（机械制造及其自动化专业论文）多功能微机床微细车、铣模块设计及实验研究.pdf

摘要 摘要 近年来，随着各个领域对微小零件、微小型加工工具、表面微细结构加工需求的 日益迫切，国内外对各种微细加工工艺的研究也日益深入。由于每种微细加工方法都 有各自的优点，但同时都存在一定局限性，因此，设计一种集各种微细加工功能模块 于一身的多功能微细加工机床对微细加工的研究十分有利。本论文主要负责一个多功 能微细加工机床中微细车削、铣削模块部分的设计及实验研究。 微细车削、铣削加工是从传统切削技术衍生出来的微细切削加工方法，为了研究 微细车削、铣湖j 3 j n 工时各种加工参数对微细加工效率、成型质量的影响，寻求最优的 加工参数，并进一步验证传统方法在微细加工领域的可行性，设计了此微细加工模块。 设计时根据欲加工工件的形状、尺寸、材料等的要求，同时考虑主轴在加工时刚 度要求，对微细车削、铣削模块的主轴进行了选型；由于微细加工与传统大型车、铣 床加工存在很大的区别，工件受力极易变形，微切削刀具在加工时极易崩刃及磨损， 因此微细加工刀具的选用也非常关键。 进给系统的设计采用了当前微进给系统较为常用的一种模式，即“宏微复合 进 给系统，该系统很好的解决了微加工所需微小切削量与对刀时所需的较大行程之间的 矛盾。 由于微细加工所需的环境条件十分苛刻，如外界震动、环境温度、噪声等因素均 构成了微切削加工的不利因素，本文通过采取各种措施，尽量减少其对加工的干扰。 利用本文所所研制的微细加工模块进行了微细铣削实验和微细车削实验。分析了 铣削时主轴转速、迸给速度、切削深度等参数对表面粗糙度的影响规律，并对所加工 的工件产生的毛刺进行了研究。微细车削实验采用了4 m m 直径的黄铜棒材料进行了微 细轴车肖, j j j n 工，探讨了车削的最佳工艺和切削用量，并利用最佳切削条件加工出了4 0 0 um 的微细轴。 关键词：微机床；微车削；微铣削；微细轴；微结构 广东工业大学硕士学位论文 a b s t r ac t i nr e c e n ty e a r s ，w i t hv a r i o u sf i e l d so fs m a l lp a r t s ，m i c r om a c h i n i n gt o o l s ，s u r f a c em i c r o s t r u c t u r eo ft h ep r o c e s s i n gn e e d si n c r e a s i n g l yu r g e n t ，v a r i e t yo fm i c r o - p r o c e s s i n gt e c h n o l o g y a r ea l s oi n c r e a s i n g l yi n d e p t hr e s e a r c ha th o m ea n da b r o a d b e c a u s ee a c hm i c r o - m a c h i n i n g m e t h o dh a si t so w na d v a n t a g e s ，b u tt h e r ea r ec e r t a i nl i m i t a t i o n s t od e s i g nas e to fv a r i o u s m i c r o - m a c h i n i n g f u n c t i o n a lm o d u l e si nm u l t i f u n c t i o n a lm i c r o - m a c h i n e t o o l sf o r m i c r o - m a c h i n i n gr e s e a r c hi sv e r yi m p o r t a n t t h i sp a p e ri sm a i n l yr e s p o n s i b l ef o rt h ed e s i g n a n de x p e r i m e n t a ls t u d yo fm i c r ot u r n i n g ，m i c r om i l l i n gm o d u l eo fam u l t i f u n c t i o n a l m i c r o m a c h i n et o o l s m i c r ot u r n i n g ，m i l l i n gi sd e r i v e df r o mt h et r a d i t i o n a lc u t t i n gt e c h n o l o g i e s i no r d e rt o s t u d yt h ei n f l u e n c eo fp r o c e s s i n gp a r a m e t e r so nm i c r om a c h i n i n ge f f i c i e n c y , f o r m i n gq u a l i t y , s e e kt h eo p t i m a lp r o c e s s i n gp a r a m e t e r s ，a n df u r t h e rv a l i d a t i o nt h ef e a s i b