本文针对某新型惯性传感器零件的微细加工相关关键技术开展研究,该零件为薄壁微结构件,其特征尺寸只有10μm。这类零件的制造难点在于两方面,一方面极小的尺寸限制了加工工具的选择和工艺系统刚度的提高,另一方面由于薄壁结构的存在,微小的尺寸误差、表面纹理或者表面变质层都会对零件的力学性能带来相对较大的影响。微细铣削加工技术作为目前微结构件主要的加工方法之一,具有加工灵活性好、加工效率高等优点,但同时也存在着刀具磨损剧烈、结构件的表面加工质量一致性差的缺陷。因此如何实现薄壁微构件的高效率、高质量制造成为了目前超精密微细铣削加工领域亟待解决的重要技术难题。为了改善薄壁微构件的微细铣削条件,提高该零件的加工精度和表面质量,提高微细铣刀的刀具耐用度,本文提出了振动辅助超精密微细铣削加工的方法,针对薄壁微构件的振动辅助微细铣削加工相关的关键技术开展研究。设计了新型振动形式的振动辅助超精密微细铣削加工装置。由于微细铣削装置中铣刀处于旋转切削状态,并且高速主轴的质量也较大,故不能按常规振动切削形式将振动施加在刀具一侧。本文选择将振动辅助施加在工件一侧。该振动辅助装置的设计要求为振动频率和幅值均可以调节,以适应不同的工况。与传统的基于谐振原理或基于柔性铰链机构的振动辅助装置不同,本文设计过程中更关注于提高驱动元件的能量输入,并尽可能避开谐振模态的影响。该振动装置采用双向主动振动的工作方式,即在振动方向的两端各采用一组压电陶瓷,从而实现推—拉结合的振动形式,驱动力直接作用于运动部件的质心。试验结果显示该振动辅助装置可实现频率从0到10KHz、振幅0到4μm的可调节振动输出。同时,在本文研制的振动装置中,利用压电陶瓷的压电效应对微细铣削过程中的力信号进行在线监测,通过对检测信号进行频率分析,根据特征频率信号的强度变化判断刀具的磨损状态。该振动辅助装置的研制为后续实验研究奠定了技术基础。针对切削力的分析是研究振动辅助微细切削加工机理的重要手段。由于微细铣刀的特征尺寸与铣削主轴的跳动、振动辅助的工作参数处于相同数量级,因此,微细铣削力的形态与常规尺度的切削力有很大区别。根据振动辅助微细铣削的特点,综合考虑微细铣刀的刀具安装偏心误差、刀具等效前角、振动频率及振幅等因素的影响,建立振动辅助铣削力的数学模型,并通过铣削力的实验验证该模型的准确性。在此基础上,研究振动辅助对微细铣削材料去除过程的影响,并最终得出振动辅助可以有效改善微细铣削条件的理论依据。研究振动辅助对薄壁微构件的表面粗糙度、面形精度及刀具磨损的影响。基于正交实验方法,研究每齿进给量、背吃刀量、振动频率及振幅对面粗糙度Ra、面形精度SPV及毛刺大小的影响,并藉此选择最佳的工艺参数。同时在未施加振动辅助及施加振动辅助两种条件下,对微细铣削刀具的磨损过程进行对比研究,得到振动辅助对微细铣刀刀具磨损过程和磨损形态的影响。薄壁微构件的力学性能指标是该类型零件的最终评价指标。本文利用微构件力学性能测试装置,开展了振动辅助对薄壁微构件的弹性模量、抗拉强度、屈服强度、断裂伸长率及断裂区域的影响研究。在此基础上,建立了面粗糙度Ra和面形精度SPV与各力学性能指标之间的关系模型。利用此关系模型,仅通过检测薄壁微构件表面信息对该构件的力学性能指标进行预测与评价,为该型薄壁微构件在航空型号中的成功应用打下基础。