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納米切削中刀具的納米級(jí)微進(jìn)給、切削過(guò)程的高分辨率觀測(cè)及加工后的測(cè)量都是納米切削中需要解決的幾個(gè)重要問(wèn)題。為解決該系列問(wèn)題，可通過(guò)利用壓電納米定位臺(tái)、SEM掃描電子顯微鏡，分別完成刀具納米級(jí)步進(jìn)及高分辨率觀測(cè)，加工完成后，再通過(guò)白光干涉儀對(duì)加工后的尺寸進(jìn)行測(cè)量。其中，刀具的納米車(chē)削進(jìn)給是采用芯明天P63壓電納米定位臺(tái)，它的行程為8µm，閉環(huán)分辨率可達(dá)0.6nm以上。

該納米切削裝置的結(jié)構(gòu)及實(shí)際安裝實(shí)物如下圖中所示。

結(jié)構(gòu)原理圖

安裝結(jié)構(gòu)實(shí)物圖

切削過(guò)程

通過(guò)粗調(diào)平臺(tái)將刀具與待加工件間距離調(diào)整至2～3µm，通過(guò)SEM觀測(cè)。再通過(guò)芯明天壓電納米定位系統(tǒng)控制刀具緩慢向待加工件表面移動(dòng)，直至接觸，并記錄位置，再次移動(dòng)刀具至加工點(diǎn)，預(yù)切削后，再通過(guò)壓電納米定位系統(tǒng)控制刀具進(jìn)行納米級(jí)車(chē)削，SEM進(jìn)行整個(gè)切削過(guò)程的觀測(cè)。P63壓電納米定位臺(tái)具有X、Y、Z 三自由度的運(yùn)動(dòng)，并能夠?qū)崿F(xiàn)聯(lián)動(dòng)控制，該納米切削過(guò)程可實(shí)現(xiàn)不同速度的切削、斜切以及正弦曲線切削等功能。

P63壓電納米定位臺(tái)

P63壓電納米定位臺(tái)技術(shù)參數(shù)：

運(yùn)動(dòng)自由度：XYZ

行程范圍：8µm/軸

閉環(huán)分辨率：0.2nm

閉/開(kāi)環(huán)階躍時(shí)間：1.5ms/0.3ms

承載能力：400g

通過(guò)該裝置進(jìn)行了高真空條件下的納米切削，實(shí)驗(yàn)測(cè)得在慢速切削（15~20s）下，對(duì)單晶銅設(shè)置切削50nm、150nm的切削深度，經(jīng)過(guò)P63壓電納米定位系統(tǒng)車(chē)削加工后，再經(jīng)白光干涉測(cè)量，實(shí)際切深為59.3nm、161.2nm。

切削精度受多種因素的影響，如材料性能（如硬度、脆性等）、刀具尺寸、溫度等，在慢速切削下達(dá)到10nm左右的偏差，已能滿足大部分納米切削的精度要求。