應(yīng)用超精密機床的設(shè)計制造的小型和微型元件外文文獻翻譯、中英文翻譯

應(yīng)用超精密機床的設(shè)計制造的小型和微型元件外文文獻翻譯、中英文翻譯,應(yīng)用,利用,運用,精密,機床,設(shè)計,制造,小型,以及,微型,元件,外文,文獻,翻譯,中英文 材料加工技術(shù)167（2005）515-528 應(yīng)用超精密機床的設(shè)計制造的小型和微型元件 摘要： 目前，潛在的必需品的可預(yù)測性，產(chǎn)能和生產(chǎn)力的基本生活必需品大問題仍然在超精密加工的微型/微型產(chǎn)品上?？焖俚男枨蠛徒?jīng)濟制造形狀復(fù)雜的小型/微型產(chǎn)品在超精密機床設(shè)計也提出了新的挑戰(zhàn)。在本文中，超精密機床的設(shè)計介紹描述其關(guān)鍵的機械元件和機床設(shè)計程序。重點是審查和評估國家的最先進的超精密加工工具。這也說明了微型/微型產(chǎn)品的應(yīng)用前景。指出了機床開發(fā)，模具，工件材料和加工工藝的發(fā)展趨勢。 關(guān)鍵詞：超精密機器的設(shè)計；超精密加工；小型和微型元件制造；三維微觀結(jié)構(gòu)和設(shè)備；臺式超精密機 1 介紹 它被廣泛稱贊，精密制造的發(fā)展極大地改變我們的生活，提高人民生活水平方面。制造精度高，不僅提供常規(guī)產(chǎn)品的質(zhì)量和可靠性，但也使得可能的全新產(chǎn)品，尤其是在機電一體化，小型化和高性能是重要的。令人印象深刻的例子是數(shù)碼相機，手機，微創(chuàng)醫(yī)療器械作為生物技術(shù)或化學(xué)處理設(shè)備。高功能密度和減少尺寸和重量，使小型和微型產(chǎn)品更具競爭力。作為結(jié)果，小型和微型元件和產(chǎn)品的市場保持了高增長的潛力。 最近已經(jīng)出現(xiàn)了新的要求，在制造微型/微型產(chǎn)品，如三維復(fù)雜形狀或自由曲面的微觀結(jié)構(gòu)和組件的制造。據(jù)發(fā)現(xiàn)，這些微觀結(jié)構(gòu)具有一些特殊的功能，包括導(dǎo)光，抗反射和自我清潔等的微觀結(jié)構(gòu)將進一步提高性能，實時三維微型結(jié)構(gòu)和自由曲面的制造小型和微型。此外，真正的3D微型結(jié)構(gòu)和自由曲面的加工也帶動多種功能于一體，產(chǎn)品的集成。 目前，MEMS是微型元件的主要動力之一。硅是一種MEMS或微古典材料，但許多其他材料也同時出現(xiàn)了越來越多的應(yīng)用領(lǐng)域，這是成為微電子產(chǎn)品.例子有關(guān)，作為一個新興的MEMS應(yīng)用領(lǐng)域的生命科學(xué)需要玻璃，陶瓷金屬和塑料，而不是作為唯一的硅原料的微型元件。 雖然傳統(tǒng)的機械式超精密加工已被用于制造小型和微型組件/產(chǎn)品的一個重要手段，它仍然在制造微型/微型產(chǎn)品的可預(yù)測性，可生產(chǎn)性和生產(chǎn)力的大問題，特別是對于那些小型和微型元件/與復(fù)雜的表面形式/形狀的產(chǎn)品。超精密機床的設(shè)計和加工技術(shù)，將不得不進行更改，以便實現(xiàn)快速和經(jīng)濟的制造，并確保這些組件和各種工程材料產(chǎn)品的機器和技術(shù)方便更廣泛的受眾（包括中小型企業(yè)）精密工程。 在本文的重點將是超精密機床的設(shè)計，特別是小型和微型組件/產(chǎn)品的制造。設(shè)計準(zhǔn)則機及其關(guān)鍵要素，將和市售機開始嚴(yán)格審查。微捏造的應(yīng)用將說明和設(shè)計替補型超精密機及其應(yīng)用，將進一步探討。這些論文將結(jié)束了在學(xué)科領(lǐng)域的未來發(fā)展趨勢的討論。 2 超精密機床的設(shè)計 圖1說明了一個三軸超精密銑機（芬歐匯川），設(shè)計和建立在亞琛的IPT[3]。至于其他的超精密機床，它包括四大子系統(tǒng)。他們是機械結(jié)構(gòu)，主軸及驅(qū)動系統(tǒng)，控制器和系統(tǒng)，測量和檢驗系統(tǒng)。這些子系統(tǒng)是必不可少的，即使是在模具及加工技術(shù)也同樣重要的。 2.1．機械結(jié)構(gòu) 機械結(jié)構(gòu)包括固定和移動機構(gòu)。固定機構(gòu)包括機底座，立柱和主軸箱住房等，它們通常都帶有移動的物體，如工作表，幻燈片，紗錠和車廂。 