浅析微切削机床的结构特点

[摘 要] 由于微小零部件和系统日益迫切的需求极大地推动着微制造技术的发展。在工业技术生产中，微制造是公认的制造微小产品的关键使用技术。微切削是介于常规宏观切削加工技术和纳米切削加工技术之间的重要补充。微切削机床是构成微切削技术的重要因素之一，本文旨在从宏观方面介绍了微切削机床的结构特点。

[关 键 词] 微切削机床；结构特点

在实际的机械生产加工过程中，我们常常采用传统的超精密切削机床来代替和实现微切削加工。但是由于传统的超精密机床在结构尺寸上通常都较大，并且价格昂贵、能耗较大，因此在一定程度上，利用传统的超精密切削机床来替代微切削机床进行机械加工已经远远不能满足当前微小零件的加工要求了。

一、微切削机床的发展现状简述

微型切削机床是伴随着微电系统的蓬勃发展而产生的。在实际机械制造加工过程中，微型切削机床与传统的机床相比具有很多的优点，如受环境影响小、生产成本低、灵活性高等。一般而言，尺寸较小的机床受环境的影响较小，如温度、湿度和压强的变化。此外，小型机床的质量通常也较小，有利于减小驱动系统的惯性力，从而减少能耗，并提高定位精度。微切削机床在实际生产中要求具有较高的静态刚度、较低的热变形和运动误差、较高的阻尼或动态刚度。

目前，微切削机床（微切削系统）的研究和制造技术已经日渐成熟，例如瑞士式车削加工被认为是微小金属零件（直径小于0.5mm，且有严苛的公差要求）大规模生产的一种经济有效的方法。北原（Kitahaya）开发了一种微型车床，长32mm、宽25mm、高30.5mm，重约100g。它是目前世界上尺寸最小的车床之一。由此可见微切削机床未来的发展方向主要是朝着微型化、智能化、集约化、高精度、高效能。

二、微切削机床的结构特点分析

1.高性价比

微切削机床是融合了微电子、计算机、信息处理、自动检测、自动控制等高新技术的操作系统，这一系统具有高精度、高效率、柔性自动化等特点，微型切削机床在结构上主要采用一些微型的驱动器和传感器，当前的数控技术在智能化的道路上不断进步，基于数控设备的集约化性能，可以将产品的设计、生产、加工一气呵成。

2.高动态特性

与常规的传统机床相比较，微型切削机床使用的材料更少，结构更简单，系统更优化，因此它具有更高的固有频率，而在机床的设计和制造过程中，我们往往追求的就是更高的频率，因为这样可以扩大机床可采用主轴速度范围，避免产生颤振，而在实际生产中，微型切削机床比常规机床振动的幅值更小。

3.高速、准确的运动和定位系统

超精密微型切削车床通常采用直接进给驱动系统，尤其是在直线导轨上采用直线电机直接驱动，正逐渐成为一种趋势。与传统的间接进给系统相比较，直接驱动系统主要有以下优势：

（1）不存在回程间隙、无丝杠误差、无传动带回弹、摩擦小，因此在实际生产中精度较高。

（2）在机械因素考虑范围内，无需考虑加速度和速度，速度仅由编码器的带宽或者电子设备的功率来决定。

（3）具有高的阶跃和Kv系数，因此在高速时能保持高精度的运转。

（4）机械机构简单、便于维护和安装，并可以实现较高的可靠性和结构刚度。

4.高集约和高能效

微型切削机床占地面积通常小于1m2，而且在包含控制系统和其他外围设备的情况下，彻底改变了以往一台数控设备占据半个厂房的情况，而且在消耗能量上只是传统机床的很小一部分，因此具有较高的能效。

5.运行成本低

由于微切削机床容易实现局部环境控制的特点，这就导致了其运行成本的降低。传统的超精密机床在进行超精密加工生产过程中需要在恒温的环境下进行，必要时还需要配备振动隔离系统和控制系统，这样就会直接导致生产成本的增加，而且占地面积会随之增大。而微型切削机床在生产加工过程中则不要配备这么昂贵的配备设置，因为它很容易通过局部环境的控制来实现温度和振动的控制。

6.高度的模块化

由于数控设备的模块化操作特点，其性能和功能的修改都更加便捷，可以根据不同的生产需要，灵活调整，有效提高了生产效率。

7.较高的灵活性和机动性

微型切削机床在实际生产中由于结构较小，可以实现较容易的移动，而且在调试和校准的时间上也大大缩减，此外，由微型切削机床构成的工厂在生产中也可以较容易地进行重新调整和匹配，有利于快速适应对市场的变化需求。

伴随着航空航天、精密工程、医学工程、生物技术、电子、通讯和光学等产业不断发展壮大，微切削加工技术也将会日益成熟，微型切削机床的使用将会逐渐深入到各个机械加工场所，微型切削机床必将会推动今后机械加工产业的向着超精密、高智能、集约化、低成本的方向不断发展。

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[作者简介]

李兴瑞（1982—），男，河南林州人，大学本科，講师，高级技师，国家三级心理咨询师，主要从事机械制造专业方面教学工作。

[作者单位]鹤壁煤业技师学院

（编辑：张玉）