應(yīng)用超精密機(jī)床的設(shè)計(jì)制造的小型和微型元件外文文獻(xiàn)翻譯、中英文翻譯,應(yīng)用,利用,運(yùn)用,精密,機(jī)床,設(shè)計(jì),制造,小型,以及,微型,元件,外文,文獻(xiàn),翻譯,中英文 材料加工技術(shù)167（2005）515-528 應(yīng)用超精密機(jī)床的設(shè)計(jì)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。快速的需求和經(jīng)濟(jì)制造形狀復(fù)雜的小型/微型產(chǎn)品在超精密機(jī)床設(shè)計(jì)也提出了新的挑戰(zhàn)。在本文中，超精密機(jī)床的設(shè)計(jì)介紹描述其關(guān)鍵的機(jī)械元件和機(jī)床設(shè)計(jì)程序。重點(diǎn)是審查和評估國家的最先進(jìn)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(jī)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(jī)器的設(shè)計(jì)；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(tái)式超精密機(jī) 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(jī)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(jī)，手機(jī)，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(jìn)一步提高性能，實(shí)時(shí)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(dòng)多種功能于一體，產(chǎn)品的集成。 目前，MEMS是微型元件的主要?jiǎng)恿χ?。硅是一種MEMS或微古典材料，但許多其他材料也同時(shí)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(gè)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(jī)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(gè)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(jī)床的設(shè)計(jì)和加工技術(shù)，將不得不進(jìn)行更改，以便實(shí)現(xiàn)快速和經(jīng)濟(jì)的制造，并確保這些組件和各種工程材料產(chǎn)品的機(jī)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(diǎn)將是超精密機(jī)床的設(shè)計(jì)，特別是小型和微型組件/產(chǎn)品的制造。設(shè)計(jì)準(zhǔn)則機(jī)及其關(guān)鍵要素，將和市售機(jī)開始嚴(yán)格審查。微捏造的應(yīng)用將說明和設(shè)計(jì)替補(bǔ)型超精密機(jī)及其應(yīng)用，將進(jìn)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(jī)床的設(shè)計(jì) 圖1說明了一個(gè)三軸超精密銑機(jī)（芬歐匯川），設(shè)計(jì)和建立在亞琛的IPT[3]。至于其他的超精密機(jī)床，它包括四大子系統(tǒng)。他們是機(jī)械結(jié)構(gòu)，主軸及驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，控制器和系統(tǒng)，測量和檢驗(yàn)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(jī)械結(jié)構(gòu) 機(jī)械結(jié)構(gòu)包括固定和移動(dòng)機(jī)構(gòu)。固定機(jī)構(gòu)包括機(jī)底座，立柱和主軸箱住房等，它們通常都帶有移動(dòng)的物體，如工作表，幻燈片，紗錠和車廂。 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是至關(guān)重要的，因?yàn)橐慌_(tái)機(jī)器的結(jié)構(gòu)提供了機(jī)器的所有部件的機(jī)械支撐。當(dāng)考慮在機(jī)械設(shè)計(jì)作為一個(gè)系統(tǒng)的背景下，一些主要的設(shè)計(jì)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(dòng)態(tài)性能（如熱穩(wěn)定性和響應(yīng)外部勢力）。 與移動(dòng)軸和運(yùn)行的穩(wěn)定性的正常運(yùn)作方面的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(dòng)器，刀具和工夾具。所有的機(jī)械部件，并在傳播路徑中加入從驅(qū)動(dòng)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(jī)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(jī)。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(jī)Tetraform的C。它采用閉環(huán)進(jìn)行所有負(fù)載的內(nèi)部阻尼的空間框架。設(shè)計(jì)產(chǎn)生非常高的靜態(tài)剛度，加上出色的動(dòng)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(dá)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(bǔ)救辦法，而不是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的角度來看，減少熱變形。該方法包括分離機(jī)和流程的熱源，迅速驅(qū)逐機(jī)內(nèi)產(chǎn)生的熱量，并保持使用的液體在一個(gè)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(cuò)誤。例如，LODTM是封閉在一個(gè)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(huì)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(shí)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(jī)器的情況下的干擾，例如：從地板的震動(dòng)，波動(dòng)的室溫，熱轉(zhuǎn)移[7]從其他機(jī)器，浮塵等。 