結(jié)構(gòu)設(shè)計是至關(guān)重要的，因為一臺機器的結(jié)構(gòu)提供了機器的所有部件的機械支撐。當(dāng)考慮在機械設(shè)計作為一個系統(tǒng)的背景下，一些主要的設(shè)計問題，包括[4]： ?剛度和阻尼; ?結(jié)構(gòu)配置; ?結(jié)構(gòu)連接; ?結(jié)構(gòu)的動態(tài)性能（如熱穩(wěn)定性和響應(yīng)外部勢力）。 與移動軸和運行的穩(wěn)定性的正常運作方面的結(jié)構(gòu)設(shè)計將遵循以下原則： ?結(jié)構(gòu)性高環(huán)剛度：結(jié)構(gòu)循環(huán)包括主軸，軸承和住房，滑道和車架，驅(qū)動器，刀具和工夾具。所有的機械部件，并在傳播路徑中加入從驅(qū)動器中的反應(yīng)來看，如最終效應(yīng)（刀具）或重心，必須具有較高的剛度，根據(jù)負(fù)載變化[5]，以避免變形。 ?良好的阻尼性能，這可以通過選擇機床導(dǎo)軌材料高阻尼能力的材料或結(jié)構(gòu)的空腔填充鉛粘性和質(zhì)量阻尼或質(zhì)量阻尼混凝土桿和油。如剪力板和調(diào)諧質(zhì)量阻尼器的一些方法，也可以應(yīng)用到潮濕的結(jié)構(gòu)[4]。 ?對稱性和閉環(huán)結(jié)構(gòu)配置：“T”型配置普遍用于超精密車削和研磨機。近日，在英格蘭的不良貸款提出了一種新的四面體結(jié)構(gòu)已被應(yīng)用在超精密研磨機Tetraform的C。它采用閉環(huán)進行所有負(fù)載的內(nèi)部阻尼的空間框架。設(shè)計產(chǎn)生非常高的靜態(tài)剛度，加上出色的動態(tài)剛度[6]。 ?熱彈性結(jié)構(gòu)的循環(huán)：最大限度地減少空間熱梯度系統(tǒng)的影響，使系統(tǒng)迅速達到和保持一種穩(wěn)定的平衡。 ?最大限度地減少熱變形：通過使用控制技術(shù)的補救辦法，而不是結(jié)構(gòu)設(shè)計的角度來看，減少熱變形。該方法包括分離機和流程的熱源，迅速驅(qū)逐機內(nèi)產(chǎn)生的熱量，并保持使用的液體在一個恒定的溫度，使用零或低的熱膨脹材料熱去除。在LLNL開發(fā)LODTM采用一些巧妙的方法，消除熱相關(guān)的錯誤。例如，LODTM是封閉在一個容器內(nèi)的空氣溫度保持在20±0.010?C。測量幀從Superinva和殼中的水保持在20±0.001?C被分發(fā)覆蓋。為主軸軸承的外殼采用了冷卻水的導(dǎo)體，在溫度控制水發(fā)給刪除之前，它會導(dǎo)致過度變形，軸承產(chǎn)生任何熱量。由于采取了這些措施的結(jié)果，由于熱變形在24小時內(nèi)的最大漂移小于25納米[4]。 ?隔離：環(huán)境影響封閉加工環(huán)境是必不可少的隔離來自外部周邊機器的情況下的干擾，例如：從地板的震動，波動的室溫，熱轉(zhuǎn)移[7]從其他機器，浮塵等。 機床材料的選擇是在確定最終的整機性能的關(guān)鍵因素之一。很多標(biāo)準(zhǔn)，可以考慮，包括穩(wěn)定的時間，比剛度，同質(zhì)化，制造難易和成本等 [5]。 鑄鐵和花崗石是最廣泛用于機器的基礎(chǔ)材料和滑道，因為其良好的耐磨性，低的熱膨脹，低應(yīng)力引起的變形和高減振能力，盡管在過去幾年有越來越多的使用聚合物混凝土花崗巖的缺點是，它可以吸收潮濕，所以它在干燥的環(huán)境中使用。對于這個原因，許多建設(shè)者用環(huán)氧樹脂密封的花崗巖。為了獲得高阻尼能力和剛性，重量輕，聚合物混凝土的普及，特別是一些精密儀器 小規(guī)格機床。在某些應(yīng)用情況下，較低的熱膨脹系數(shù)和高維穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)材料已使用在那些超級因瓦，合成花崗巖，陶瓷和，ZERODUR[8]。 圖1..超精密銑床原理圖. 2.2.工作主軸 主軸是精密機床主軸運動誤差的關(guān)鍵因素，因為將有顯著的影響表面質(zhì)量和加工components.The最常用的精密機床主軸的精度空氣靜壓主軸和靜壓主軸。它們都具有高運動精度和高轉(zhuǎn)速speed.An空氣靜壓主軸低于油水壓的剛度主軸，但低于油靜壓主軸的熱變形。靜壓主軸廣泛用于中小負(fù)荷能力而靜壓主軸往往在大型重載精密機床在機床應(yīng)用。 