淺析微切削機床的結(jié)構(gòu)特點

[摘 要] 由于微小零部件和系統(tǒng)日益迫切的需求極大地推動著微制造技術的發(fā)展。在工業(yè)技術生產(chǎn)中，微制造是公認的制造微小產(chǎn)品的關鍵使用技術。微切削是介于常規(guī)宏觀切削加工技術和納米切削加工技術之間的重要補充。微切削機床是構(gòu)成微切削技術的重要因素之一，本文旨在從宏觀方面介紹了微切削機床的結(jié)構(gòu)特點。

[關 鍵 詞] 微切削機床；結(jié)構(gòu)特點

在實際的機械生產(chǎn)加工過程中，我們常常采用傳統(tǒng)的超精密切削機床來代替和實現(xiàn)微切削加工。但是由于傳統(tǒng)的超精密機床在結(jié)構(gòu)尺寸上通常都較大，并且價格昂貴、能耗較大，因此在一定程度上，利用傳統(tǒng)的超精密切削機床來替代微切削機床進行機械加工已經(jīng)遠遠不能滿足當前微小零件的加工要求了。

一、微切削機床的發(fā)展現(xiàn)狀簡述

微型切削機床是伴隨著微電系統(tǒng)的蓬勃發(fā)展而產(chǎn)生的。在實際機械制造加工過程中，微型切削機床與傳統(tǒng)的機床相比具有很多的優(yōu)點，如受環(huán)境影響小、生產(chǎn)成本低、靈活性高等。一般而言，尺寸較小的機床受環(huán)境的影響較小，如溫度、濕度和壓強的變化。此外，小型機床的質(zhì)量通常也較小，有利于減小驅(qū)動系統(tǒng)的慣性力，從而減少能耗，并提高定位精度。微切削機床在實際生產(chǎn)中要求具有較高的靜態(tài)剛度、較低的熱變形和運動誤差、較高的阻尼或動態(tài)剛度。

目前，微切削機床（微切削系統(tǒng)）的研究和制造技術已經(jīng)日漸成熟，例如瑞士式車削加工被認為是微小金屬零件（直徑小于0.5mm，且有嚴苛的公差要求）大規(guī)模生產(chǎn)的一種經(jīng)濟有效的方法。北原（Kitahaya）開發(fā)了一種微型車床，長32mm、寬25mm、高30.5mm，重約100g。它是目前世界上尺寸最小的車床之一。由此可見微切削機床未來的發(fā)展方向主要是朝著微型化、智能化、集約化、高精度、高效能。

二、微切削機床的結(jié)構(gòu)特點分析

1.高性價比

微切削機床是融合了微電子、計算機、信息處理、自動檢測、自動控制等高新技術的操作系統(tǒng)，這一系統(tǒng)具有高精度、高效率、柔性自動化等特點，微型切削機床在結(jié)構(gòu)上主要采用一些微型的驅(qū)動器和傳感器，當前的數(shù)控技術在智能化的道路上不斷進步，基于數(shù)控設備的集約化性能，可以將產(chǎn)品的設計、生產(chǎn)、加工一氣呵成。

2.高動態(tài)特性

與常規(guī)的傳統(tǒng)機床相比較，微型切削機床使用的材料更少，結(jié)構(gòu)更簡單，系統(tǒng)更優(yōu)化，因此它具有更高的固有頻率，而在機床的設計和制造過程中，我們往往追求的就是更高的頻率，因為這樣可以擴大機床可采用主軸速度范圍，避免產(chǎn)生顫振，而在實際生產(chǎn)中，微型切削機床比常規(guī)機床振動的幅值更小。

3.高速、準確的運動和定位系統(tǒng)

超精密微型切削車床通常采用直接進給驅(qū)動系統(tǒng)，尤其是在直線導軌上采用直線電機直接驅(qū)動，正逐漸成為一種趨勢。與傳統(tǒng)的間接進給系統(tǒng)相比較，直接驅(qū)動系統(tǒng)主要有以下優(yōu)勢：

（1）不存在回程間隙、無絲杠誤差、無傳動帶回彈、摩擦小，因此在實際生產(chǎn)中精度較高。

（2）在機械因素考慮范圍內(nèi)，無需考慮加速度和速度，速度僅由編碼器的帶寬或者電子設備的功率來決定。

（3）具有高的階躍和Kv系數(shù)，因此在高速時能保持高精度的運轉(zhuǎn)。

（4）機械機構(gòu)簡單、便于維護和安裝，并可以實現(xiàn)較高的可靠性和結(jié)構(gòu)剛度。

4.高集約和高能效

微型切削機床占地面積通常小于1m2，而且在包含控制系統(tǒng)和其他外圍設備的情況下，徹底改變了以往一臺數(shù)控設備占據(jù)半個廠房的情況，而且在消耗能量上只是傳統(tǒng)機床的很小一部分，因此具有較高的能效。

5.運行成本低

由于微切削機床容易實現(xiàn)局部環(huán)境控制的特點，這就導致了其運行成本的降低。傳統(tǒng)的超精密機床在進行超精密加工生產(chǎn)過程中需要在恒溫的環(huán)境下進行，必要時還需要配備振動隔離系統(tǒng)和控制系統(tǒng)，這樣就會直接導致生產(chǎn)成本的增加，而且占地面積會隨之增大。而微型切削機床在生產(chǎn)加工過程中則不要配備這么昂貴的配備設置，因為它很容易通過局部環(huán)境的控制來實現(xiàn)溫度和振動的控制。

6.高度的模塊化

由于數(shù)控設備的模塊化操作特點，其性能和功能的修改都更加便捷，可以根據(jù)不同的生產(chǎn)需要，靈活調(diào)整，有效提高了生產(chǎn)效率。

7.較高的靈活性和機動性

微型切削機床在實際生產(chǎn)中由于結(jié)構(gòu)較小，可以實現(xiàn)較容易的移動，而且在調(diào)試和校準的時間上也大大縮減，此外，由微型切削機床構(gòu)成的工廠在生產(chǎn)中也可以較容易地進行重新調(diào)整和匹配，有利于快速適應對市場的變化需求。

伴隨著航空航天、精密工程、醫(yī)學工程、生物技術、電子、通訊和光學等產(chǎn)業(yè)不斷發(fā)展壯大，微切削加工技術也將會日益成熟，微型切削機床的使用將會逐漸深入到各個機械加工場所，微型切削機床必將會推動今后機械加工產(chǎn)業(yè)的向著超精密、高智能、集約化、低成本的方向不斷發(fā)展。

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[作者簡介]

李興瑞（1982—），男，河南林州人，大學本科，講師，高級技師，國家三級心理咨詢師，主要從事機械制造專業(yè)方面教學工作。

[作者單位]鶴壁煤業(yè)技師學院

（編輯：張玉）