機(jī)床材料的選擇是在確定最終的整機(jī)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(shí)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(jī)器的基礎(chǔ)材料和滑道，因?yàn)槠淞己玫哪湍バ裕偷臒崤蛎洠蛻?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(diǎn)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(gè)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(jī)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(jī)床主軸運(yùn)動(dòng)誤差的關(guān)鍵因素，因?yàn)閷⒂酗@著的影響表面質(zhì)量和加工components.The最常用的精密機(jī)床主軸的精度空氣靜壓主軸和靜壓主軸。它們都具有高運(yùn)動(dòng)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(jī)床在機(jī)床應(yīng)用。 近日，槽技術(shù)已被用于在空氣軸承的設(shè)計(jì)。溝槽的混合空氣軸承結(jié)合了空氣靜力和空氣動(dòng)力學(xué)的設(shè)計(jì)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(jì)[9]通過孔板節(jié)流產(chǎn)生的。氣動(dòng)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(jī)制，通常會(huì)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(yùn)動(dòng)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(tái)被廣泛使用，因?yàn)樗麄冊趪业淖钕冗M(jìn)的超精密機(jī)床是高的議案的精確性。靜壓軸承的能力，通常用在因?yàn)樗麄兊母哓?fù)荷能力的大型機(jī)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(dòng)器 分為機(jī)床主軸和進(jìn)給驅(qū)動(dòng)的運(yùn)行機(jī)制。主軸驅(qū)動(dòng)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(gè)旋轉(zhuǎn)的主軸。電動(dòng)交流電動(dòng)機(jī)和直流無刷電機(jī)的高速主軸始終建成主軸，以減少由主軸電機(jī)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(jī)床。 壓電致動(dòng)器是一種短行程執(zhí)行機(jī)構(gòu)。這是非常有前途的應(yīng)用在轉(zhuǎn)盤驅(qū)動(dòng)和導(dǎo)軌的驅(qū)動(dòng)器，因?yàn)槠涓叩淖h案精度和廣泛的響應(yīng)帶寬。目前，壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器已應(yīng)用于設(shè)計(jì)的優(yōu)良工具定位為了獲得高精度的議案刀具。結(jié)合機(jī)械柔性鉸鏈的壓電致動(dòng)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(jī)直接驅(qū)動(dòng)和摩擦驅(qū)動(dòng)??兩種超精密機(jī)床工具.Friction驅(qū)動(dòng)器上使用的長沖程驅(qū)動(dòng)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(dòng)器之一，是很好的應(yīng)用與摩擦輪驅(qū)動(dòng)為X軸，形狀精度小于0.2 m/100mm作為實(shí)現(xiàn)對芬歐匯川[11]。直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)器可提供系統(tǒng)設(shè)計(jì)者一個(gè)優(yōu)雅的替代它們產(chǎn)生的直接直線運(yùn)動(dòng)，因此消除了轉(zhuǎn)換機(jī)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(dòng)和齒條和小齒輪，等[28]。 2.4.控制 控制子系統(tǒng)包括電機(jī)，放大器，開關(guān)和激發(fā)在一個(gè)受控的順序和時(shí)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(dòng)器，但也熱和幾何誤差補(bǔ)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(jìn)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(jìn)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(jī)床。 2.5.計(jì)量和檢測系統(tǒng) 計(jì)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(jì)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(dòng)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(yùn)行的目的。 激光計(jì)量納入機(jī)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(jì)，線性可變差動(dòng)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(gè)案例研究。刀尖必須精確圖3建設(shè)LODTM表面滑動(dòng)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(dòng)鏡（5）波紋管，真空系統(tǒng)內(nèi)的6個(gè)地點(diǎn);干涉蓋（6）（4）和探測器（4）內(nèi);（7）梁蓋（8）光學(xué)臺(tái)（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(gè)工具欄的每一側(cè)，作為運(yùn)動(dòng)學(xué)引用。要測量的位置在X方向，兩束是針對每個(gè)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(cuò)誤框架[12]擴(kuò)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(yùn)動(dòng)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(cuò)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(gè)特殊的設(shè)計(jì)測量，即激光束管道包含一個(gè)真空[12]。 圖3.