微型化驱动了航空航天、生物医学与微电子等领域下一代系统所需先进制造的发展，超合金的应用尤为关键。混合加工通过结合不同工艺以发挥各自优势并克服局限。本研究通过新型激光混合超声振动辅助微铣削（L-UVAMM）探究了Inconel 718的可加工性，即先采用光纤激光

　　微型化驱动了航空航天、生物医学与微电子等领域下一代系统所需先进制造的发展，超合金的应用尤为关键。混合加工通过结合不同工艺以发挥各自优势并克服局限。本研究通过新型激光混合超声振动辅助微铣削（L-UVAMM）探究了Inconel 718的可加工性，即先采用光纤激光制备引导槽，再于相应激光生成的引导槽上进行微铣削，使用无涂层及三种不同涂层刀具。以切削速度、进给量、切削深度、刀具涂层与振幅为输入变量，各取四水平，基于Taguchi L-16正交阵列设计实验，考察其对表面粗糙度、刀具磨损与毛刺形成等关键响应的影响。方差分析（ANOVA）与灰色关联分析（GRA）辨识了最显著参数并确定最优输入组合。无涂层刀具展现最小刀具磨损，TiSiN涂层最小化毛刺高度，而TiAlN涂层改善表面粗糙度并减小毛刺宽度。回归模型的ANOVA显示刀具类型为影响响应的最关键因素，贡献率达45.76%。响应面法（RSM）优化回归模型得到最优条件，使表面粗糙度、刀具磨损与毛刺形成分别平均降低43.96%、27.18%与19.65%。

　　微型化是现代技术创新的核心驱动力，航空航天、汽车、生物医学及电子等行业对紧凑高效方案的需求持续提升。机械微加工可在多种材料上加工复杂微结构，尤其镍基合金，具备高精度与表面完整性优势，但小直径刀具带来的切削刃几何与刚性问题影响工件精度与表面质量。Inconel 718作为镍基超合金，在450–700 °C高温、机械应力与腐蚀环境下保持高强度与耐蚀性，是航空发动机涡轮、火箭与潜艇动力系统的关键材料，但其难加工特性突出。独立研究表明，激光辅助加工（LAM）可通过局部软化材料降低切削力，超声振动辅助微铣削（UVAMM）通过高频间歇接触改善切屑排出、抑制毛刺与粘附磨损；但二者在Inconel 718微尺度可加工性上的协同效应尚缺系统评估。现有激光辅助铣削多依赖切削同时加热实现热软化，而超声振动微铣削在微尺度下受耕犁效应主导，性能提升受限。因此研究人员提出一种新型顺序混合框架L-UVAMM：先用光纤激光烧蚀预制备引导槽，再于激光预处理表面进行UVAMM，从而改变后续微铣削的切入条件与切屑行为。该文发表于《Scientific Reports》，旨在填补激光-超声顺序混合微铣削Inconel 718的研究空白，并为高精密微加工提供参数排序与优化依据。

　　研究人员采用顺序两步实验：第一步用Maxphotonics光纤激光（通过Ezcad2软件控功率、脉冲频率、扫描速度与循环次数）在10 mm×10 mm×50 mm的Inconel 718工件上制备深度较终铣深浅约10 μm的引导槽；第二步在同装夹下转入YDPM MV-1060三轴立式加工中心，采用Acrow Machinery刀柄施加20 kHz、0–10 μm纵向超声振动进行微铣削。刀具为直径500 μm、两刃钨钢立铣刀（螺旋角30°），分无涂层、TiAlN、TiSiN与nACo四种，几何一致仅涂层变量不同。参数取五因素四水平（切削速度6–10.5 m/min、每齿进给0.25–1 μm/tooth、切深30–90 μm、振幅0–9 μm、刀具类型四类），按Taguchi L-16正交阵列排布16组实验，每组换新刀重复两次。响应量测用Olympus DSX-1000数字显微镜获取面算术平均高度（Sa）、刃口后刀面与前面磨损、下铣侧最大毛刺宽高。数据统计采用ANOVA析因贡献率，GRA将多响应化为灰色关联度（GRG），RSM基于Minitab建立GRG连续预测模型并寻优，最后做验证实验。

