[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(shù)的發(fā)展。在工業(yè)技術(shù)生產(chǎn)中，微制造是公認(rèn)的制造微小產(chǎn)品的關(guān)鍵使用技術(shù)。微切削是介于常規(guī)宏觀切削加工技術(shù)和納米切削加工技術(shù)之間的重要補(bǔ)充。微切削機(jī)床是構(gòu)成微切削技術(shù)的重要因素之一，本文旨在從宏觀方面介紹了微切削機(jī)床的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。

[關(guān) 鍵 詞] 微切削機(jī)床；結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

在實(shí)際的機(jī)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(jī)床來代替和實(shí)現(xiàn)微切削加工。但是由于傳統(tǒng)的超精密機(jī)床在結(jié)構(gòu)尺寸上通常都較大，并且價(jià)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(jī)床來替代微切削機(jī)床進(jìn)行機(jī)械加工已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足當(dāng)前微小零件的加工要求了。

一、微切削機(jī)床的發(fā)展現(xiàn)狀簡述

微型切削機(jī)床是伴隨著微電系統(tǒng)的蓬勃發(fā)展而產(chǎn)生的。在實(shí)際機(jī)械制造加工過程中，微型切削機(jī)床與傳統(tǒng)的機(jī)床相比具有很多的優(yōu)點(diǎn)，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(jī)床受環(huán)境的影響較小，如溫度、濕度和壓強(qiáng)的變化。此外，小型機(jī)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(jī)床在實(shí)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(yùn)動誤差、較高的阻尼或動態(tài)剛度。

目前，微切削機(jī)床（微切削系統(tǒng)）的研究和制造技術(shù)已經(jīng)日漸成熟，例如瑞士式車削加工被認(rèn)為是微小金屬零件（直徑小于0.5mm，且有嚴(yán)苛的公差要求）大規(guī)模生產(chǎn)的一種經(jīng)濟(jì)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(jī)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(jī)床的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分析

1.高性價(jià)比

微切削機(jī)床是融合了微電子、計(jì)算機(jī)、信息處理、自動檢測、自動控制等高新技術(shù)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(diǎn)，微型切削機(jī)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(dāng)前的數(shù)控技術(shù)在智能化的道路上不斷進(jìn)步，基于數(shù)控設(shè)備的集約化性能，可以將產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、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(jī)床相比較，微型切削機(jī)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(jī)床的設(shè)計(jì)和制造過程中，我們往往追求的就是更高的頻率，因?yàn)檫@樣可以擴(kuò)大機(jī)床可采用主軸速度范圍，避免產(chǎn)生顫振，而在實(shí)際生產(chǎn)中，微型切削機(jī)床比常規(guī)機(jī)床振動的幅值更小。

3.高速、準(zhǔn)確的運(yùn)動和定位系統(tǒng)

超精密微型切削車床通常采用直接進(jìn)給驅(qū)動系統(tǒng)，尤其是在直線導(dǎo)軌上采用直線電機(jī)直接驅(qū)動，正逐漸成為一種趨勢。與傳統(tǒng)的間接進(jìn)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(shí)際生產(chǎn)中精度較高。

（2）在機(jī)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(shè)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(shí)能保持高精度的運(yùn)轉(zhuǎn)。

（4）機(jī)械機(jī)構(gòu)簡單、便于維護(hù)和安裝，并可以實(shí)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(jī)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(shè)備的情況下，徹底改變了以往一臺數(shù)控設(shè)備占據(jù)半個(gè)廠房的情況，而且在消耗能量上只是傳統(tǒng)機(jī)床的很小一部分，因此具有較高的能效。

5.運(yùn)行成本低

由于微切削機(jī)床容易實(shí)現(xiàn)局部環(huán)境控制的特點(diǎn)，這就導(dǎo)致了其運(yùn)行成本的降低。傳統(tǒng)的超精密機(jī)床在進(jìn)行超精密加工生產(chǎn)過程中需要在恒溫的環(huán)境下進(jìn)行，必要時(shí)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(dǎo)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(jī)床在生產(chǎn)加工過程中則不要配備這么昂貴的配備設(shè)置，因?yàn)樗苋菀淄ㄟ^局部環(huán)境的控制來實(shí)現(xiàn)溫度和振動的控制。

6.高度的模塊化

由于數(shù)控設(shè)備的模塊化操作特點(diǎn)，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(jī)動性

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

伴隨著航空航天、精密工程、醫(yī)學(xué)工程、生物技術(shù)、電子、通訊和光學(xué)等產(chǎn)業(yè)不斷發(fā)展壯大，微切削加工技術(shù)也將會日益成熟，微型切削機(jī)床的使用將會逐漸深入到各個(gè)機(jī)械加工場所，微型切削機(jī)床必將會推動今后機(jī)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(xué)本科，講師，高級技師，國家三級心理咨詢師，主要從事機(jī)械制造專業(yè)方面教學(xué)工作。

[作者單位]鶴壁煤業(yè)技師學(xué)院

（編輯：張玉）