建設(shè)LODTM表面滑動(dòng)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(dòng)鏡（5）波紋管，真空系統(tǒng)內(nèi)的6個(gè)地點(diǎn);干涉蓋（6）（4）和探測器（4）內(nèi);（7）梁蓋（8）光學(xué)臺(tái)（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(jī)床的主要特點(diǎn) 超精密機(jī)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(jī)結(jié)構(gòu); ?高的熱穩(wěn)定性和機(jī)械穩(wěn)定性; ?低震動(dòng); ?軸;運(yùn)動(dòng)精度高； ?控制精度高。 2.7.超精密機(jī)床的設(shè)計(jì)過程 正如圖所示4超精密機(jī)床的設(shè)計(jì)要求五個(gè)基本步驟：任務(wù)的定義，概念設(shè)計(jì)，布局設(shè)計(jì)，詳細(xì)設(shè)計(jì)和設(shè)計(jì)后續(xù)[4]，但完整的設(shè)計(jì)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(jī)的功能和規(guī)格。超精密機(jī)床的功能要求可能解決幾何學(xué)，運(yùn)動(dòng)學(xué)，動(dòng)力學(xué)，電力需求的考慮，材料，傳感器和控制，安全，經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)，裝配，質(zhì)量控制，運(yùn)??輸，維護(hù)，成本和日程等，在這個(gè)階段，它需要進(jìn)行評估的國家的最先進(jìn)的技術(shù)，使設(shè)計(jì)更加競爭力和成本是合理的。幾個(gè)規(guī)格迭代后，將確定最終規(guī)格。以下的概念設(shè)計(jì)，機(jī)械設(shè)計(jì)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(jì)的方法[4]。在這個(gè)階段這是由運(yùn)動(dòng)學(xué)分析，熱機(jī)械分析，可以提出幾個(gè)設(shè)計(jì)方案靜態(tài)分析，動(dòng)態(tài)分析和控制系統(tǒng)的分析。分析的結(jié)果，連同錯(cuò)誤的預(yù)算和成本估算，將被用于檢查一致性機(jī)器的規(guī)格，并最終選擇最佳的設(shè)計(jì)方案。一旦完成概念設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)方案可以制定詳細(xì)的設(shè)計(jì)。在詳細(xì)設(shè)計(jì)階段，它將完成機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)，控制器，傳感器和電子系統(tǒng)，電氣，液壓和氣動(dòng)支持系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。詳細(xì)設(shè)計(jì)完成后，仍有許多工作需要做為了使設(shè)計(jì)的成功，包括開發(fā)測試和用戶的支持方案，更新設(shè)計(jì)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(jì)過程中。 3. 目前的超精密機(jī)床 本節(jié)將簡要介紹幾個(gè)商業(yè)提供典型的超精密機(jī)床，光展示最先進(jìn)的超精密機(jī)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(diǎn)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(jī)350毫米擺幅能力。在這里，作為一個(gè)例子NANOFORM 350轉(zhuǎn)換發(fā)光解釋其特點(diǎn).這種兩軸超精密車床的特點(diǎn)是“T”型軸配置。正如圖所示。 5 x滑動(dòng)沿X方向移動(dòng)，主軸箱，而金剛石刀具沿Z方向移動(dòng)，由Z幻燈片[13]，是建立在機(jī)器底座和垂直兩個(gè)幻燈片給對方。他們也都在同一高度，從而提高運(yùn)動(dòng)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(jìn)的線性與正弦驅(qū)動(dòng)放大器和6000轉(zhuǎn)速重型槽補(bǔ)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(jī)[14]。 隨著納米技術(shù)在電光學(xué)350UPL組件，航空航天，消費(fèi)電子和計(jì)算機(jī)產(chǎn)業(yè)可以被加工表面光潔度好（在幾個(gè)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(jī) 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(gè)典型的多軸金剛石砂輪機(jī)。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(gè)線性軸。他們是獨(dú)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(yùn)動(dòng)精度是低于50納米?；剞D(zhuǎn)工作臺(tái)（B軸）被用來進(jìn)行磨削主軸。當(dāng)更換磨削主軸用金剛石工具，機(jī)器也能轉(zhuǎn)動(dòng)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(jī)新型錐體空間框架結(jié)構(gòu)的載入點(diǎn)有限公司委托最近。 PicoAce移平磨適合或凸工作臺(tái)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(jī)元素：杯形砂輪磨削主軸，旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)上，X和Z軸導(dǎo)軌安裝在一個(gè)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(jiān)實(shí)的矩形基地。杯砂輪主軸有一個(gè)垂直的軸和安排在圓柱?滑道滑動(dòng)定位在基地集中。砂輪主軸的下方直接是轉(zhuǎn)臺(tái)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(jī)器被載入點(diǎn)委托Ltd.recently。PicoAce是適合移動(dòng)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(jī)元素：杯形砂輪磨削主軸，旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)上，X和?滑道安裝在一個(gè)閉環(huán)結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)需要一個(gè)金字塔形狀的形式固定了堅(jiān)實(shí)的長方形基地的框架。