近日，槽技術(shù)已被用于在空氣軸承的設(shè)計。溝槽的混合空氣軸承結(jié)合了空氣靜力和空氣動力學(xué)的設(shè)計原則，以優(yōu)化超高速性能。靜壓電梯喂養(yǎng)加壓空氣軸承在傳統(tǒng)的軸承設(shè)計[9]通過孔板節(jié)流產(chǎn)生的。氣動升力控制的額外螺旋溝槽到軸的加工，或軸頸表面。在軸承凹槽的好處包括顯著改變軸承內(nèi)的壓力分布和提高承載能力和剛度。槽也改變軸承的空氣速度梯度影響的旋轉(zhuǎn)不穩(wěn)定的基本機制，通常會提高門檻燕麥從不穩(wěn)定發(fā)生[9]。 圖2顯示了空氣軸承主軸的IPT弗勞恩霍夫，飛利浦，蔡司和克蘭菲爾德大學(xué)精密芬歐匯川[10]。結(jié)合外部加壓型軸承，最高轉(zhuǎn)速100,000 rpm和30 N / m的徑向剛度與總運動誤差小于100 nm[10]在徑向方向取得的螺旋槽技術(shù)。 空氣軸承導(dǎo)軌，空氣/磁軸承滑道，油靜壓軸承滑道和空氣軸承轉(zhuǎn)臺被廣泛使用，因為他們在國家的最先進的超精密機床是高的議案的精確性。靜壓軸承的能力，通常用在因為他們的高負(fù)荷能力的大型機床，雖然額外的抽水系統(tǒng)，環(huán)境和散熱問題需要考慮。 圖2.芬歐匯川混合空氣軸承銑削主軸. 2.3.驅(qū)動器 分為機床主軸和進給驅(qū)動的運行機制。主軸驅(qū)動器提供足夠的角速度，扭矩和功率磁性或空氣軸承主軸住房持有一個旋轉(zhuǎn)的主軸。電動交流電動機和直流無刷電機的高速主軸始終建成主軸，以減少由主軸電機聯(lián)軸器產(chǎn)生的慣性和摩擦?？諝鉁u輪主軸也適用于超精密機床。 壓電致動器是一種短行程執(zhí)行機構(gòu)。這是非常有前途的應(yīng)用在轉(zhuǎn)盤驅(qū)動和導(dǎo)軌的驅(qū)動器，因為其高的議案精度和廣泛的響應(yīng)帶寬。目前，壓電陶瓷驅(qū)動器已應(yīng)用于設(shè)計的優(yōu)良工具定位為了獲得高精度的議案刀具。結(jié)合機械柔性鉸鏈的壓電致動器經(jīng)常被用于定位控制的鉆石刀具。最近，快工具伺服（FTS）系統(tǒng)已經(jīng)推出，如激光反射鏡的結(jié)構(gòu)和非旋轉(zhuǎn)對稱表面金剛石車削部件和產(chǎn)品，眼科鏡片和鏡片模具等[11]。 直線電機直接驅(qū)動和摩擦驅(qū)動??兩種超精密機床工具.Friction驅(qū)動器上使用的長沖程驅(qū)動器是非?？深A(yù)測和可重復(fù)性，由于規(guī)定水平的預(yù)緊力，在靜定輪 接觸，從而在光滑的表面加工光學(xué)優(yōu)越。摩擦驅(qū)動器之一，是很好的應(yīng)用與摩擦輪驅(qū)動為X軸，形狀精度小于0.2 m/100mm作為實現(xiàn)對芬歐匯川[11]。直線電機驅(qū)動器可提供系統(tǒng)設(shè)計者一個優(yōu)雅的替代它們產(chǎn)生的直接直線運動，因此消除了轉(zhuǎn)換機制，如需要作為導(dǎo)致剛度，加速度，速度，平滑議案，準(zhǔn)確性和可重復(fù)性方面可能更好的性能，螺絲，皮帶傳動和齒條和小齒輪，等[28]。 2.4.控制 控制子系統(tǒng)包括電機，放大器，開關(guān)和激發(fā)在一個受控的順序和時間的電氣部件所使用的控制器。高速，多軸CNC控制器是必不可少的有效控制，不僅在輪廓的高精度位置環(huán)同步伺服驅(qū)動器，但也熱和幾何誤差補償，優(yōu)化工具設(shè)置和形狀方程（避免冗長的后處理直接進入）[8]。應(yīng)用反饋控制的決議控制在納米甚至亞納米尺度可以得到的。利用先進的基于PC的控制系統(tǒng)將在未來的發(fā)展趨勢是低成本的超精密機床。 2.5.計量和檢測系統(tǒng) 計量和檢測系統(tǒng)是超精密加工的基礎(chǔ)上，在工業(yè)上得到廣泛應(yīng)用。另一方面，更高層次的計量和檢測精度保證，也是對未來工程行業(yè)要求的精度更高的驅(qū)動超精密加工?？焖?，準(zhǔn)確的定位刀具對工件表面和監(jiān)測工具條件由操作者的視覺，應(yīng)納入檢查制度，尤其是上線運行的目的。 激光計量納入機床被廣泛用于飼料和位置控制在該決議納米或亞納米級水平。電容計，線性可變差動傳感器（LVDT）和photoeletronic傳感器通常是在小的工作距離的納米位移檢測[8]。 在這里，它采用激光的干涉測量系統(tǒng)如圖 3，作為一個案例研究。