i l i t yo ft h e t r a d i t i o n a lm e t h o di nm i c r om a c h i n i n gf i e l d ，w ed e s i g n e dt h em i c r om a c h i n i n gm o d u l e s w em a i n l yb a s e do nt h ed e s i r eo ft h e s h a p eo ft h ew o r k p i e c e ，s i z e ，m a t e r i a l s r e q u i r e m e n t s ，t a k i n gi n t oa c c o u n tt h es p i n d l es t i f f n e s sr e q u i r e m e n t si nt h ep r o c e s s i n g ， s p i n d l et y p ea r es e l e c t e df o rt h em i c r ot u r n i n ga n dm i c r om i l l i n gm o d u l e t h e r ei sab i g d if f e r e n c ed u et ot h em i c r o m a c h i n i n ga n dt r a d i t i o n a lt u m i n go rm i l l i n gm a c h i n e ，w o r k p i e c e w i l le a s i l yd e f o r m e dw h e nf o r c e d m i c r o c u t t i n gt o o lc h i p p i n ga n dw e a re a s i l yi nt h e p r o c e s s i n g ，s ot h es e l e c t i o no fm i c r o - m a c h i n i n gt o o li sa l s ov e r yc r i t i c a l f e e ds y s t e mw a sd e s i g n e dw i t hap o p u l a rm o d e ，w h i c hn a m e d ”m a c r oa n dm i c r o c o m p o s i t e ”t h es y s t e mg i v eag o o ds o l u t i o nt ot h ec o n t r a d i c t i o nb e t w e e nt h el a r g e r i t i n e r a r i e sr e q u i r e ds e t t i n gt h et o o la n dt i n yc u t t i n gr e q u i r e di nm i c r o - m a c h i n i n g a tt h es a m et i m e ，h a r s he n v i r o n m e n t a lc o n d i t i o n sr e q u i r e df o rm i c r o - m a c h i n i n g ，s u c ha s e x t e r n a lv i b r a t i o n ，a m b i e n tt e m p e r a t u r e ，n o i s ea n do t h e rf a c t o r s ，c o n s t i t u t e sad i s a d v a n t a g e o ft h em i c r o - m a c h i n i n g ，t h i sp a p e rh a st a k e nv a r i o u sm e a s u r e st om i n i m i z et h ei n t e r f e r e n c e o f p r o c e s s i n g u s i n gt h ed e v e l o p e dm i c r op r o c e s s i n gm o d u l ef o ram i c r om i l l i n ga n dm i c r ot u r n i n g e x p e r i m e n t a n a l y s i so ft h em i l l i n gs p i n d l es p e e d ，f e e dr a t e ，c u t t i n gd e p t h a n do t h e r p a r a m e t e r so ns u r f a c er o u g h n e s so f t h el a w , a n dt h ep r o c e s s i n go ft h ew o r k p i e c et op r o d u c e b u r r si ss t u d i e d w eu s e d4 m md i a m e t e rb r a s sr o dm a t e r i a lm i c r os h a f tt u r n i n