 控制之下，以维持放电的火花间隙。一旦刀具到达其冲程运动的一个端部，该工具向电极移动到切口的一个给定的深度，并重复该过程。 图 25显示了在使用微细电火花加工不同类型的牺牲电极制作一些典型的电极形状。图 25（ a）示出了使用固定的铜块工具电极加工。所制造的工具电极的表面通常是光滑的。然而，该形状精度没有希望的那么好，并且该工具通常有一些锥度。工具电极上的锥形形状是由于在牺牲电极的磨损。因为在制造过程中刀具向上和向下移动工具，下部（尖端）部分具有更大的机会来面对牺牲电极，并因此经受更多的排放，因此加工。电极块向工具 电极的轻微倾斜，不利于提高锥形形状。该电极仍具有如图所示的不均匀直径。 25（ b）所示。固定牺牲块电极易于安装 ；然而，其形状和尺寸不容易控制。 图 24 三种类型的牺牲电极为了机床制造 图 25 机器制造工具电极的典型形状。（ a）使用一个固定的牺牲块锥形工具电极加工。（ b）使用一个固定的牺牲块不均匀直径加工。（ c）电极用旋转盘加工。使用运行线（ d）电极加工。 图 26 由微细电火花加工制成微特征。（ a）微槽 ； （ b）三角孔 ； （ c）微电极 ； （ d）微裂纹。 图 25（ c）示出使用旋转牺牲电极工具电极的制造的一个例子。在这个例子中，有加工时侵蚀在旋转电极放电。然而，侵蚀分布几乎均匀地分布在电极的整个周长。考虑到工具电极和牺牲电极之间的直径差，在使用微细电火花加工工具电极制造，旋转电极的尺寸变化是几乎可以忽略不计。厚度为 0.5mm 的旋转电极给出了相同效果的表面光洁度的固定电极，因为它是足够宽，可以完成一个平滑的表面。 图 25（ d）是用运行丝机加工工具电极放电加工的典型的表面状态。这个过程被称为导线电火花磨削 （ WEDG），并已被广泛用于微细电火花加工。因为新丝被连续地使用时，该牺牲电极的尺寸变化在理论上是零。这实际上确保了微细电火花加工高精度三维控制。然而，表面处理效率与高旋转电极法不一样。正是由于这一事实，即运行丝的直径仅为 0.07mm，用于旋转电极电火花加工间隙控制的相同的条件下顺利完成机加工的表面，这是不够使用。实现使用这种薄金属丝较好的表面，在精加工过程的速度必须减小。 从三个不同的方法进行比较，研究发现旋转电极法是制作工具电极的最有效的方法。即使旋转电极的磨损不为零时，该电极的直径可以用在机测量随后被 控制补偿进行加工。 做出一系列的测试后，各个微形状使用的是微放电加工制成。图 26（ a）示出了在钨棒上制造一个微隙宽度为 200 m 左右。扫描电火花加工过程被用于加工。图 26（ b）示出了在不锈钢板加工一个三角形的孔上。实现的形状是 500 m 的钨电极被加工成三角形。为了达到形状，加工 50 m 的钨电极，先用 WEDG 工艺，然后微细电火花下沉加工三角形状模具。图 26（ c）表示使用 WEDG 直径 50mm 的微电极进行加工的过程。图 26（ d）表示使用微扫描电火花加工铝工件模拟微裂纹的加工过程。 3.3。利用微车削加工薄电极 微放电加工（电火花）是一种非传统的加工技术。这是最有效制造微元件技术之一。非接触型方法需要电极和工件之间的力小，并且能够延展性加工，脆性或超级硬化的材料。根据相应的参数，它有可能为微细电火花设置高精度，高品质加工。 虽然微细电火花加工微细加工领域中起重要作用，它也有缺点，如高电极消耗率和低的材料去除速率。电极的损耗必须通过改变电极或通过从开始准备电极或制造原位电极用于进一步加工得到补偿。这是加工过程中不推荐的，改变所述微电极，因为它可能会由于夹紧降低精度。由于低刚度，较长电极加工处均引入偏转，如图 27（ a）。 图 27 高精度微细电火花加工的概念 （ a）与薄电极电火花 ；（ b）转电火花加工混合。 图 28 微型轴加工过程中变形 图 27（ b）示出了旋转电火花混合加工的概念。这种混合加工工艺，电火花加工是使用一个转动轴。一个电极所需的长度是利用微车削工艺制造。使用这种混合加工，能够避免夹紧引起的误差，电极的偏转可以被最小化，从而加工精度得到改善。优先选择不同直径的电极，与 WEDG 方法相比，可转动的电极制备显著减少。这种混合的加工技术也可通过电火花加工过程中的帮助，用于制造圆柱形微型元 件与非旋转部分，如后转动的键、槽或扁钢。 在使用车削加工薄电极的一个问题是在工件的加工过程中的挠曲。图28 示出的用偏转测量传感器测量工件的端部的偏转。从该实验中，我们观察到工件未弯曲仅在刀具和工件接触区的正常方向（ X） ；它也偏转在切线方向（ Y）。事实上，工件偏转朝向切削工具的顶面（前刀面）。制造高度精确的细轴， Y 方向上的偏转也必须根据工件直径的变化进行补偿。 考虑到减少偏转，影响工件偏转的另一个因素是步长。图 29 示出的步长大小的步误差和工件的挠曲的影响。，步长增大，它是观察到的步长大小的步长误差的影响比切 削深度更占优势时。对于薄电极转动，降低步长是减少电极的整体误差的一个实施办法。 图 29 步长对步长误差和挠度的影响 微转动部件部分样品如图 30 所示。图 30（ a）示出了具有 33m 直径的微电极。图30（ b）示出了高纵横比的微轴直径为 0.1mm，长度为 15mm。这样高的纵横比可以用来实现最小步长小于 0.5mm 的微车削。图 30（ c）示出微轴具有不同直径和特征，轴被 用作超声微电机的主轴。 图 30 微车削件（ a） 33 米直径的电极（ b）的高纵横比的轴（ c）微电机轴 4 结论 在本文中，在介绍了工具为基础的纳米表面生成和微加工领域的一些重要的和广泛使用的最新成果。 目前的实验结果显示在 ELID 磨削领域一些可实现的一个突破是硅片的纳米整理。采用单点金刚石刀具加工纳米表面的过程表明，通过选择合适的几何角度刀具和切削条件下，可保持纳米整理达到很长的寿命。 已被证明了的多用途微型机床能够进行混合加工是对微型和小型 元件的精度微加工一个很好的解决方案。 参考文献 1 H. 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