刀尖必須精確圖3建設(shè)LODTM表面滑動位移測量裝置：（1）上光學(xué)框3干涉儀在真空系統(tǒng);（2）探測器（三），（3）分光鏡（4）擺動鏡（5）波紋管，真空系統(tǒng)內(nèi)的6個地點;干涉蓋（6）（4）和探測器（4）內(nèi);（7）梁蓋（8）光學(xué)臺（9）Z軸直尺（10）X軸直尺;（11激光光學(xué)單元）晚餐（12）SP125氦/氖激光（13）氦/氖激光與穩(wěn)定碘（14）中的X和Z方向的反饋平衡。為了滿足阿貝原理圖，激光干涉儀。 3用于刀具位置控制。為X方向，一雙的直尺，一個工具欄的每一側(cè)，作為運動學(xué)引用。要測量的位置在X方向，兩束是針對每個直尺（即共四梁）。工具欄使用上下激光俯仰角誤差被糾正梁，而平均測量值來自雙方是用來消除軸對稱造成的錯誤框架[12]擴展。 在Z方向的測量工具的高度，1針對激光束對一雙的直尺平行運動平衡和鏡表（盡可能靠近底部的工具欄盡可能的刀尖）第三，在Z方向的激光束測量工具的位置。早期的激光束對在Z方向是用來消除錯誤的工具欄X軸旋轉(zhuǎn)[12]。 除了納入阿貝的原則，這種激光干涉儀具有精度高的另一個特殊的設(shè)計測量，即激光束管道包含一個真空[12]。 圖3.建設(shè)LODTM表面滑動位移測量裝置： （1）上光學(xué)框3干涉儀在真空系統(tǒng);（2）探測器（三），（3）分光鏡（4）擺動鏡（5）波紋管，真空系統(tǒng)內(nèi)的6個地點;干涉蓋（6）（4）和探測器（4）內(nèi);（7）梁蓋（8）光學(xué)臺（9）Z軸直尺（10）X軸直尺;（11激光光學(xué)單元）晚餐（12）SP125氦/氖激光（13）氦/氖激光與穩(wěn)定碘（14）反饋探測器。 2.6.超精密機床的主要特點 超精密機床的主要特征被列為： ?高環(huán)剛度，固有頻率高和良好的阻尼特性的工具機結(jié)構(gòu); ?高的熱穩(wěn)定性和機械穩(wěn)定性; ?低震動; ?軸;運動精度高； ?控制精度高。 2.7.超精密機床的設(shè)計過程 正如圖所示4超精密機床的設(shè)計要求五個基本步驟：任務(wù)的定義，概念設(shè)計，布局設(shè)計，詳細設(shè)計和設(shè)計后續(xù)[4]，但完整的設(shè)計過程中，總是反復(fù)的，并行的，非線性的，多學(xué)科和不限成員名額，任何創(chuàng)新和理性思考和任務(wù)定義提高的目的是，以確定本機的功能和規(guī)格。超精密機床的功能要求可能解決幾何學(xué)，運動學(xué)，動力學(xué)，電力需求的考慮，材料，傳感器和控制，安全，經(jīng)濟生產(chǎn)，裝配，質(zhì)量控制，運??輸，維護，成本和日程等，在這個階段，它需要進行評估的國家的最先進的技術(shù)，使設(shè)計更加競爭力和成本是合理的。幾個規(guī)格迭代后，將確定最終規(guī)格。以下的概念設(shè)計，機械設(shè)計的創(chuàng)新是非常重要的。腦力激蕩是最通常被認(rèn)為產(chǎn)生概念設(shè)計的方法[4]。在這個階段這是由運動學(xué)分析，熱機械分析，可以提出幾個設(shè)計方案靜態(tài)分析，動態(tài)分析和控制系統(tǒng)的分析。分析的結(jié)果，連同錯誤的預(yù)算和成本估算，將被用于檢查一致性機器的規(guī)格，并最終選擇最佳的設(shè)計方案。一旦完成概念設(shè)計的設(shè)計方案可以制定詳細的設(shè)計。在詳細設(shè)計階段，它將完成機械系統(tǒng)設(shè)計，控制器，傳感器和電子系統(tǒng)，電氣，液壓和氣動支持系統(tǒng)的設(shè)計。詳細設(shè)計完成后，仍有許多工作需要做為了使設(shè)計的成功，包括開發(fā)測試和用戶的支持方案，更新設(shè)計和文件等。 [4]。的應(yīng)用需求和應(yīng)用于模具和加工技術(shù)的不斷投入到設(shè)計過程中。 3. 目前的超精密機床 本節(jié)將簡要介紹幾個商業(yè)提供典型的超精密機床，光展示最先進的超精密機床的狀態(tài)在同行業(yè)中應(yīng)用的工具。 3.1.金剛石車床 單點金剛石車削一直穩(wěn)定性好且使廣泛的非鐵金屬，晶體和聚合物制造技術(shù)。 nanotch350轉(zhuǎn)換發(fā)光（摩爾納米技術(shù)系統(tǒng)有限公司）和NANOFORM“350（Precistech有限公司）是兩種廣泛使用的金剛石車削機350毫米擺幅能力。