gp r o c e s s i n gi n m i c r ot u r n i n ge x p e r i m e n t s ，d i s c u s s e st h eo p t i m a lp r o c e s sa n dc u t t i n gp a r a m e t e r si nt u r n i n g ， a n du s i n gt h eo p t i m u mc u t t i n gc o n d i t i o n sa n dp r o c e s s i n go fa 4 0 0p mm i c r o - f i n es h a f t k e y w o r d s ：m i c r om a c h i n et o o l ；m i c r ot u m i n g ；m i c r om i l l i n g ；m i c r os h a f t ；m i c r os t r u c t u r e c o n t e n t s c o n t e n t s a b s t r a c t ( c h i n e s e ) 1 a b s t r a c t ( e n g h s h ) “1 c o n t e n t s ( c h i n e s e ) “v c o n t e n t s ( e n g l i s h ) v i i c h a p t e r1i n t r o d u c t i o n 1 1 1t h eb a c k g r o u n da n ds i g n i f i c a n c eo f t h es u b j e c t “1 1 2s o u r c eo f t h es u b j e c t 1 1 3t h es i g n i f i c a n c eo fm i c r o t u r n i n g 1 1 4t h es i g n i f i c a n c eo fm i l l i n g ”2 1 5d e v e l o p m e n ta n dr e s e a r c hs t a t u so f t h em i c r o t u r n i n gm a c h i n e 3 1 6d e v e l o p m e n ta n dr e s e a r c hs t a t u so f t h em i c r o m i l l i n gm a c h i n e 5 1 8t h ed i f f i c u l t i e sf a c e db yt h ed e v e l o p m e n to fm i c r oa n ds m a l lm a c h i n e t o o l s 10 c h a p t e r2b a s i ct h e o r yo fm i c r o - m a c h i n i n g 1 2 2 1i n t r o d u c t i o n 1 2 2 2s i z ee f f e c t 1 2 2 3d i s l o c a t i o nt h e o r y 13 2 3 1t h ec o n c e p to f d i s l o c a t i o nt h e o r y 。1 3 2 3 2d i s l o c a t i o nt h e o r yi nt h em i c r o c u t t i n g 1 4 2 4m i n i m u mc u t t i n gt h i c k n e s s 15 2 4 1e l a s t i cr e c o v e r yi nm i c r o c u t t i n g 1 6 2 4 2d e t e r m i n a t i o no f t h em i n i m u mc u t t i n gt h i c k n e s s 1 6 2 5o t h e rr e l a t e dt h e o r i e s 1 7 2 6s u m m a r y 19 c h a p t e r3h a r d w a r es y s t e md e s i g no ft h em i c r o c u t t i n gm o d u l e 2 0 3 1i n t r o d u c t i o n 。2 0 3 2t h eo v e r a l ld e s i g na n dl a y o u to f t h em a c h i n et o o l 2 0 v l i 广东工业大学硕士学位论文 3 3d e s i g no f t h em i c r o t u r n i n gm o d u l e 2 1 3 3 1r e q u i r e m e n t sa n dp a r a m e t e r so f t h ed e s i g n 2 2 3 3 2t h eo v e r a l ls t r u c t u r ed e s i g na n dc o m p o n e n t ss e l e c t i o n 2 3 3 4s t r u c t u r ed