淺析微切削機床的結構特點

[摘 要] 由于微小零部件和系統日益迫切的需求極大地推動著微制造技術的發展。在工業技術生產中，微制造是公認的制造微小產品的關鍵使用技術。微切削是介于常規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構特點。

[關 鍵 詞] 微切削機床；結構特點

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

一、微切削機床的發展現狀簡述

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

目前，微切削機床（微切削系統）的研究和制造技術已經日漸成熟，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）大規模生產的一種經濟有效的方法。北原（Kitahaya）開發了一種微型車床，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、微切削機床的結構特點分析

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，這一系統具有高精度、高效率、柔性自動化等特點，微型切削機床在結構上主要采用一些微型的驅動器和傳感器，當前的數控技術在智能化的道路上不斷進步，基于數控設備的集約化性能，可以將產品的設計、生產、加工一氣呵成。

2.高動態特性

與常規的傳統機床相比較，微型切削機床使用的材料更少，結構更簡單，系統更優化，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，避免產生顫振，而在實際生產中，微型切削機床比常規機床振動的幅值更小。

3.高速、準確的運動和定位系統

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

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

（2）在機械因素考慮范圍內，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，因此在高速時能保持高精度的運轉。

（4）機械機構簡單、便于維護和安裝，并可以實現較高的可靠性和結構剛度。

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和其他外圍設備的情況下，徹底改變了以往一臺數控設備占據半個廠房的情況，而且在消耗能量上只是傳統機床的很小一部分，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局部環境控制的特點，這就導致了其運行成本的降低。傳統的超精密機床在進行超精密加工生產過程中需要在恒溫的環境下進行，必要時還需要配備振動隔離系統和控制系統，這樣就會直接導致生產成本的增加，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境的控制來實現溫度和振動的控制。

6.高度的模塊化

由于數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，可以根據不同的生產需要，靈活調整，有效提高了生產效率。

7.較高的靈活性和機動性

微型切削機床在實際生產中由于結構較小，可以實現較容易的移動，而且在調試和校準的時間上也大大縮減，此外，由微型切削機床構成的工廠在生產中也可以較容易地進行重新調整和匹配，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、醫學工程、生物技術、電子、通訊和光學等產業不斷發展壯大，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業的向著超精密、高智能、集約化、低成本的方向不斷發展。

參考文獻：

[1]徐啟榮，廖愛群，王立濤. 淺談機械制造工藝的新技術的應用與發展[J]. 價值工程， 2013（13）：38-39.

[2]張志勤. 歐盟工業先進制造系統的研發現狀及趨勢分析[J]. 全球科技經濟瞭望， 2014（8）：56-64.

[3]魏永強，周軍. 微切削加工7050-T7451鋁合金的尺度效應研究[J]. 工具技術， 2010（9）：42-46.

[4]易剛. 數控機床機械結構設計分析[J]. 金屬加工（冷加工）， 2011（3）：57-58.

[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方面教學工作。

[作者單位]鶴壁煤業技師學院

（編輯：張玉）