王意鑫
黑龙江旅游职业技术学院，机电工程系 黑龙江 哈尔滨 150000
摘要：微机械制造工艺是我国现代化工制造的重要模块。微细切削加工技术与微机械制造技术的研发，扩大了机械化的影响范围。基于此，具体介绍了微细车削、微细铣削、超微细切削这三项微机械细切削加工技术，并详细阐述了Vision Pro PC、印刷电路+MEMS、纳米载体这几种微机械制造工艺，分析了促进微机械和制造行业的可持续发展的方向，希望能够为微机械制造领域的发展提供参考。
关键词：微细切削；机械制造；纳米载体
引言：现代机械制造工艺和精密加工技术不断发展，传统制造手段已经很难满足化工产业需求。因此有必要探究现代化机械制设计制造工艺，创新精密加工技术，使微机械设计满足“高、精、尖”要求，降低设备制造能耗。微细切削是一种加工精度高于其他工艺的微小零件加工技术，而微机械制造则是指用于制造微米领域中三维力学机械系统的制造工艺，两者在机械发展中都起到了重要的推动作用[1]，因此，工作者应深入分析微细切削加工与微机械制造，并采取有效措施，优化两种技术工艺的应用效果，提升科技发展水平。
1.微细切削加工
借助微细车削、微细铣削、超微细切削技术等满足对微小元件的加工需要，节省人力、物力、时间成本，优化微机械产品的生产效率和质量，提高化工企业产品生产力。
1.1微细车削
就目前来看，微细切削加工工艺分为车削、铣削、超微细切削等多种类型，其中微细车削工艺的运行主要依赖于由光学显微装置、长约200mm微细车床、控制单元、监视器组成的车削系统。该系统的参数为，转速3000~15000r/min、主轴功率0.5W、装夹工件直径0.3mm、径向跳动1μm、横纵方向给进分辨率4r/min。在加工中，操作者可以利用系统中的光学显微镜，观察车削加工状态，同时使用专用的工件装卸设施，保障加工精度。在此过程中，考虑到工件的直径通常较小，所以应以较小的幅度，来进行横纵移动车削。此外，在细微车削系统的研发中，曾经用0.3mm的黄铜丝作为毛坯，来测试车削加工的精度，结果显示，该系统能够将黄铜丝毛坯的直径切削至10μm，还可以将其制作成一个螺距12.5μm、直径120μm的丝杠，呈现出了高精度的微米尺度零件加工效果，可以用于硬度、强度较高的材质加工，有助于微细切削工艺的发展。
1.2微细铣削
在微细铣削工艺方面，MEL开发了一个高102mm、长宽皆为170mm的机床，同时采用6W功率的无刷直流伺服电机来构建该机床的主轴部分，使其得以达到转速15600r/min，而且支持平面铣削和钻孔两种功能。机械加工领域的技术人员通过将该机床与先进的信息技术，如PLC控制系统等相结合，构建出了数控微细铣削工艺，提升了微细切削加工的自动化水平。在此过程中，微细铣削工艺实现了高度的柔性化发展，已经可以达成任意复杂曲面以及超硬材料的加工标准，相较于其他传统的特种加工模式，如超声、电火花等，具有更高的效率和精度，并且能够节约加工成本，提升微细切削加工水平。此外，该工艺可以被用于加工任意形状的微型三维结构，有助于微机械设计的有效落实，增强了微细切削工艺的效用。
1.3超微细切削
超细微切削的本质是一种超微量分离技术，人们通过将切削力控制在亚牛顿级以下，即可实现对亚微米结构的加工，达到超微细的切削效果。
在实际加工中，设计者需要应深入研究最小切削厚度、刀具刃口圆弧半径等参数，对超细微切削的影响，然后工件加工的实际情况，来设置超微细切削刀具的参数。在此过程中，设w为切削点正应力方向与切削速度方向之间的夹角、b为刀具与工件的摩擦角、b+w+q为90°，μ为摩擦因数，r为切削刃刃口圆弧半径，则可知最小切削厚度hDmin=r（1-cosq），之后，根据摩擦因数公式，可以得出在该场景下，μ=tanb，将其代入上述等式中，可以得出hDmin=ρ[1-(sinw+μcosw)]。通常情况下，可以在0.12~0.26范围内进行摩擦因数μ的取值，然后结合以往经验，计算hDmin与r值的关系，由它们之间的关系可以得出，达到纳米级的超微切削效果，需要采用圆弧半径为4~6nm的金刚石刀具。