e s i g no f m i c r o m i l l i n gm o d u l e 3 1 ：；4 1t h r e e d i m e n s i o n a lp r e c i s i o ns t a g e 3 2 ：；4 2w o r k p i e c ef i x t u r e 3 4 ：；4 3m i c r om i l l i n gc u t t e r 3 4 3 5s u r f a c em i c r o s t r u c t u r et u r n i n g 3 5 3 6p r o t e c t i o nd e s i g n 3 6 ：；7d e b u g g i n go f t h em a c h i n e 3 6 ：；7 1f l a t n e s sd e b u g g i n go f t h em a c h i n e 3 6 ：；7 2s t r a i g h t n e s sd e b u g g i n go f t h em a c h i n e 3 6 ：；8s u m m a r y 3 7 c h a p t e r4c o n t r o ls y s t e md e s i g n 3 8 4 1i n t r o d u c t i o n ：；8 4 2t h eo v e r a l lc o n t r o ls c h e m e so f m i c r o t u r n i n gm o d u l e 3 8 4 3t h ec o n t r o ls y s t e mh a r d w a r eo f m i c r ot u r n i n gm o d u l e 3 9 4 ：；1t h ec o n t r o lo f s e r v om o t o r 3 9 4 3 1 1s e r v om o t o rm o d e ls e l e c t i o n 3 9 4 3 1 2t h et h ew i r i n go fs e r v om o t o ra n dd r i v e 4 0 4 ：；2m o t i o nc o n t r 0 1c a r d 4 1 4 3 2 1b d e f d e s c r i p t i o no f t h em o t i o nc o n t r o lc a r d 4 1 4 3 2 2h a r d w a r es t r u c t u r eo f t h em o t i o nc o n t r o lc a r d 4 2 4 3 2 3s o f t w a r es t r u c t u r eo f t h em o t i o nc o n t r o lc a r d 4 3 4 4c o n t r o lo f t h ep i e z o e l e c t r i cm i c r op l a t f o r m 4 5 4 4 1t h ew o r k i n gp r i n c i p l eo f t h ep i e z o e l e c t r i cp l a t f o r m 4 5 4 4 2d i s p l a c e m e n to u t p u tc h a r a c t e r i s t i c so ft h ep i e z o e l e c t r i cc e r a m i c 4 5 4 4 3c o n t r o lp r i n c i p l ep i e z o e l e c t r i cc e r a m i cp l a t f o r m 4 6 4 4 4m i c r of e e dc o n t r o lp r o g r a ma n dc o n t r o li n t e r f a c ed e s i g no fp i e z o e l e c t r i c c e r a m i cp l a t f o r m 4 6 v 1 1 1 c o n t e n t s 4 4 4 1l a b v i e wi n t r o d u c e d 4 6 4 4 4 2c o n t r o li n t e r f a c ed e s i g no ft h ep i e z o e l e c t r i cc e r a m i cp l a t f o r m 4 7 4 4 4 3s y s t e mp a r a m e t e r ss e tp r o g r a m m i n g 4 8 4 4 4 4u n i f o r mf e e dc o n t r o lp r o g r a m m i n g 4 9 4 5t h eo v e r a l lp r o g r a mo fm i c r o m i l l i n gm o d u l ec o n t r o l 4 9 4 6s u m m a r y 5 0 c h a p t e r 5m i c r o m i l l i n ga n dm i c r ot u r n i n ge x p e r i m e n t