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第一部分 基础理论3

第1章 微切削技术概述3

1.1 背景与范围3

1.1.1 微制造3

1.1.2 微切削的历史与发展4

1.1.3 微切削的定义与范围6

1.1.4 微切削与纳米切削8

1.2 微切削中的材料8

1.3 微切削工艺方法9

1.3.1 微车削9

1.3.2 微铣削9

1.3.3 微钻削10

1.3.4 微磨削11

1.4 微切削技术的体系框架11

参考文献13

第2章 微切削机械学14

2.1 引言14

2.2 微切削的特征16

2.2.1 微切削与超精密加工17

2.2.2 微切削的使能技术17

2.3 微切削力学20

2.3.1 尺寸效应20

2.3.2 切屑形成与最小切削厚度21

2.3.3 切削比能与微切削力建模23

2.3.4 表面生成与毛刺形成26

2.4 微切削加工性能与科学方法31

2.4.1 振动辅助微切削31

2.4.2 激光辅助微切削32

2.5 小结33

参考文献33

第3章 微型刀具的设计与制造36

3.1 刀具尺寸与加工尺度36

3.2 实柄微刀具的制造方法37

3.3 涂层与实柄涂层微刀具38

3.3.1 闭合场非平衡磁控溅射离子镀（CFUBMSIP）40

3.3.2 涂层结构40

3.4 涂层微刀具的重要性42

3.5 金刚石微切削刀具42

3.6 微切削刀具的磨损44

3.7 智能切削刀具46

参考文献47

第4章 微切削加工的超精密与微小机床49

4.1 引言49

4.2 高精度机床部件50

4.2.1 床身材料50

4.2.2 驱动系统52

4.2.3 导轨系统54

4.2.4 控制系统与放大器54

4.3 金刚石车床及其部件55

4.3.1 机床配置56

4.3.2 市场分析57

4.3.3 快刀伺服技术61

4.4 精密铣床63

参考文献67

第5章 微切削加工的工程材料68

5.1 引言68

5.2 尺寸效应68

5.3 切削中的应变与应力70

5.4 微观尺度下材料的弹塑性73

5.5 断裂77

5.6 金属、脆性材料及其他材料81

5.6.1 纯金属材料82

5.6.2 延性金属83

5.6.3 脆性材料——玻璃、硅、锗与硬质合金83

5.6.4 其他材料——非晶态合金、石墨与复合材料84

5.7 小结87

参考文献87

第6章 微切削过程的建模与仿真90

6.1 有限元建模与仿真90

6.1.1 有限元模型90

6.1.2 微毛刺形成过程的仿真91

6.1.3 刃口半径对切削力的影响93

6.1.4 微铣刀的应力分布93

6.1.5 微铣刀的切削刃破损95

6.1.6 微切削过程的热分析95

6.2 分子动力学（MD）建模与分析98

6.2.1 分子动力学建模过程与仿真98

6.2.2 微切削过程的建模分析100

6.2.3 刻划过程的分子动力学仿真100

6.2.4 摩擦与磨损的分子动力学仿真103

6.2.5 单晶与多晶材料的晶面影响106

6.2.6 分子动力学仿真能力的提升108

6.3 多尺度建模与分析109

6.3.1 多尺度仿真方法109

6.3.2 多尺度仿真方法在微切削加工中的应用112

6.3.3 研究挑战与发展趋势115

6.4 小结115

参考文献116

第二部分 应用121

第7章 金刚石车削与微车削121

7.1 引言121

7.2 超精密金刚石车削121

7.2.1 金刚石车削技术的发展121

7.2.2 材料122

7.2.3 金刚石车削加工微结构124

7.3 微车削130

7.3.1 微型车刀的制造131

7.3.2 微车削机床134

7.3.3 微车削中的尺寸效应140

7.4 微车削技术的挑战143

参考文献143

第8章 微铣削技术的最新进展及其应用145

8.1 引言145

8.2 微铣削的基本要素146

8.2.1 微铣削机床146

8.2.2 微铣刀148

8.2.3 工艺条件153

8.2.4 工件材料154

8.3 微铣削中的力学154

8.3.1 微尺度切削中的尺寸效应154

8.3.2 最小切削厚度156

8.3.3 工件材料微观结构的影响158

8.4 微铣削过程的建模160

8.4.1 有限元建模160

8.4.2 机理模型162

8.5 测量与仪器165

8.5.1 三维表面轮廓仪165

8.5.2 显微镜165

8.5.3 过程监测传感器与系统167

8.6 微铣削技术的挑战169

8.6.1 刀具跳动169

8.6.2 刀具的磨损与寿命170

8.6.3 微毛刺170

8.6.4 工艺条件优化171

8.7 微铣削技术的应用前景171

8.8 小结172

参考文献172

第9章 微钻削技术的应用178

9.1 引言178

9.2 介观尺度钻削中的颤振研究178

9.2.1 扭转-轴向模型181

9.2.2 弯曲模型188

9.2.3 弯曲与扭转-轴向振动的组合190

9.2.4 颤振的抑制197

9.2.5 研究挑战201

9.3 微钻削中的颤振研究202

9.4 实例研究：医用高分子材料与复合材料的微钻削加工209

9.4.1 刀具的选择209

9.4.2 切削机理与注意事项210

9.4.3 钻削加工过程210

9.4.4 复合材料钻削中的毛刺去除211

9.5 小结212

致谢213

参考文献214

第10章 微磨削技术的应用216

10.1 引言216

10.2 原理与方法218

10.2.1 脆性材料磨削中的材料去除机理218

10.2.2 工件材料与金刚石磨粒之间的相互作用219

10.2.3 微磨削中的磨削方法223

10.3 微磨削的关键技术224

10.3.1 砂轮的修整224

10.3.2 砂轮的形貌特征与切削刃分布227

10.3.3 磨粒高度分布的测量227

10.3.4 磨粒磨损的特征229

10.3.5 补偿磨削229

10.3.6 成形磨削中的关键技术232

10.3.7 成形磨削中的其他影响232

10.4 应用实例234

10.4.1 非球面模具的微磨削加工235

10.4.2 光纤接头的微磨削加工239

致谢242

参考文献243

第11章 微切削过程的在线微纳测量247

11.1 引言247

11.2 用于微切削和在线测量的组合装置247

11.3 微切削力的在线测量255

11.4 刀具微磨损的在线监测259

11.5 微观表面的在线测量262

11.6 小结266

参考文献267