随着科学技术以及微机电系统的发展,零件尺寸越来越趋于微小型化。从产品尺度特征来划分,通常将1-1000μm的系统称为微系统,其相对应的微细加工技术已成为各工业发达国家广泛关注和重点投入的研究热点。微结构中的重要一类是金属微结构,产品微型化、精密化和高新技术产品的研制生产对微尺度金属复杂结构件加工技术有着迫切的需求。因此,发展针对微尺度的,具有三维加工能力、能够加工金属及其合金材料的微细加工方法已经成为当前微细制造领域迫在眉睫的研究课题。本文结合微细电解加工技术和微机械铣削的基本思想,提出一种新的微细加工方法:微细电解铣削加工。原理上阴极电极不会损耗,采用微米级直径的柱状电极,可加工出数微米至数十微米尺度的复杂微结构件。提出的技术主要面向航空航天、精密仪器、生物医疗等领域。本文的主要内容包括以下几个方面:(1)建立了微细电解铣削加工的理论模型。在分析了纳秒脉冲电流微细电解加工基本原理的基础上,基于界面双电层理论,建立了微细电解铣削加工分步控制数学模型,为后续的加工试验提供了重要的理论指导,并对影响加工性能的因素进行了分析。(2)搭建了一套三维微细电解铣削加工系统。该加工系统具备高分辨率低速微进给、三轴联动、高回转精度、短路检测与保护和绝缘抗振等功能,并基于Labwindows/CVI虚拟仪器平台开发了一套与机床硬件配套的三维微细电解铣削加工控制与检测软件系统。(3)提出了在线制备两种微电极的新工艺。一是基于电化学刻蚀技术,提出了多阶柱状电极的制备方法,建立了多阶柱状电极的数学控制与预测模型,制备出一系列不同阶数的末段直径为10μm的柱状电极;二是利用单脉冲火花放电技术,通过控制放电能量,成功加工出了一系列微球头柱状电极,末端球形圆度好,并具有镜面级的表面粗糙度。最后,基于有限元电场仿真,分析了不同形状微电极的多种应用场合。(4)进行了微细复杂结构的电解铣削加工工艺试验。在以高温合金GH3030为主的多种材料上进行了微细电解铣削加工工艺试验,分析了加工电压、脉冲宽度、脉冲周期、电极直径、电解液参数等对加工的影响规律。根据理论模型,应用了薄分层铣削策略,研究了铣削层厚度对起始点形状精度、加工稳定性及加工效率的影响。应用优化的参数成功加工出特征尺寸为5μm,形状精度高、表面质量好的微细三维微阶梯型腔和高精度的凹半球结构。(5)利用旋转的微螺旋电极在高温合金GH3030上进行了微小结构的高速电解铣削加工工艺试验。重点研究了电极转速对加工精度、加工稳定性和表面粗糙度的影响。另外,分析了加工电压、脉冲宽度、电解液参数等对加工的影响规律。应用优化的参数成功加工出特征尺寸为40μm,形状精度高、表面质量好的典型微小结构。