在這里，作為一個例子NANOFORM 350轉(zhuǎn)換發(fā)光解釋其特點.這種兩軸超精密車床的特點是“T”型軸配置。正如圖所示。 5 x滑動沿X方向移動，主軸箱，而金剛石刀具沿Z方向移動，由Z幻燈片[13]，是建立在機器底座和垂直兩個幻燈片給對方。他們也都在同一高度，從而提高運動精度。 350納米轉(zhuǎn)換發(fā)光采用高剛度靜壓導(dǎo)軌，國家的最先進的線性與正弦驅(qū)動放大器和6000轉(zhuǎn)速重型槽補償與長期熱穩(wěn)定性的液體冷卻空氣軸承的工作主軸電機[14]。 隨著納米技術(shù)在電光學(xué)350UPL組件，航空航天，消費電子和計算機產(chǎn)業(yè)可以被加工表面光潔度好（在幾個納米）和形狀精度高（幾十納米）。上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米350可選磨光學(xué)元件和微粉磨直接系統(tǒng)在非金剛石切削材料磨鏡片模具金屬和陶瓷等。 3.2.金剛石研磨機 金剛石砂輪允許獲得更多的材料，比金剛石車削。它是有能力制造了一系列包括光學(xué)玻璃，晶體，有色金屬材料，聚合物和陶瓷。納米500FG（摩爾納米技術(shù)系統(tǒng)有限公司）是一個典型的多軸金剛石砂輪機。它是能夠產(chǎn)生任意形光表面（包括非球面和非軸對稱）在250毫米脳250毫米脳300毫米加工形狀信封。正如圖6所示，納米技術(shù)500FG有三個線性軸。他們是獨立安裝的X和Z軸用淭配置和Y軸安裝的組成部分Z軸，以消除鈥渟上漲鈥軸?；绖偠葹?50牛頓/米。工作主軸的運動精度是低于50納米。回轉(zhuǎn)工作臺（B軸）被用來進行磨削主軸。當(dāng)更換磨削主軸用金剛石工具，機器也能轉(zhuǎn)動操作[15]。 納米500FG能夠生成組件非軸對稱和軸對稱的幾何圖形，如球面，非球面，圓柱形光學(xué)，錐形幾何;鏡頭和模內(nèi)鑲件，F(xiàn)-θ鏡片，非球面鏡片和鏡衍射元素;多邊形和棱鏡[15]。 為了追求更多的剛性結(jié)構(gòu)，超精密磨床鈥擯icoAce機新型錐體空間框架結(jié)構(gòu)的載入點有限公司委托最近。 PicoAce移平磨適合或凸工作臺面最大脴305毫米直徑的或暴跌的平面磨削最大直徑脴200毫米。一般安排PicoAce如圖7 [16]，主要機元素：杯形砂輪磨削主軸，旋轉(zhuǎn)工作臺上，X和Z軸導(dǎo)軌安裝在一個閉環(huán)結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)需要金字塔形幀的形式固定了堅實的矩形基地。杯砂輪主軸有一個垂直的軸和安排在圓柱?滑道滑動定位在基地集中。砂輪主軸的下方直接是轉(zhuǎn)臺安裝在X 軸的旁邊。有了這本小說結(jié)構(gòu)的靜態(tài)PicoAce環(huán)剛度為100牛頓/米垂直方向。取得高1 NMIS議案的決議在Z軸。它可以產(chǎn)生光學(xué)品質(zhì)表面光潔度硬而脆的一系列地下?lián)p害低水平材料[16]。 為了追求更多的剛性結(jié)構(gòu)，超精密磨床擯icoAce小說錐體空間框架結(jié)構(gòu)的機器被載入點委托Ltd.recently。PicoAce是適合移動平或凸的工作表面磨削脴305毫米直徑或暴跌的平面磨削的最大的脴200毫米，最大直徑。一般安排PicoAce如圖.7[16]，主要機元素：杯形砂輪磨削主軸，旋轉(zhuǎn)工作臺上，X和?滑道安裝在一個閉環(huán)結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)需要一個金字塔形狀的形式固定了堅實的長方形基地的框架。杯砂輪主軸有一個垂直的軸，并安排到集中在基礎(chǔ)定位在一個圓柱形?滑道上下滑動。砂輪主軸的下方直接是轉(zhuǎn)臺安裝在X slidway。隨著這種新型結(jié)構(gòu)的靜態(tài)PicoAce環(huán)剛度是在垂直方向的100牛頓/米。 Z軸達到1 NMIS高的議案的決議。它可以產(chǎn)生一系列硬而脆的材料[16]地下?lián)p害低水平光學(xué)質(zhì)量的表面光潔度。 圖5. 350納米轉(zhuǎn)換發(fā)光. 3.3.微型銑床 庫格勒MICROMASTER的MM?是一種高精度數(shù)控五軸銑床。據(jù)在亞琛andKugler有限公司開發(fā)，以滿足特殊的要求和微加工和機械微小結(jié)構(gòu)的要求弗勞恩霍夫的IPT。