納米切削中刀具的納米級微進(jìn)給、切削過程的高分辨率觀測及加工后的測量都是納米切削中需要解決的幾個重要問題。為解決該系列問題，可通過利用壓電納米定位臺、SEM掃描電子顯微鏡，分別完成刀具納米級步進(jìn)及高分辨率觀測，加工完成后，再通過白光干涉儀對加工后的尺寸進(jìn)行測量。其中，刀具的納米車削進(jìn)給是采用芯明天P63壓電納米定位臺，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)及實際安裝實物如下圖中所示。

結(jié)構(gòu)原理圖

安裝結(jié)構(gòu)實物圖

切削過程

通過粗調(diào)平臺將刀具與待加工件間距離調(diào)整至2～3µm，通過SEM觀測。再通過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，直至接觸，并記錄位置，再次移動刀具至加工點，預(yù)切削后，再通過壓電納米定位系統(tǒng)控制刀具進(jìn)行納米級車削，SEM進(jìn)行整個切削過程的觀測。P63壓電納米定位臺具有X、Y、Z 三自由度的運(yùn)動，并能夠?qū)崿F(xiàn)聯(lián)動控制，該納米切削過程可實現(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

P63壓電納米定位臺技術(shù)參數(shù)：

運(yùn)動自由度：XYZ

行程范圍：8µm/軸

閉環(huán)分辨率：0.2nm

閉/開環(huán)階躍時間：1.5ms/0.3ms

承載能力：400g

通過該裝置進(jìn)行了高真空條件下的納米切削，實驗測得在慢速切削（15~20s）下，對單晶銅設(shè)置切削50nm、150nm的切削深度，經(jīng)過P63壓電納米定位系統(tǒng)車削加工后，再經(jīng)白光干涉測量，實際切深為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。