a ls t u d y 51 5 1i n t r o d u c t i o n 51 5 2m i c r o m i l l i n ge x p e r i m e n t a ls t u d y 51 5 2 1m i c r o m i l l i n ge x p e r i m e n t a la p p a r a t u s ”5 1 5 2 2t e s tp r o g r a mo fm i c r o m i l l i n gs u r f a c er o u g h n e s s ”5 5 5 2 3 t h ed e t e r m i n a t i o no f t h es p i n d l es p e e d 5 5 5 2 4m i c r o m i l l i n go r t h o g o n a lt e s ta r r a n g e m e n t 5 8 5 2 5r e s e a r c ho nm i c r om i l l i n gs u r f a c er o u g h n e s s 5 9 5 2 6s t u d yo nm i c r om i l l i n gb u r r 6 2 5 2 7m i c r om i l l i n ge x a m p l e 6 3 5 3m i c r ot u m i n ge x p e r i m e n t a ls t u d y 6 4 5 3 1e x p e r i m e n t a la p p a r a t u s 6 5 5 3 2m i c r ot u m i n ge x p e r i m e n t a lr e s e a r c hp r o g r a m 6 7 5 3 3m i c r ot u r n i n ge x p e r i m e n t a lr e s u l t sa n dc o n c l u s i o n s 6 8 s u m m a r y ：6 9 c o n c l u s i o n sa n do u t l o o k 7 0 r e f e r e n c e 7 2 d e c l a r a t i o n 7 6 a c k n o w l e d g m e n t s 7 8 i x 第一章绪论 1 1 本课题研究背景与意义 第一章绪论 2 0 世纪8 0 年代兴起的基于硅半导体制造工艺的m e m s 技术引起人们对微加工的 广泛关注。以微电子技术为核心的信息技术、控制技术等技术日益与传统技术相互融 合，促进了当今新技术的发展。在军用、民用等各个领域都大量需求具有微米级尺度 和中间尺度的三维结构器件，这类器件有些结构比较复杂，有些需要承受较高载荷， 有些对制备材料要求严格，用常规的基于硅的加工工艺很难满足要求1 1 】。近年来，采用 传统的机械加工方法进行微细制造的研究越来越受到人们的重视，针对特征尺寸在 0 0 1 m m 1 0 m m 的所谓的中尺度的微细切削制造成为一大研究热点【2 3 】，原因是其加工 的几大优势：生产效率高、灵活；能加工任意三维特征的零件；能加工多种材料【4 5 】。2 0 世纪9 0 年代中期以来，日本和欧美等发达国家从节省空间和提高精度的角度出发，广 泛开展了微小零件加工机床的小型、轻量化研究，陆续研制出微小零件加工的小型精 密、超精密机床【6 ，7 | 。 1 2 本课题来源 本课题来源于国家2 1 1 重点学科建设项目“多功能微机床”。 本课题提出了“模块化”概念，旨在建立一个通过不同功能模块与主轴的配合，便 可实现多种微细加工的多功能微型机床。该机床是集微细车削加工、微细铣削加工、 微细电化学加工、微细超声加工及各种微细加工复合的多功能微细加工实验平台。该 机床的研制成功为各种微细加工的深入研究奠定了基础。 1 3 微细车削研究意义 各种微细轴，如超声、电火花和微细铣削加工用的工具均为微细轴，医疗器械、 电子元器件、打印机传动轴、数码管显示器导针、p c b 板插件、扫描探针等领域对0 1 m m 以下的微细轴需求越来越多哺。10 1 。另外，各种微- n j l 、微型腔，微型模具的加工离不丌 广东工业大学硕士学位论丈 微细轴类工具。目前微细轴的加工方法主要有电火花加工、电解加工、超声振动磨削、 微细车铣加工以及l i g a 等特种加工方法。微细车削加工作为微细轴加工方法之一， 是由传统的微细车削加工方法衍生而来，由于其加工工艺简单，加工成本较低，加工 的工件形状容易得到控制，越来越得到重视，如果能将传统的车削工艺移植到微细加 工上来，那么将对微细加工领域做出很大的贡献，因此成为国内外微细加工领域的一 个研究热点，具有非常深刻的研究价值和意义。 另外，微细车削工艺还可以对工件表面微结构进行加工。传统加工硬脆材料的表 面微结构普遍采用加工方法主要为光刻技术，但光刻技术存在着很多的缺点。首先， 光刻加很难加工成大深宽比和表面微结构；其次，光刻技术所采用的设备成本较高， 加工效率也较低。因此，对于工件表面微结构的加工来说，传统的m e m s 技术已经不能 满足越来越多的复杂工件的加工制作要求；微细车削加工技术在表面微结构的加工领 域有其独特的优势，主要体现在硬脆材料功能表面微结构的加工。