其配置如圖8.MICROMASTER MM是配備靜壓直線導(dǎo)軌的剛度和阻尼特性的改善。兩個幻燈片（X和Y）是由直線電機驅(qū)動，以避免進給驅(qū)動系統(tǒng)和運動部件之間的機械耦合，高分辨率的線性表納入這些軸。兩個附加旋轉(zhuǎn)軸（B和C軸），使一個真正的五軸銑削機器上進行的[3]。 圖6.納500FG米技術(shù). 圖7.PicoAce研磨機. 本機的基礎(chǔ)上細粒花崗巖，確保最高的長期穩(wěn)定。氣動振動絕緣系統(tǒng)是用來有效地抑制頻率振蕩>5 Hz的范圍內(nèi)。根據(jù)選擇加工主軸和工具，各種有色金屬，硬脆材料可以加工精度高。任意可編程數(shù)控控制過程序列和加工路徑，也使制造幾乎微觀結(jié)構(gòu)和自由曲面光學(xué)質(zhì)量[17]。 FANUC Robonano 0iA另一家知名的5個軸的銑床。機器配置如圖 9[18].回轉(zhuǎn)工作表（Baxis）進行在X軸?；脽羝谴怪边\動，這招20毫米。 ?幻燈片可以切割系統(tǒng)在正常X-Y平面方向移動銑床。 羅伯安機的特點在平移和旋轉(zhuǎn)軸采用氣體靜壓軸承無摩擦伺服機制?？諝忪o壓導(dǎo)軌連接通過空氣靜壓絲杠的浮動螺母滑機制。一納米定位和流暢的飼料，實現(xiàn)了由64萬脈沖編碼器和空氣靜壓軸承交流伺服電機。另一個的羅伯安機的特點是高速空氣渦輪主軸和高精度夾持機制。在羅伯安鉆石銑刀機高速空氣渦輪主軸，由空氣驅(qū)動，設(shè)置在B或C軸表。渦輪葉片和主軸的徑向兩端一邊是從氣體靜壓設(shè)備支持是建立在細微控制尖端的位置，主軸及支架之間。由于渦輪機驅(qū)動器只能在一個狹窄的范圍內(nèi)發(fā)展的有用功率該機采用三錠涵蓋廣泛的速度范圍內(nèi)（20,000-100,000轉(zhuǎn)）。羅伯安機已應(yīng)用于三維精密機械加工和光學(xué)模具制造（模具光柵和非球面鏡片）[18]。 圖8.MICROMASTER MM五軸銑床. 圖9.robonano0iA和其運動軸布局. 圖10.microproducts應(yīng)用市場 3.4.超精密機床的主要規(guī)格工具 超精密機床的主要規(guī)格上文所述的工具列于表1。數(shù)據(jù)表1中列出的信息提供了一個良好的比較設(shè)計，規(guī)格，應(yīng)用及特點市售超精密機工具。 4.微型和小型產(chǎn)品中的應(yīng)用 圖10說明了有前途的應(yīng)用領(lǐng)域微型和小型產(chǎn)品和微[19]。它還預(yù)計，微型產(chǎn)品將有越來越多的應(yīng)用周圍世界之窗。這是非常有趣地看到，IT外設(shè)仍然是微型產(chǎn)品的最大市場。在2005年，微型產(chǎn)品的總營業(yè)額預(yù)計達到美國$ 38億美元，這是總營業(yè)額的2倍在2000年。可應(yīng)用于超精密加工散裝硅加工??，計算機鋁基板內(nèi)存磁盤等，在其他地區(qū)，如生物醫(yī)學(xué)，汽車，家庭和電信總微產(chǎn)品的失誤仍然穩(wěn)步增長。超精密加工也是非常有前途的生產(chǎn)傳感器，加速度傳感器，執(zhí)行器，微反射鏡，纖維光學(xué)連接器和微顯示器。雖然到2006年，預(yù)計將失去其主導(dǎo)地位，由于新基于MEMS技術(shù)的應(yīng)用，如生物技術(shù)行業(yè)和通信（光纖和射頻開關(guān)，例如，將成為一個主要的增長區(qū)域）[20]。 “微型產(chǎn)品通常是一些集成產(chǎn)品子，機械部件和光學(xué)部件，而在小型或微型的尺寸。事實上，只有少數(shù)微型產(chǎn)品完全依賴電子產(chǎn)品。機械具有重大意義的微型光學(xué)零件產(chǎn)品。圖11明顯的失誤，機械和光學(xué)部件在總占主導(dǎo)地位微型產(chǎn)品的營業(yè)額。它提供了信心，超精密技術(shù)市場的身影，甚至采取考慮到科技產(chǎn)品的不可預(yù)見的未來的應(yīng)用，會很高。因此，納米/微米加工趨勢將是微機械和光學(xué)制造復(fù)雜的幾何特征的組成部分（自由格式和微觀）和其復(fù)制模具。 主要的小型和微型產(chǎn)品將是MEMS，機械元件，光學(xué)器件，微型模具和模具和其他3D微設(shè)備等。 MEMS仍是一個微型產(chǎn)品的主要推動力。