2.微机械制造
2.1基于Vision Pro PC的微机械制造
基于Vision Pro PC的自动化微机械制造工艺作为一项Laser Cheval公司研发出的新型激光微机械加工制造工艺，主要用于激光打标、切割、焊接、钻孔等微机械制造环节，该项制造工艺能够将定位公差控制在50μm以内，并实现在20h以内，持续处理以1200个工件为单位批次量的效率。相较于传统制造工艺，该项自动化微机械制造工艺，无需手动定位等一系列人工操作，即可完成工件的加工。在此过程中，人们可以借助Vision Pro PC软件，将康耐视视觉系统控制技术应用到机械制造工艺中，并构建了机械视觉组件，使得工件定位、微米精度定位的自动化得以实现。从使用性能上来看，在该项工艺下的激光器系统，能够精准定位每批1200个工件中的每个位置，同时，该系统还具备用户友好界面，确保用户可以根据自身的需求对自动化控制编程进行修改，提升了微机械制造的自动化水平。
2.2“印刷电路+MEMS”制造工艺
在该项工艺中，印刷电路工艺主要是指将拍摄下来的电路图图片底板，蚀刻在铜、锌板上，然后再进行印刷得出与原电路结构相同的电路板。而MEMS工艺则是一种融合腐蚀、LIGA、非硅微加工等加工技术的微型机械加工工艺。人们将该项工艺应用在微型机器人的制造中，能够实现将大身型的机器人进行缩小，并使微型机器人具有与大身形机器人同样的功能，提升了微型机械的制造水平。以哈佛打造出的HAMR-JR微型机器人为例，该机器人作为当前最小、最快的微型机器人，其体长仅为2.25cm、质量0.3g。在制造中，哈佛采用了“印刷电路+MEMS”制造工艺，通过将原始大身形机器人的2D平面设计缩小，重现了一个具有相同功能的微型机器人，并验证了这一制造程序，可以用于制造各种尺寸的机械设备，增强了微型机械制造的可行性[2]。
2.3纳米载体制造技术
纳米载体这一微型机械制造技术的研发，使得微型机器人得以被应用到医疗领域，提高了微型机械制造的价值。以生物混合的细菌微型游泳机器人制造为例，工作者将红细胞膜作为纳米载体，将大肠杆菌MG1655作为分子引擎，并利用其封装药物，使其能够向人体特定位置输送药物，同时，由于细菌具有环境感知倾向，因此，人们可以采用磁场、声音信号或特定化学物质，为其导向，保障其作用行为、方向的准确性。经过测定，这种微机械比传统的微型游泳机器人的速度快40%，而且游泳过程中所需要的免疫应答更少，也就是说其可以在单位时间内，输送更多的药物。就目前来看，该技术能够被有效应用在肿瘤的治疗中，推动了微型机器人技术的医学临床化发展。
3.结束语
综上所述，现代化微机械设计制造工作和微细切削加工技术相辅相成，具有关联性和系统化特点，因此二者的同步升级可以促进现代化工企业的可持续发展。也就是说，积极研发和推广微细切削加工、微机械制造工艺能够提升各领域机械化水平。在机械加工中，微细切削技术的应用可以大幅度提高机械加工的精度，增强机械零部件的使用性能，同时，微机械制造技术的发展，有助于各领域机械化的持续深化推进，促进人类科技的进步。
参考文献：
[1]周凯.微细切削加工与微机械制造技术初探[J].现代制造技术与装备,2019(07):80-81.
[2]谢民太.适用于微机械制造的常规加工方法[J].山东工业技术,2019(06):22.