微細切削技術(shù)及微型機床的發(fā)展

　　微細切削技術(shù)及微型機床的發(fā)展

　　摘要：微細加工類(lèi)技術(shù)是未來(lái)不可或缺的主要技術(shù)力量，其中切削技術(shù)作為最基本的加工步驟需要不斷的熟悉和掌握。

　　同時(shí)微型機床也應運而生，為微型機械加工行業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展提供了更多的可能性。

　　關(guān)鍵詞：微細切削、微型機床

　　隨著(zhù)微電子學(xué)、材料學(xué)、信息學(xué)和機械學(xué)等學(xué)科的不斷發(fā)展，微細切削技術(shù)已迅速發(fā)展成為具有多學(xué)科交叉的前沿研究領(lǐng)域，成為未來(lái)制造技術(shù)的發(fā)展趨 勢，被列為21世紀重點(diǎn)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)。

　　在精密模具、精密儀器、國防、航空航天、生物醫學(xué)和家庭等諸多領(lǐng)域有著(zhù)廣闊的應用前景。

　　微細切削技術(shù)是一種快速低成本的微小零件機械加工方式，不受加工材料的限制，使用CNC加工中心可實(shí)現2D、2.5D簡(jiǎn)單特征到復雜3D曲面零件的微加工，在多樣化材料和三維幾何形狀的微細加工中具有獨特優(yōu)勢，成為微米和中間尺度機械制造領(lǐng)域的一項新興技術(shù)，使用此法可實(shí)現微小模具的批量化生產(chǎn)。

　　目前微細切削技術(shù)主要包括微細車(chē)削、微細銑削、微細磨削和微沖壓等。

　　1.微細切削加工技術(shù)的研究現狀

　　微細切削加工技術(shù)是傳統切削加工技術(shù)的延伸，主要采用比傳統刀具的刃形尺寸更小、精度更高及硬度更高的刀具，如單顆粒金剛石車(chē)刀、微小直徑銑刀及鉆頭，在高速精密加工機床上實(shí)現精密零件加工。

　　隨著(zhù)工件與刀具的小型化，微細切削不只是刀具尺寸的減小，而且還面臨著(zhù)加工過(guò)程中新的挑戰，即刀具與工件之間的接觸作用、微小尺寸刀具的非標準化、刀具參數優(yōu)化與刃磨等。

　　微細切削加工中，超精密車(chē)削與微細銑削技術(shù)應用最為廣泛。

　　2.各種微型技術(shù)

　　2.1.微細車(chē)削是加工微小型回轉類(lèi)零件的主要手段，需要微車(chē)床以及相應的檢測與控制系統，但其對主軸精度、刀具硬度和微型化有很高的要求。

　　微型車(chē)床是發(fā)展微細車(chē)削技術(shù)的前提及關(guān)鍵。

　　其整體性能是影響微小零件的精度、尺寸極限與尺寸重復精度的關(guān)鍵因素。

　　精密車(chē)床往往需要配置高精密主軸、高精度的進(jìn)給工作臺以及控制系統，這主要包括機床的單元技術(shù)和整體性能，單元技術(shù)包括精密主軸、進(jìn)給機構以及CNC控制系統，整機技術(shù)包括車(chē)床床身、冷卻系統、安全措施及加工環(huán)境等。

　　為了保持微細切削中合理的材料去除率、加工進(jìn)度以及刀具的強度，主軸往往具有高速轉動(dòng)功能。

　　由于電主軸沒(méi)有普通主軸的中間傳動(dòng)環(huán)節，傳動(dòng)系統的轉動(dòng)慣量減小，主軸系統的剛度高，運行更加平穩，并且能以很高的轉速運行，因此在精密機床中得到廣泛應用。

　　機床的位脈沖進(jìn)給精度誤差和CNC控制系統必須低于工件加工要求的誤差范圍。

　　主要有兩種控制方式：一種是“旋轉伺服電動(dòng)機+滾珠絲桿”半閉環(huán)控制系統，或者加入光柵尺的閉環(huán)控制系統。

　　另一種是直線(xiàn)電動(dòng)機控制系統，不存在絲桿傳動(dòng)系統中摩擦和電動(dòng)機耦合產(chǎn)生的累積誤差和磨損引起的精度丟失以及間隙，且可提供較大的加速度，精度一般可以達到±1um。

　　2.2.微細銑削加工是一種加工能力強，成形精度高的微小零件機械加工方式。

　　中間尺度零件微細銑削加工涵蓋了多項關(guān)鍵技術(shù)，如中間尺度微小零件微細銑削的加工機理、微細銑削設備、微細銑削專(zhuān)用刀具、微小零件的裝卡與操作、加工過(guò)程的實(shí)時(shí)監測及加工后的檢測等。

