微小型加工裝備的國內外研究現(xiàn)狀綜述

顧佳超　徐恒斌　張文瀚

摘 要：隨著社會經濟快速發(fā)展，微小型加工裝備得到了廣泛關注。文章對微小型加工設備研究的國內外現(xiàn)狀進行了綜述，力求對微小型加工設備的研制提供一定的技術參考。

關鍵詞：微小型；加工設備；現(xiàn)狀

微小型機械加工系統(tǒng)是目前世界上重要的先進性技術，這種橋梁技術實現(xiàn)了微觀加工制造領域與宏觀加工制造領域的相互連接，并作為了21世紀重點技術的發(fā)展方向，國內外科研學者傾注了大量的物力，財力用于微小型加工設備的研究，并取得了一定顯著的科研成果[1]。其中，日本、歐美等發(fā)達國家在微小型加工設備方面的研究起步較早，并且有許多技術已經實現(xiàn)了商品化，為世界微機械制造技術的發(fā)展做出了卓越貢獻。相比之下，我國在微小型加工設備的研究方面起步較晚，但也取得了一定的科研成果。

1 國外微小型加工裝備的研究現(xiàn)狀

日本先進科學技術研究院（AIST）于1998年開發(fā)出了當時被認為是世界上最小的微小車床，這臺微小車床的外型尺寸為長32mm，寬25mm，高30.5mm，其重量僅為100g[2]（如圖1），在這臺微小車床上裝備有一個刀架和一個微機電驅動主軸，其定位精度達到25nm，通過對步進驅動進給方式的優(yōu)化，實現(xiàn)了進給率為400μm/s的平滑進給，其主軸電機功率雖然僅有1.5w，但可實現(xiàn)最高10，000rpm的轉速。

2005年位于日本的NANO株式會社成功研制出了一臺小型的精密CNC加工機床[3]（如圖2所示），該精密機床的加工精度能夠達到微米級，并且已經實現(xiàn)了商品化。

西北大學和伊利諾伊斯大學兩所大學院校共同研制出了一臺主軸轉速能夠達到200，000rpm，進給系統(tǒng)的分辨率能夠達到0.5μm的微小型車床[4]（如圖3所示），密歇根大學在此方面也進行了大量的研究工作，并成功的研制出了一臺能夠進行三維復雜曲面加工的微小型加工單元[5]（如圖4所示），這臺微小型加工單元的主軸驅動方式采用氣動渦輪機驅動，主軸的最高轉速能夠達到20，000rpm，主軸的回轉精度能達到1μm，其定位精度能達到0.5μm。

弗朗恩霍夫研究院（Fraunhofer Institute）針對應用常規(guī)尺寸的機床加工微小型零件所出現(xiàn)的諸多問題，在微小型加工系統(tǒng)的研究方面進行了一系列的研究工作，并已成功研制出了微小型加工中心[6]（如圖5所示）。

2 國內微小型加工裝備的研究現(xiàn)狀

在微小型加工設備研究方面我國起步相對較晚，但其發(fā)展卻相對較快，并有一些技術已處于國際領先地位。國內有多家科研院所及高校開展了關于微小型制造技術方面的研究，其中哈爾濱工業(yè)大學，北京理工大學，南京航空航天大學，清華大學，長春理工大學等一批高等院校取得了卓越的研究成果。

哈爾濱工業(yè)大學的精密工程研究所于2007年研制出了一臺微小型超精密三軸聯(lián)動數(shù)控銑床[7]（如圖6所示），該機床的外形尺寸為300mm×300mm×290mm，主軸最高轉速達到了160，000rpm，主軸回轉精度達到了1，工作臺重復定位精度±0.25？滋m，位置精度±0.5？滋m/75mm，機床使用的刀具為進口刀具，最小直徑為0.15mm。

北京理工大學研制了一臺用于加工形狀復雜的微小型軸類零件的微小型車銑加工中心[8]（如圖7所示），該加工中心工作臺的重復定位精度為±0.2μm，進行車削加工時車削主軸轉速能夠達到8000rpm，進行銑削加工時銑削頭主軸轉速能夠達到60，000rpm。

多年來長春理工大學一直致力于超精密微小型加工設備的研究，并研制出了一臺三軸聯(lián)動數(shù)控銑床[9]，機床外形尺寸為400mm×400mm×500mm，主軸最高轉速達到60000rpm，主軸徑向跳動誤差為±1μm，工作臺采用滾珠絲杠精密滑臺，其運動精度為±0.4μm/100mm。

參考文獻

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[9]蔡美.微小銑床動態(tài)特性分析與優(yōu)化研究[D].長春理工大學，2010.

作者簡介：顧佳超（1988-），男，助教，碩士，主要從事機械設計制造與自動化方面的教學科研工作。