微加工提供一個符合成本效益的解決方案為低批量生產(chǎn)或MEMS的原型，因為沒有昂貴口罩是需要的。它也可以用來制作三維復(fù)雜MEMS的大規(guī)模生產(chǎn)的口罩。圖12說明硅片結(jié)構(gòu)。將導(dǎo)致的微觀結(jié)構(gòu)通過增加表面活性，在太陽能電池的效率，增加多次反射光（光陷阱）[10]。 圖11 microproducts學(xué)科的應(yīng)用市場 圖12.硅片結(jié)構(gòu) 圖13.地面球形端面光纖連接器 超精密加工，可以有效地制造微機械部件，如微型傳感器（壓力，流量和天然氣），微致動器，微電機，微泵，微閥，編碼器的磁盤和光纖鏡組機械部件，等等。圖.13顯示了一個球形端面對光纖連接器，這是地面用樹脂結(jié)合劑金石磨輪[21]。平均表面粗糙度Ra為6.9 nm，而在光纖連接器上的面積地面套圈表面粗糙度（氧化鋯）30納米。 使用單點金剛石車削金剛石砂輪許多微光學(xué)元件，可以加工高形狀精度和表面光潔度好。這些光學(xué)組件包括微光學(xué)元件，如相機鏡頭，CCD鏡頭;自由形式的光學(xué)如眼科鏡頭，掃描儀鏡，棱鏡反射器用于路牌，警告標(biāo)志和服裝，手機，TFT面板顯示器，等圖 14顯示了表面結(jié)構(gòu)的一面鏡子，通過快速轉(zhuǎn)身刀具超精密車床的伺服[11]。表面的鏡組成的旋轉(zhuǎn)對稱的一部分其中1非旋轉(zhuǎn)對稱的90面表面的疊加。鏡子是用來作為一個集成光學(xué)加強在高功率激光器的光束質(zhì)量[11]。 單點金剛石的不可缺少的優(yōu)勢車削，微銑削和納米研磨適用于大規(guī)模生產(chǎn)的光學(xué)和三維復(fù)雜形狀/形式的微模具，模具，壓花模具制造機械零件。事實上，這應(yīng)該是微焦點加工。據(jù)預(yù)計，將微加工集中用于中壓模具制造注塑模具。圖15顯示了注射成型招商引資的工具加工微型銑削[22]。 “模具材料淬硬鋼（54 HRC），其位置在工件公差的形式是鹵5米，表面完成鐳>0.25中號。最小的銑刀直徑是0.2毫米?？偟募庸r間是50分鐘[22]。 圖14.快速轉(zhuǎn)動工具：多方面的積 圖15.注塑模具制表. 分鏡激光束整形. 5.制造小型和微型產(chǎn)品的發(fā)展趨勢 加工精度高，表面質(zhì)量產(chǎn)生取決于機床的精度，模具，工件材料這同樣適用于操作因素小型和微型元件和產(chǎn)品的制造。 5.1.超精密機床的發(fā)展趨勢 在超精密加工的發(fā)展趨勢將被削減加工的成本，同時保持較高的精度。然而， 迄今為止最微加工使用常規(guī)進行尺寸超精密機床。這當(dāng)然會增加的投資和運行費用，這使制造業(yè)中小企業(yè)很難獲得高附加值技術(shù)/業(yè)務(wù)。特別是在發(fā)展超精密工作臺型機床及相關(guān)的納米微細加工技術(shù)可能會導(dǎo)致更廣泛地應(yīng)用超精密在制造加工技術(shù)及其應(yīng)用小型及微組件產(chǎn)品。 型臺式機的好處可能包括： ?機生產(chǎn)成本低; ?狹小的空間和能源效率; ?緩解局部環(huán)境控制（溫度和振動等）和友好，因而運營成本低; ?實惠的制造技術(shù) 圖16.一個替補型微型銑床的設(shè)計布局. 圖16說明了一個臺式的微細機，目前正在由作者開發(fā)的歐盟MASMICROproject支持的設(shè)計布局[30]本機旨在制造小型和微型元件在各種工程材料，如： （1） MEMS（硅） ?復(fù)雜的微觀結(jié)構(gòu)和 ?微溝槽。 （2） 光學(xué)元件（玻璃，聚合物，鋁） ?復(fù)雜形狀或自由曲面光學(xué)（透鏡，反射鏡， 棱鏡）和 ?鏡頭百葉窗，顯示器，光指導(dǎo)微觀。 （3） 醫(yī)療元件（聚合物，玻璃） ?隱形眼鏡 ?牙科。 （4） 機械部件（鋁，鋼） ?微型傳感器（壓力，流量，氣） ?光纖的機械部件（過濾器，波片）。 （5） 模具（高強度鋁，銅合金，鋼） ?模具光學(xué)鏡頭和光纖元件 ?反射箔模具。 圖17.一些小型和微型元件 圖17顯示了一些上面列出的小型和微型元件。 5.2.模具 金剛石刀具超精密加工中被普遍用于高導(dǎo)熱，高硬度和耐磨性和高彈性和剪切模量，減少加工過程中刀具變形切割鉆石晶體結(jié)構(gòu)，可以產(chǎn)生非常鋒利的切削刃?，F(xiàn)在在幾十尖端納米可以實現(xiàn)的。此外，用于車削的專用工具，可能需要一些復(fù)雜的表面。