哈尔滨工业大学海 大鹏等人采用白行研制的快速伺服刀架进行了金刚石切削加工实验，在有机玻璃上成 功加工出菲涅尔透镜等微结构n 。单晶金刚石超精密微细车削加工技术以其确定性的 加工特点具有很大优势，例如能加工真正的三维表面微结构，且成型精度达亚微米级， 表面粗糙度达到纳米量级，有些材料甚至可以达到l n m ；能够加工大深宽比的微结构以 及适合于多种材料的加工等。这种技术不但加工精度高，而且也可以大大降低加工成 本，缩短生产周期，故微细车削技术在表面微结构加工领域同样具有广阔的前景。 1 4 微细铣削研究意义 微细铣削加工技术是指采用微铣刀对零件进行切削加工的技术，是最柔性的切削加 工技术，它使m e m s 工艺和传统宏观领域的机械加工紧密的联系起来，微细铣削加工 技术的研究与应用将填补基于硅表面微细加工的m e m s 技术、l i g a 技术和传统精密 加工技术之间的缺口，通过广泛的材料和形状特征选择来提高微小零件和装置的功能、 可靠性及可制造性。 微铣削具有很强的三维微加工的能力，因此在加工三维微小零件方面具有很广泛的 应用，普遍应用到了航天、航空等领域。因此研究微细铣削加工工艺有很重要的意义。 比较有挑战性的应用是在医疗领域的器官移植设备相关部件的制造，例如卡内基梅龙 大学s i n a nf i l i z 等人采用微细铣削刀具和超高速数控加工中心在生物材料上加工微尺 度尖刺单元，这种部件包含一个带有尖刺边的尖端和底部凹入特征，器官移植设备的 2 第一章绪论 表面嵌入这种微尖刺单元可以有利于使设备附着于活的组织，微铣削可以有效的应用 到这种阵列微结构的加工当中n 2 1 。 图1 1 器官移植设备表面嵌入的微结构 f i g u r e1 - 1e m b e d d e dm i c r o - s t r u c t u r ei no r g a nt r a n s p l a n td e v i c es u r f a c e 1 5 微小型车削机床发展及研究现状 微型机床的概念是d u t t a 在1 9 7 0 年首次提出，他建议生产微车床应用到制造微型马达 领域。 1 9 9 6 年日本通产省工业工业技术学院机械工程实验室( m e l ) 开发了世界上第一台微 型化的机床微型车床，长3 2 m m 、宽2 5 m m 、高3 0 5 m m ，重量为l o o g ；主轴电机功 率1 5 w ，转速1 0 0 0 0 r m i n 。用该机床切削黄铜，沿进给方向表面粗糙度值为1 5l ai l l ， 加工工件的圆度为2 5l am ，最小外圆直径为6 0 “m ，切削试验中的功率损耗仅为普通车 床的1 5 0 0 n 3 。 图1 2 第一台微型车床 f i g u r ei - 2t h ef i r s tm i n i - l a t h e 1 9 9 9 年，有关微小型化机床的研究相继展开，日本l u 和y o n e y a m a 研制了一台长约 广东工业大学硕士学位论文 2 0 0 r a m 微型车床，主轴驱动电机功率o 5 w ，主轴转速变化范围3 0 0 0 1 5 0 0 0 r m i n 。主轴 跳动量小于1um 。x 、w 、z 三轴进给均由计算机控制的步进电机驱动，最小进给分辨 率达4 r i m 。在光学显微镜下，采用单晶金刚石刀具以1 5 0 0 0 r m i n ，对直径0 3 m m 的黄 铜丝进行车削，最小车削直径为1 0um ，获得的工件表面粗糙度在1i jm 以下。该微车 床还安装了测力装置，对微车削力进行研究n4 | 。此微车床如图1 - 3 。 图1 3l u 和y o n e y a m a 研制的微车床照片 f i g u r e1 - 3t h ep h o t o so fm i c r ol a t h ed e v e l o p e db yl ua n dy o n e y a m a 2 0 0 2 年日本东北大学di i j i m a , si t o ，ah a y a s h i ，ha o y a m a 等人研制出便携式数控微 车削系统一m t s ，m t s 的底座尺寸只有1 5 0 x1 0 0 m m ，用此系统加工的黄铜圆柱工件， 表面粗糙度为0 21 tm ，圆度为0 1 9u 。图1 4 为m t s 系统实物图口引。 图1 4m t s 系统 f i g u r e1 - 4m t ss y s t e m s 国内研制微车削轴的机床比较少，大多的研究方向是研究表面微结构的车削，具有 代表性的如哈尔滨工业大学精密工厂研究所研究研制的台式超精密车床。该机床主轴 采用了空气静压轴承主轴，较好的提高了主轴的回转精度。机床导轨采用了空气静压 导轨，提高了导轨的刚度和精度”引。 4 第一章绪论 图1 5 哈工大研制的台式超精密车床 f i g u r e1 - 5t h ed e s k t o pu l t r a - p r e c i s i o nl a t h eb yh a r b i ni n s t i t u t eo ft e c h n o l o g y 河北工业大学李大民等人也开展了精密微车削机床的研究，并主要针对微细车削加 工最重要的部分一微进给机构进行了研究，图1 - 6 为其研制的精密车削微进给平台，该 平台采用了压电陶瓷材料作为驱动介质，达到了精密微进给的加工要求n 引。 