李伟，博士，教授，博导，国家级青年人才，湖南省“杰青”。现任湖南大学机械与运载工程学院副院长，中国机械工业金属切削刀具协会理事等。发表高水平学术论文60余篇，主编英文学术专著1部，获得国家发明专利30余项。牵头获湖南省科技进步奖二等奖、中国机械工业科技进步奖二等奖、上银优秀机械博士论文奖银奖、教育部博士研究生学术新人奖、中国刀协切削先进技术研究分会青年新秀奖等；参与获中国机械工业技术发明奖一等奖、湖南省教学成果奖二等奖等奖励。

李伟

前言

第1章绪论1

11微制造技术背景1

12微细切削技术3

121微细切削技术的定义3

122微细切削工艺5

13微细磨削技术8

131微细磨削工艺8

132微细磨削机床9

133微细磨削工具10

134微细磨削加工零件11

参考文献14

第2章微细磨削基础理论19

21引言19

22微细磨削相关参数的定义19

221磨削运动及磨削用量19

222磨削过程的基本参数21

23微细磨削力理论分析23

231微细磨削力的影响因素24

232微细磨削磨粒切削受力分析26

233单颗磨粒切削过程分析27

234微细磨削力建模36

235微细磨削力实验验证37

24微细磨削过程建模分析41

241微细磨削工具形貌建模41

242微细磨削工具磨削性能评估49

243磨削表面形貌仿真52

244微细磨削液流场仿真55

25微细磨削基础理论的发展趋势68

参考文献69

第3章微细磨削机理与工艺研究71

31引言71

32微细磨削材料去除机理71

321硬脆材料72

322塑性材料80

33微细磨削工艺参数影响85

331主轴转速86

332进给速度87

333磨削深度88

334磨削液90

34多能场辅助微细磨削技术91

341化学紫外光激光辅助微细磨削工艺92

342单一机械机械化学辅助微细磨削工艺97

35工艺质量控制106

351工件边刃特征离线评价107

352微细磨削工具在位检测108

353声发射信号在线监测与处理112

354微细磨削工具磨损预测116

36微细磨削工艺面临的挑战及发展趋势120

参考文献121

第4章微细磨削工具的设计制造124

41概述124

42微细磨削工具的制备工艺125

421微细磨削工具磨料的选择及特点125

422微细磨削工具结合剂的选择126

423微细磨削工具的常见制备方法127

424电镀微细磨削工具的制备工艺与特点129

425冷喷涂微细磨削工具制备工艺与特点133

426其他微细磨削工具的制备工艺139

43微细磨削工具的切削刃分布与形貌特征148

431切削刃分布及特点148

432尺寸特性与表面形貌的分析150

433砂轮表面形貌检测方法分类158

44微细磨削工具的磨损与修整163

441电镀金刚石微细磨削工具磨损分析163

442CVD金刚石微细磨削工具磨损分析179

443微细磨削工具的修整186

45微细磨削工具面临的挑战及发展趋势188

参考文献189

第5章微细磨削用桌面式微小机床装备192

51引言192

52微小机床总体结构布局192

521微小机床组成192

522微小机床的总体结构形式193

53微小机床关键组件设计197

531微主轴单元197

532高精度宏微结合进给系统设计213

533数控系统设计242

534监测系统设计248

54微小机床的精度检测和性能250

541精度检测251

542微小机床的性能试验255

55微小机床面临的挑战及发展趋势257

参考文献259

航空航天、微电子、生物医药等技术的快速发展，对精密/超精密介观尺度微小复杂结构零件（微米级到毫米级）的需求日益广泛，如微激光陀螺、微卫星零部件、微小诊疗器件等。采用微小机床与微细磨削工具（毫米级以下）的微细磨削加工技术，一方面可以实现多种材料复杂形状微小零件的加工，弥补半导体制造工艺、光刻技术、LIGA、3D打印等技术的加工材料种类有限、加工结构简单（二维或准三维）、表面质量不高等不足；另一方面相比采用常规超精密机床加工微小零件，设备体积小、能耗低，符合节能环保的生产模式，因此受到国内外的广泛关注。

湖南大学国家高效磨削工程技术研究中心2009年开始关注微细磨削技术，2010年获批国家自然科学基金项目“超精密高速涡轮式微主轴单元设计理论及关键技术研究（51075133）”，自此开展了对微主轴部件、微小机床设备、复合微细磨削工艺深入系统的研究。相关研究均获国家自然科学基金资助，部分成果已工程化应用。研究过程中发现，国内外还未见系统介绍微细磨削技术的专业书籍。为此，构思将十余年研究成果进行全面总结并出版，以便为科研人员和企业技术人员和相关方向研究生、高年级本科生提供参考。同时，为提升著作的系统性、全面性和权威性，还参考了哈尔滨工业大学赵清亮教授课题组在超精密微细磨削理论、东北大学巩亚东教授课题组在微细磨削工具制备、南京航空航天大学何宁教授课题组在桌面式微小机床装备方面的重要研究成果，以上成果均受到国家自然科学基金重点、面上等项目资助。

本书全面介绍了微细磨削理论、工艺、工具和装备等方面内容。第一，阐述了微制造技术的需求背景与微细切削技术的重要作用，厘清了微细磨削技术的概念与范畴；第二，指出微细磨削过程的基本参数，推导建立了微细磨削相关理论，分析了微细磨削的模拟仿真过程；第三，阐述了不同材料的微细磨削去除机理，明确了微细磨削工艺参数对加工质量和效率的影响，重点介绍了化学、紫外光、激光与单一机械、机械化学等多能场辅助微细磨削技术的工艺原理、特点及其应用，并明确了加工质量控制的具体措施；第四，详细介绍了现有的电镀、冷喷涂、CVD、PCD（多晶金刚石）、化学镀等各种微细磨削工具制备方法，明确了微细磨削工具的磨损机制及其使用性能；第五，重点介绍了微小机床的总体结构布局，阐明了微主轴单元、进给系统、数控系统、监测系统等关键部件的设计思路，对比分析了国内外现有微小机床的性能。全书内容在相关课题组老师和学生的研究成果的基础上整理而成，因此特别感谢肖航、李志鹏、邓正扬、焦轶、韩旭、张学学、于康宁、张庆贺、吕梁伟、程军、王超、李欣妍、蔺佳、李亮、曹自洋、包杰、夏浥、丁许、刘凌辉等老师、同学在前期做了大量工作，以及龙昌金、李可欣、贾剑飞、郭振飞、万雅芳、朱皇澄等同学在本书编写过程中完成了大量内容整理工作。同时，本书还非常荣幸获得郭东明、卢秉恒两位院士的审阅推荐，在此谨致以衷心的感谢。

本书的部分研究成果也得到了国家自然科学基金（52275421、52375442、52275412）、国家科技重大专项（2024ZD0702701）、湖南省杰出青年科学基金（2022JJ10010）等项目的大力支持，本书的出版获得了“中国机械工程学会高端学术著作出版计划”资助，中国机械工程学会陈超志副秘书长和机械工业出版社王淑芹、郑小光等编辑均给予了很大的支持和帮助，在此一并表示真诚的谢意。

由于作者水平有限，书中难免有疏漏之处，欢迎同行专家及时指正。