采用微机床的微细切削磨削加工技术，可以实现多种材料复杂形状三维微小零件的加工，且设备体积小、能耗少、成本低，是绿色制造的发展方向之一。微主轴作为微机床的关键部件，直接决定了微机床的性能及微细切削磨削加工技术的发展和应用。但是目前国内外研制的微主轴其刀具要么回转速度高但回转精度低，要么回转精度高但回转速度低，且无法实现高回转精度下刀具的自由更换。针对这一国内外研究人员亟待解决的难题，本文提出一种新型的动力轴与刀具柔性连接式结构和刀柄．转子一体式结构的设计思路和方法，以研制出超高转速、高回转精度的微主轴为目标，深入研究相关设计理论及其关键技术，主要研究内容如下。

由于具有刃口半径效应、径向刚度差、旋转速度高、切削稳定性差等特性,微径钻、铣刀具具有不同于常规尺度钻、铣刀具的失效特征。基于大量钻削和立铣削试验,在对常规尺度麻花钻、平头立铣刀的一般失效形式简要分析的基础上,研究了微径麻花钻和平头立铣刀的特殊失效形式及原因,提出了抑制微径钻、铣刀具失效的基本方法。结果表明：容屑空间堵塞、塑性变形、断齿是微径钻、铣刀具常见的失效形式;随着刀具直径减小、转速增高,整体断裂成为微径钻、铣刀具的最主要失效形式;改善材料切削性能、提高切削液作用效果、优选刀具材料及结构、优化切削工艺是抑制微径钻、铣刀具失效的根本措施。

大深宽比阵列微槽的尺寸精度、加工质量和一致性等要求高,现有的商品化微细刀具严重限制其高质量加工。针对有机玻璃大深宽比阵列微槽加工,设计、制造了微细切削刀具。采用自制刀具进行了微细刨削、车削试验,加工出表面质量好、尺寸精度高的平面阵列微槽和环形阵列微槽,验证了自制微细切削刀具的切削性能。

微细切削加工中切削深度必须大于最小切削厚度才能获得比较好的表面加工精度。为了研究微细切削下最小切削厚度的有效标定方法,利用ABAQUS/Explicit有限元分析平台对AISI4340的二维正交微细切削过程进行仿真,结果表明,当刀具切削刃圆弧半径为6μm,切削速度为500 mm/s时的最小切削厚度为1.1μm,发现了微细切削过程中分流角的存在是切屑形成的关键。