2024年5月20日发(作者：蒿绮丽)
基于加工工具的微纳加工技术
摘要
随着社会对微、小型工业品的种类和数量的需求日益增加，微纳加工技术作
为微小型部件的主要加工技术在制造业中正发挥越来越大的作用。与基于刻蚀技
术的微纳加工技术相比，基于加工工具的微纳加工技术在微车削，微磨削和点火
花微纳加工等方面有更多的优点，主要表现在它的高生产能力、高效率、高复杂
性和高性价比。但是，随着机械加工单元的减少，这种基于加工工具的微纳加工
技术要想应用于生产中仍然存在许多问题需要解决。
本文中介绍了一些NUS在基于加工工具的微纳加工技术方面取得的一些最
新研究成果，NUS研究出了一种新型的、可以用于微小复杂零件加工的多功能
小型机床，该机床主要采用电火花微纳加工技术和微量切削技术来完成复杂的加
工过程。
关键词：刀具加工，电火花微量加工，微切削，微磨削
1 介绍：
随着微机电系统的发展，微纳加工越来越受到人们的重视，人们对于多功能
的微纳结构和微纳部件的研究也越来越多。当前人们主要采用刻蚀的方法在硅上
进行微纳结构的加工，但是，此方法在三维结构的微器件制作过程中却存在很多
的不足，此外此种加工方法所适用的材料种类也非常有限。通过对传统的加工方
法（如切削和磨削）和非传统的加工方法（如电火花加工）的研究，本文提出了
利用两种加工方法结合的方式来完成微器件的加工，这种方式不仅能够保证微器
件的加工精度，而且还扩大了制作器件的材料范围。进行大规模的生产时，微器
件的模具可以采用喷射注塑法来完成，对于较复杂的三维结构模具的制作可以采
用显微注塑的方法，而对于特别复杂的三维结构模具须采用电火花微量加工的方
法，这种方法能够加工几乎所有可以导电的材料，而且不必考虑这种材料的硬度，
然后采用微细电极来完成微器件的结构特征的加工。
为了实现该技术在微纳米加工中的应用，NUS主要在一些几个方面展开相
应的研究：（1）加工工具的研究，（2）微纳加工过程的在线监控，（3）为达到所
需精度和质量的过程工艺的研究。
2 微纳米加工多功能机床的研究
如图1所示，该机床的尺寸为1500×1100×1900mm，最大工作空间为210
×110×110mm，每根轴的光学直线标度为0.1μm，该机床的精度则要靠系统的
全反馈控制和补偿完成，该机床可以通过改变主轴的转速来实现微铣削、微磨削
和微研磨，由于低速主轴的电源与机床的电源分离，因此，该机床可以实现电火
花微加工和点解加工。
机床可以通过数据线下载并执行用户计算机中的程序语言来实现对机床的
运动控制，这就为用户和机床之间建立了一个友好的交互界面。经过相应的测试，
该机床能够执行每秒300运动节点的执行速度。由于该控制系统是由NUS研制
的与该机床搭配使用的控制系统，所以该系统是能够满足微纳加工过程中程序的
传输和执行，例如，当控制系统在执行一程序是，它的参数处理速度能够达到
20kHz。此外，它还可以通过一个通用串形口将处理任务与多个处理器连接，这
样就可以提高其处理速度。
为了实现电火花加工过程中电极与工件距离的控制，每条轴的响应速度是非
常关键的。为此，在本机床中设计了专门的伺服系统控制轴的响应时间，该私服
2024年5月20日发(作者：蒿绮丽)
基于加工工具的微纳加工技术
摘要
随着社会对微、小型工业品的种类和数量的需求日益增加，微纳加工技术作
为微小型部件的主要加工技术在制造业中正发挥越来越大的作用。与基于刻蚀技
术的微纳加工技术相比，基于加工工具的微纳加工技术在微车削，微磨削和点火
花微纳加工等方面有更多的优点，主要表现在它的高生产能力、高效率、高复杂
性和高性价比。但是，随着机械加工单元的减少，这种基于加工工具的微纳加工
技术要想应用于生产中仍然存在许多问题需要解决。
本文中介绍了一些NUS在基于加工工具的微纳加工技术方面取得的一些最
新研究成果，NUS研究出了一种新型的、可以用于微小复杂零件加工的多功能
小型机床，该机床主要采用电火花微纳加工技术和微量切削技术来完成复杂的加
工过程。
关键词：刀具加工，电火花微量加工，微切削，微磨削
1 介绍：
随着微机电系统的发展，微纳加工越来越受到人们的重视，人们对于多功能
的微纳结构和微纳部件的研究也越来越多。当前人们主要采用刻蚀的方法在硅上
进行微纳结构的加工，但是，此方法在三维结构的微器件制作过程中却存在很多
的不足，此外此种加工方法所适用的材料种类也非常有限。通过对传统的加工方
法（如切削和磨削）和非传统的加工方法（如电火花加工）的研究，本文提出了
利用两种加工方法结合的方式来完成微器件的加工，这种方式不仅能够保证微器
件的加工精度，而且还扩大了制作器件的材料范围。进行大规模的生产时，微器
件的模具可以采用喷射注塑法来完成，对于较复杂的三维结构模具的制作可以采
用显微注塑的方法，而对于特别复杂的三维结构模具须采用电火花微量加工的方
法，这种方法能够加工几乎所有可以导电的材料，而且不必考虑这种材料的硬度，
然后采用微细电极来完成微器件的结构特征的加工。
为了实现该技术在微纳米加工中的应用，NUS主要在一些几个方面展开相
应的研究：（1）加工工具的研究，（2）微纳加工过程的在线监控，（3）为达到所
需精度和质量的过程工艺的研究。
2 微纳米加工多功能机床的研究
如图1所示，该机床的尺寸为1500×1100×1900mm，最大工作空间为210
×110×110mm，每根轴的光学直线标度为0.1μm，该机床的精度则要靠系统的
全反馈控制和补偿完成，该机床可以通过改变主轴的转速来实现微铣削、微磨削
和微研磨，由于低速主轴的电源与机床的电源分离，因此，该机床可以实现电火
花微加工和点解加工。
机床可以通过数据线下载并执行用户计算机中的程序语言来实现对机床的
运动控制，这就为用户和机床之间建立了一个友好的交互界面。经过相应的测试，
该机床能够执行每秒300运动节点的执行速度。由于该控制系统是由NUS研制
的与该机床搭配使用的控制系统，所以该系统是能够满足微纳加工过程中程序的
传输和执行，例如，当控制系统在执行一程序是，它的参数处理速度能够达到
20kHz。此外，它还可以通过一个通用串形口将处理任务与多个处理器连接，这
样就可以提高其处理速度。
为了实现电火花加工过程中电极与工件距离的控制，每条轴的响应速度是非
常关键的。为此，在本机床中设计了专门的伺服系统控制轴的响应时间，该私服