　　表面粗糙度分析：ANOVA表明切削速度贡献26.14%居首，进给20.14%，刀具涂层19.88%，振幅12.87%，切深12.39%。主效应显示速度6→7.5 m/min时Sa上升，7.5→10.5 m/min下降；高进给反而获较低Sa；切深增加使过热微裂增多而Sa升；振幅增大改善形貌。TiAlN涂层Sa最低，nACo最高。

　　刀具磨损分析：后刀面磨损以切削速度（32.22%）、进给（27.75%）、振幅（18.40%）、涂层（12.17%）、切深（8.26%）为序；前面磨损由涂层（38.86%）与速度（24.51%）主导。振幅从0增至9 μm，后/前面磨损分别降24.74%/19.46%，归因间歇接触降温。无涂层刀具在L-UVAMM框架下因避免涂层界面剥落且刃口相对更锋利，磨损低于涂层刀，nACo磨损最大。

　　毛刺形成分析：毛刺宽受速度（31.35%）与涂层（34.40%）主导，毛刺高同受速度与涂层控制，振幅对两者贡献均约23%。下铣侧毛刺大于上铣侧。速度升高因切削区温度升高致塑性变形毛刺增大；进给对毛刺宽呈非线性；切深增大使未切屑更易断星空体育集团股份有限公司裂脱离故毛刺减小；振幅3 μm左右最优，9 μm时因过大不稳定反升。TiSiN使毛刺高最小，TiAlN使毛刺宽最小，无涂层与nACo较差。

　　多目标优化与GRA：将Sa、后/前面磨损、毛刺宽高归一化后算GRC与GRG，Test 02（TiAlN，6 m/min，0.5 μm/tooth，50 μm，3 μm）GRG最高；最差为nACo配10.5 m/min、0.75 μm/tooth、50 μm、0 μm。

　　响应面法与模型验证：以GRG为响应建二次回归，模型R2=96.90%、调整R2=94.94%、预测R2=91.08%；ANOVA中刀具类型贡献45.76%、速度28.69%。RSM寻优得Vc=6 m/min、fz=0.6 μm/tooth、ap=60 μm、A=8 μm、TiAlN涂层。验证实验较Test 02再降Sa 43.96%、后刀面磨34.31%、前面磨20.05%、毛刺宽13.56%、毛刺高25.74%。

　　讨论指出，L-UVAMM通过激光预去除沿切削路径的部分材料，减轻微刀全切入载荷，使超声段在预处理表面上获得更稳的间歇切削与排屑条件；该顺序混合路径不同于同时激光加热软化的传统思路。涂层在微尺度间歇热机循环下易在界面剥落，故无涂层钨钢反显磨损优势。GRA与RSM互补：GRA给出现验证最优离散组合，RSM给连续空间精修解。

　　结论：1）激光引导槽通过控功率、频率、扫描速度、循环数达成目标深度，高频高功率减再铸层；2）Sa受速度26.14%、进给20.14%、切深12.39%、涂层19.88%、振幅12.87%影响，TiAlN最低；3）后刀面磨受速度32.22%与进给27.75%主控，前面磨受涂层38.86%主控，无涂层优于涂层，nACo最差；4）毛刺宽受速度31.35%与振幅23.63%主控，毛刺高受速度25.73%与振幅23.47%主控，TiSiN抑毛刺高最优、TiAlN抑毛刺宽最优；5）GRA最优为6 m/min、0.5 μm/tooth、50 μm、3 μm、TiAlN，回归ANOVA中刀具类型占45.76%；6）RSM最优6 m/min、0.6 μm/tooth、60 μm、8 μm、TiAlN，验证降Sa 43.95%、后磨34.31%、前磨20.05%、毛宽13.56%、毛高25.74%。该研究为Inconel 718高精密微铣削的刀具选型与参数窗口提供了实验闭环依据。