　　微沖壓成形技術(shù)作為一種新興的加工工藝，是一種重要的介觀(guān)尺度下的微成形技術(shù)。

　　由于受到介觀(guān)尺度下尺度效應的影響，成熟的傳統沖壓成形理論不能直接應用于微沖壓成形領(lǐng)域。

　　隨著(zhù)加工尺度從宏觀(guān)到介觀(guān)的變化，微沖壓工藝所涉及的材料模型、摩擦模型、工藝仿真方法以及成形設備、模具設計和制造技術(shù)等都發(fā)生了根本性的改變。

　　3.微型技術(shù)未來(lái)的發(fā)展

　　微型工廠(chǎng)是一種微小型生產(chǎn)系統，它具有體積小、節約能源和原材料、減少污染、機動(dòng)靈活性強、操作穩定和抗干擾等優(yōu)點(diǎn)。

　　因此，人們將其視為節省能源和空間、環(huán)保型生產(chǎn)模式，以及綠色制造的發(fā)展方向之一。

　　MEL公司于1990年提出微型工廠(chǎng)的概念，并在1999年設計制成了世界上第一套桌面微型工廠(chǎng)樣機。

　　它由車(chē)床、銑床、搬運機械手和裝配用手指機械手組成，占地面積為70cm×50cm，能進(jìn)行加工和裝配，試運轉成功。

　　試運轉的產(chǎn)品是外徑為?900um、長(cháng)度為3mm的樞軸球軸承。

　　利用車(chē)床加工出直徑為?100um和?500um的回轉軸;銑床加工出外徑為?900um、內徑為?700um的軸承套;在沖壓機上加工出厚度為120um的軸承套 罩蓋。

　　這些零件由有吸盤(pán)的機械手搬運到組裝區，在微 型液晶顯示器監控下，通過(guò)兩個(gè)手指機械手的遠程操作將?200um的滾珠裝入軸承套內，然后壓入回轉軸，裝上罩蓋，完成整個(gè)組裝工序。

　　MEL公司于2000年設計制作了第二臺微型工廠(chǎng)樣機――便攜式微型工廠(chǎng)。

　　它由車(chē)床、銑床、沖壓床、搬運機械手和裝配用雙手指機械手組成，占地面積為20cm×50cm，能進(jìn)行加工和裝配。

　　其中微銑床 (119mm×119mm×102mm)主軸電動(dòng)機使用36W無(wú)刷直流伺服電動(dòng)機，額定轉速為20000r/min，配有刀柄直徑為?3mm的刀具進(jìn)行銑削和鉆孔;微型沖床 (11lmm×66mm×170mm)使用100W交流伺服電動(dòng)機，可以產(chǎn)生3kN的壓力;微手臂在靈活的水平鉸鏈和同步鉸鏈的幫助下，能夠以20um的水平精度在直徑為?200mm的圓形范圍內運動(dòng);微操作手有兩個(gè)針狀手指，每個(gè)手指模塊有三個(gè)內置的壓電制動(dòng)器和一個(gè)并行鉸鏈機構。

　　所有部件裝在一個(gè)625mm× 490mm×380mm的箱子里，所有設備的重量為34kg，整個(gè)系統功耗為60W。

　　系統中的機床與常規機床相比，尺寸微小，結構簡(jiǎn)單，但它能夠加工實(shí)際零件，具 有實(shí)際應用價(jià)值和意義。

　　4.總結

　　微細切削加工技術(shù)是微細加工工藝的一個(gè)重要延伸，其研究與應用將填補基于硅表面微細加工的微電子機械系統技術(shù)和傳統精密加工技術(shù)之間的缺口。

　　盡管目前微細切削技術(shù)所能加工的零件尺寸不及微細電加工所能達到的程度，但它與激光刻蝕加工等技術(shù)一起可在各種各樣的材料上加工任意的空間結構。

　　總之，微細切削加工技術(shù)的成功實(shí)現將在未來(lái)的制動(dòng)器、機器人和航天器等具有更高功能性要求的微型產(chǎn)品制造中起到非常重要的作用。

　　參考文獻

　　[1] 王紹宗 微細切削技術(shù)及微型機床的發(fā)展 2010，(2)

　　[2] 曹自洋 微細切削加工技術(shù) 2006，(3)

【微細切削技術(shù)及微型機床的發(fā)展】相關(guān)文章：

數控機床發(fā)展史04-07

金屬切削機床電氣控制實(shí)訓報告（通用10篇）11-01

切削鉆機租賃合同11-11

切削鉆機租賃合同09-09

機床實(shí)習報告09-21

機床實(shí)習報告11-20

切削鉆機租賃合同精選5篇11-19

切削鉆機租賃合同4篇11-10

切削鉆機租賃合同5篇12-23

切削鉆機租賃合同(5篇)11-25