一個例子是半半徑鉆石刀具大型加工步驟衍射鏡子。邊緣銳度是加工表面質(zhì)量的關(guān)鍵。 鉆石微銑削可用于加工的微觀結(jié)構(gòu)。在弗勞恩霍夫的IPT金剛石立銑刀的直徑300米已被用于制造微溝槽。一個可調(diào)的鉆石球頭立銑刀用于制造曲面幾何光學(xué)表面質(zhì)量[3]。 如果一個光學(xué)表面質(zhì)量不是必需的，其他類型的工具可以使用。正如圖18所示.微銑刀直徑0.2-1.5MM碳化鎢直徑。很多工作也已進行開發(fā)的CVD涂層更好的耐磨性和改善熱性能等[24]。 圖18.微銑削工具 圖19.CVD涂層磨料鉛筆 納米磨削用金屬結(jié)合劑或樹脂結(jié)合劑金剛石砂輪，CBN砂輪，已被廣泛應(yīng)用于制造的玻璃或陶瓷光學(xué)。眼鏡的納米金剛石研磨的理論和實驗研究表明，平均晶粒尺寸的車輪是最重要的因素，影響加工表面粗糙度。如果小于10米，平均晶粒尺寸的車輪磨韌性模式的光學(xué)眼鏡可以獲取和很好的控制過程中的裂紋將被刪除[25]。最近，一些工作已經(jīng)進行單一或多層，微磨料工具的使用CVD涂層。圖19顯示了一個非常小的鞏固與化學(xué)氣相沉積層[26]硬質(zhì)合金柄涂層磨料鉛筆制造。這些微磨料工具的主要優(yōu)點是靈活的形狀和大約2“M [3]小鉆石晶粒尺寸。因此韌性研磨模式可以實現(xiàn)。使用這些工具的不同硬而脆的材料，如硅，氧化鋁，陶瓷和玻璃已成功實現(xiàn)[3]高表面質(zhì)量的接地。 在微加工的最小特征尺寸是有限的工具的大小。有了這樣一個商場工具的機械穩(wěn)定性微型工具本身將成為維持的關(guān)鍵產(chǎn)品的精度。因此，在研究趨勢微型工具似乎是： ?為最大限度地減少微模具制造方法; ?微型模具的幾何和涂層性能的優(yōu)化，以提高刀具壽命和精度的過程; ?刀柄平衡以及微型工具設(shè)置設(shè)備; ?微加工特性（特別是可加工）; ?工具，在這個過程中的狀態(tài)監(jiān)測。 5.3.工件材料 工件材料的性能將在微細加工中發(fā)揮的重要作用。在工件材料研究的趨勢將是： ?尺寸效應(yīng)和微加工過程中的微觀結(jié)構(gòu)的影響。 ?各種工程材料和新型復(fù)合材料，如玻璃，陶瓷，金屬，塑料，聚合物和碳纖維復(fù)合材料，可加工性。 ?工作舉行，即剛性夾緊工件的內(nèi)最低的失真和難以處理的小型和微型，小型部件[8]。 5.4.加工工藝 微加工力學(xué)，熱學(xué)和化學(xué)的加工接觸區(qū)的負(fù)荷影響。它需要建立一個較完整的理解生成的表面加工工藝和質(zhì)量上的負(fù)荷。此外，微加工工藝，已成為經(jīng)濟合理和大規(guī)模生產(chǎn)的方法進行調(diào)查。 在加工過程中的研究趨勢，但不限于： 多尺度建模方法（有限元分析與分子動力學(xué)模擬相結(jié)合）為更好地理解的過程和表面生成[27,29]。 ?優(yōu)化加工過程和它的變量。 ?控制在加工工藝方面的產(chǎn)能，效率和可預(yù)見性。 6.結(jié)束語 小型和微型產(chǎn)品的市場，尤其是對那些與微觀結(jié)構(gòu)和自由曲面，小型和微型產(chǎn)品市場保持較高的增長潛力。可以利用傳統(tǒng)的機械式超精密加工，在一個更可控的方式制作復(fù)雜形狀的小型和微型元件和產(chǎn)品。超精密加工中不可缺少的優(yōu)點是它適用于制造三維復(fù)雜組件/設(shè)備，包括微型模具，模具，壓印模具的光學(xué)和機械部件的批量生產(chǎn)。它還提供了一個更具成本效益的解決方案，小批量生產(chǎn)或MEMS的原型。加工精度取決于機床的精度，刀具，工件材料和操作因素。超精密機床的性能取決于精度的關(guān)鍵要素，包括工作主軸和運動軸。替補型超精密機將是未來的發(fā)展趨勢之一，因為它們可能使小型和微型產(chǎn)品經(jīng)濟和超精密加工制造業(yè)中小企業(yè)更廣泛的觀眾可以負(fù)擔(dān)的技術(shù)。努力也將需要進行微模具制造方法，處理過程中的微型工具和組件，工具和組件，控股和夾具，刀具狀態(tài)監(jiān)測。為了更好地理解的MICO加工過程中還需要可加工各種工程材料和多尺度建模方法的研究。 致謝 筆者想感謝的合作伙伴，在歐盟第六框架的IP MASMICRO財團/項目（合同編號：NMP2-CT-2004-500095-2）和有效的討論，特別是在其RTD的5個小組的合作伙伴及其商討，這對本文的形成非常有幫助。