图i - 6 河北工业大学研制的车削微进给平台 f i g u r e1 - 6m i c r o f e e dp l a t f o r md e v e l o p e db yh e b e iu n i v e r s i t yo ft e c h n o l o g y 1 6 微小型铣削机床发展及研究现状 1 9 9 9 年日本国家先进工业科技学会( a i s t ) 的o k a z a k i 等人研制了一台采用高速主 轴的桌面尺寸n c 铣床，机床本体长宽高尺寸为4 5 0 m mx3 0 0m mx3 8 0 m m ，主轴最高转速 2 0 0 0 0 0 r m i n ，三维直线进给工作台的最大进给速度5 0 m m s ，采用分辨率o 1um 的全 闭环n c 实现三维直线进给的同步运动控制，实现了3 d 数控铣削加工。对7 0 7 5 铝合金 材料加工薄壁结构的厚高长尺寸为5 0 um x 2 0 0 0 um 6 0 0 um ，深宽比达4 0 n 刖。 广东工业大学硕士学位论文 图1 7 日本研制的桌面尺寸n c 铣床 f i g u r e1 - 7t h ed e s k t o ps i z eo fn cm i l l i n gm a c h i n e sd e v e l o p e db yj a p a n 2 0 0 1 年美国国家科学基金会( n s f ) 资助了“m i c r o m e s s s c a l em a c h i n et o o l s y s t e m s ”研究计划，旨在通过微小型化机床以并行的生产方式组成微小型制造系统， 来达到批量生产微米和中间尺度微小零件的目的，满足生产力的需求。预想这些微小 型化机床类似于今天的计算机系统，即插即用，既可以单独工作，又便于集成系统。 图1 5 a 和b 为该计划下所研制的两台微小型机床试验台n9 | ，主轴最高转速分别为 1 5 0 0 0 0 r m i n 和3 2 0 0 0 0 r m i n 。二者都采用了闭环反馈控制，且装备了测力传感器来测 量微细切削力。 ( a ) a 试验台( b ) b 试验台 图1 8 美国研制的微小型制造系统 f i g u r e1 8t h em i c r om a n u f a c t u r i n gs y s t e md e v e l o p e db yu s a 2 0 0 4 年韩国首尔国立大学y o u n g b o n gb a n g 等人研制了一台五轴微型铣床，该机床 尺寸为1 9 4 r a m 2 2 0 m i n x3 2 8 m m ，主轴采用空气涡轮主轴，转速在2 0 0 0 0 3 0 0 0 0 r m i n ，具 有三个直线平台和两个旋台。用此微型铣床加工出了一些微型结构和微立柱，显示出 很好的加工能力，图卜8 为其结构图乜。 第一章绪论 图1 - 9 韩国首尔国立大学研1 5 轴数控铣床 f i g u r e1 - 9 t h ef i v e a x i s c n cm i l l i n gd e v e l o p e db ys o u t hk o r e a ss e o u ln a t i o n a l u n i v e r s i t y 2 0 0 7 年韩 r u s n a ld y ，t a ej ok o ，h e es o o lk i m 等人研制了一台用于研究单晶硅 等脆性材料在塑性模式下加工的微细铣床。该机床主轴采用转速为1 3 0 0 0 0 r m i n 的空气 涡轮主轴，主轴被放置在气垫上面防止震动。x 、v i 作台和z 向载主轴的工作台均采用 了压电陶瓷平台，采用数字转速计来测量速。图卜9 为其实物图乜。 图1 1 0 韩 r u s n a l d y , t a ej ok o ，h e es o o lk i m 研制的微铣床 f i g 1 10m i c r o m i l l i n gm a c h i n et o o ld e v e l o p e db yr u s n a l d y , t a ej ok o ，h e e s o o lk i mi n k o r e a 2 0 0 7 年，韩国釜山大学k a n g a 建立了一套微细铣削加工系统，主要用于微细铣削力 的实验研究，机床主轴转速高j 这8 0 0 0 0 r m i n ，同时配有精密切削测力仪，c c d 摄像头。 图1 - 1 0 为其实物图。 广东工业大学硕士学位论文 图1 1 1 韩国釜山大学k a n g a 石j f 制的微细铣削系统 f i g u r el - 11t h em i c r o - m i l l i n gs y s t e md e v e l o p e db yu n i v e r s i t yo fp u s a n , s o u t hk o r e a 国内对微型铣床的研究主要有哈尔滨工业大学，南京航空航天大学和上海交通大 学等。 哈尔滨工业大学精密工程研究所研制了一台微型精密三轴联动立式铣床，其主轴 转速高达1 6 0 0 0 0 r m i n ，回转精度达到1 | lm ，工作台位置精度达o 5l lm ，重复定