納米切削中刀具的納米級微進(jìn)給、切削過(guò)程的高分辨率觀(guān)測及加工后的測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、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(guān)測，加工完成后，再通過(guò)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(chē)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0.6nm以上。

該納米切削裝置的結構及實(shí)際安裝實(shí)物如下圖中所示。

結構原理圖

安裝結構實(shí)物圖

切削過(guò)程

通過(guò)粗調平臺將刀具與待加工件間距離調整至2～3µm，通過(guò)SEM觀(guān)測。再通過(guò)芯明天壓電納米定位系統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)，預切削后，再通過(guò)壓電納米定位系統控制刀具進(jìn)行納米級車(chē)削，SEM進(jìn)行整個(gè)切削過(guò)程的觀(guān)測。P63壓電納米定位臺具有X、Y、Z 三自由度的運動(dòng)，并能夠實(shí)現聯(lián)動(dòng)控制，該納米切削過(guò)程可實(shí)現不同速度的切削、斜切以及正弦曲線(xiàn)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：

運動(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)驗測得在慢速切削（15~20s）下，對單晶銅設置切削50nm、150nm的切削深度，經(jīng)過(guò)P63壓電納米定位系統車(chē)削加工后，再經(jīng)白光干涉測量，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，在慢速切削下達到10nm左右的偏差，已能滿(mǎn)足大部分納米切削的精度要求。