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盡管“微細加工”這個術語用在那些尺寸異常小的加工操作中，但Sandia國家實驗室(美國新墨西哥州Albuquerque市)的研究者們卻不愿意對自己的小規模銑削和車削操作采用該術語。

對他們而言，前綴“微細”隱含著可以生產出尺寸小至1μm的特征之能力。這是他們無法完成的——至少通過銑削和車削操作無法完成。Sandia的刀具更適合生產出尺寸至少為25μm的特征。

換言之，盡管他們避免說“微細加工”，但他們這里的加工幾乎比任何其他金屬切削廠所進行的加工都要更接近“微細”。

中加工(Meso-machining)是這些研究者們所用的術語。微小的銑刀和車刀是用聚焦離子束通過雕刻硬質合金及HSS毛坯而制成的。

用這種方式制成的立銑刀直徑可能小至20 μm左右。車刀可以小至10μm寬。這種刀具正是中加工所需要的，因為對于機床而言，已經存在合適的技術。

前面三個照片是用聚焦離子束生產的立銑刀。
另兩個照片是用相同方式生產的一把18μm寬車刀的視圖

在這里有Sandia工作比較令人驚奇的一方面。盡管試驗刀具必須開發，實驗機床并不是使用這些刀具的必需。研究者們在可以從商業供應商處買到的精密機床上有效地使用這些刀具。

研究中加工的主要原因與核武器有關。Sandia制造工程部經理Gilbert Benavides解釋了這之間的聯系。他說，現有核武器帶有一些有時候需要更換的零件，而這些零件最好換上可以改善的型式。但是，每個零件都具有固定的尺寸和形狀，因為組件中它周圍的元件不會改變。因此，添加新特征的唯一選擇是在現有空間中壓縮進更多特征。中加工可以提供滿足這種需求的途徑。

到底可以在核武器上添加什么樣的新特征，這個問題存在很大的想象空間。但是這方面是Sandia的中加工作業中額外細節的一個選擇。

能力

Sandia已經可以熟練銑削20~30μm寬的槽，材料包括鋁、黃銅和4340鋼等。典型的切深為1μm。一個采用22μm直徑兩刃硬質合金立銑刀、切深1μm、轉速18,000r/min對鋁進行的加工實驗表明這把刀具可以以最高達50mm/min的進給速度高效加工。這把刀具可以銑削6小時以上(采用不同的進給速度)而不產生裂紋。

車刀被證明具有同樣的耐用度。一個代表性的實驗表明，一把13μm寬的刀具可以切削總共200mm長、4μm深的鋁質螺旋溝槽(如果溝槽為直線而沒有卷繞的形式)。

刀具

車刀類似于全尺寸車刀。銑刀卻不是這樣。當采用離子束加工刀具時，無法產生標準立銑刀一般都具備的溝槽式復雜的幾何結構。相反，中加工立銑刀具有簡單的幾何橫截面，如本文照片所顯示的那樣。

微型刀具是否真正與全尺寸刀具采用相同方式進行切削？答案似乎是肯定的。采用光學顯微鏡對中加工銑削過程進行觀察顯示出了從刀具附近彈出的切屑。此外，對銑削零件進行的電子顯微鏡檢測也揭示出了刀具留下的痕跡。

在車削中這種跡象甚至更加明顯。正如全尺寸車刀一樣，有時候發現中加工車刀在切削后依然有成串的切屑附在上面。

該照片是許多車間會看到的一種現象的微型圖。在加工鋁后，刀具上仍然附著一片長切屑

機床

上述銑削試驗是在20世紀90年代購買的一臺Boston數字式加工中心上進行的。該機床分辨率為1μm，因此可以通過“觸摸”方式將微細刀具相對工件定位——采用機械師在使用手動銑床時會采用的相同方式。也就是，操作員不斷一微米一微米地點動，直至出現看起來像切屑的東西為止(通過顯微鏡觀察)，表明刀具已經與零件接觸上。

最近在Willemin-Macodel的一臺精密加工中心上進行了更多銑削加工。中加工車削在Moore Tool的一臺金剛石車床上進行，盡管Sandia采用的刀具材料不是金剛石。該工廠還采用阿奇的線切割和成形機床通過EDM方式加工出了比較小的特征(為了覆蓋整個范圍，激光加工是中加工研究的另一個領域)。

存在的一些挑戰

Benavides先生說，當今，中加工車削比中加工銑削更實用。對于銑削，無法復制出普通立銑刀形狀是其中的制約之一。另一方面是很難對刀夾中刀具顯示足夠小從而對20μm刀具合格的跳動水準。

再其次是缺乏金剛石。Sandia的客戶還需要可能要采用小于130μm(0.005英寸)的銑刀進行加工的工件。對于諸如微細外部齒輪齒這樣的特征，該工廠趨向于采用線切割EDM。但是，如果需要內部齒輪齒，則可能需要采用中加工銑削方式。

但是各種中加工方法的研究還在繼續，包括銑削在內。為了解決銑削中刀夾和相關的跳動問題，Sandia正在用無須采用刀夾而旋轉刀具的特制主軸進行實驗。該主軸在佛羅里達大學開發，最高轉速達500,000r/min。

影響中加工的一個更一般的挑戰是實現它所需要的專業知識水準。這些切削不像宏觀過程，其中刀具、零件和程序可以在不同機床之間互換。中規模切削需要操作員理解在不同條件下微細誤差的堆積，以及通過諸如速度和進給速度等特定參數的選擇如何影響特定機床的精度等。Benavides先生說，對于一名熟練技師而言，需要幾個月的嘗試才能獲得這種理解力。因為必須具備這種理解力，因此中加工的應用范圍存在制約。他說，即使在Sandia的50或60名熟練技師中，也只有數得著的幾個人已成為這種加工的能手。