杯砂輪主軸有一個(gè)垂直的軸，并安排到集中在基礎(chǔ)定位在一個(gè)圓柱形?滑道上下滑動(dòng)。砂輪主軸的下方直接是轉(zhuǎn)臺(tái)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(dá)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(jī)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(gè)幻燈片（X和Y）是由直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)，以避免進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和運(yùn)動(dòng)部件之間的機(jī)械耦合，高分辨率的線性表納入這些軸。兩個(gè)附加旋轉(zhuǎn)軸（B和C軸），使一個(gè)真正的五軸銑削機(jī)器上進(jìn)行的[3]。 圖6.納500FG米技術(shù). 圖7.PicoAce研磨機(jī). 本機(jī)的基礎(chǔ)上細(xì)?；◢弾r，確保最高的長期穩(wěn)定。氣動(dòng)振動(dòng)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(gè)軸的銑床。機(jī)器配置如圖 9[18].回轉(zhuǎn)工作表（Baxis）進(jìn)行在X軸?；脽羝谴怪边\(yùn)動(dòng)，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(dòng)銑床。 羅伯安機(jī)的特點(diǎn)在平移和旋轉(zhuǎn)軸采用氣體靜壓軸承無摩擦伺服機(jī)制?？諝忪o壓導(dǎo)軌連接通過空氣靜壓絲杠的浮動(dòng)螺母滑機(jī)制。一納米定位和流暢的飼料，實(shí)現(xiàn)了由64萬脈沖編碼器和空氣靜壓軸承交流伺服電機(jī)。另一個(gè)的羅伯安機(jī)的特點(diǎn)是高速空氣渦輪主軸和高精度夾持機(jī)制。在羅伯安鉆石銑刀機(jī)高速空氣渦輪主軸，由空氣驅(qū)動(dòng)，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(xì)微控制尖端的位置，主軸及支架之間。由于渦輪機(jī)驅(qū)動(dòng)器只能在一個(gè)狹窄的范圍內(nèi)發(fā)展的有用功率該機(jī)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(jī)已應(yīng)用于三維精密機(jī)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(yùn)動(dòng)軸布局. 圖10.microproducts應(yīng)用市場 3.4.超精密機(jī)床的主要規(guī)格工具 超精密機(jī)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(gè)良好的比較設(shè)計(jì)，規(guī)格，應(yīng)用及特點(diǎn)市售超精密機(jī)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(jì)，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(jì)達(dá)到美國$ 38億美元，這是總營業(yè)額的2倍在2000年?？蓱?yīng)用于超精密加工散裝硅加工??，計(jì)算機(jī)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(jì)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(gè)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(jī)械部件和光學(xué)部件，而在小型或微型的尺寸。事實(shí)上，只有少數(shù)微型產(chǎn)品完全依賴電子產(chǎn)品。機(jī)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(jī)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(huì)很高。因此，納米/微米加工趨勢將是微機(jī)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(jī)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(gè)微型產(chǎn)品的主要推動(dòng)力。微加工提供一個(gè)符合成本效益的解決方案為低批量生產(chǎn)或MEMS的原型，因?yàn)闆]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(jī)械部件，如微型傳感器（壓力，流量和天然氣），微致動(dòng)器，微電機(jī)，微泵，微閥，編碼器的磁盤和光纖鏡組機(jī)械部件，等等。圖.13顯示了一個(gè)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(diǎn)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(jī)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(jī)，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(gè)集成光學(xué)加強(qiáng)在高功率激光器的光束質(zhì)量[11]。 單點(diǎn)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(jī)械零件。事實(shí)上，這應(yīng)該是微焦點(diǎn)加工。據(jù)預(yù)計(jì)，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(hào)。最小的銑刀直徑是0.2毫米?？偟募庸r(shí)間是50分鐘[22]。 圖14.快速轉(zhuǎn)動(dòng)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(jī)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(jī)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(shí)保持較高的精度。然而， 迄今為止最微加工使用常規(guī)進(jìn)行尺寸超精密機(jī)床。這當(dāng)然會(huì)增加的投資和運(yùn)行費(fèi)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(tái)型機(jī)床及相關(guān)的納米微細(xì)加工技術(shù)可能會(huì)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(tái)式機(jī)的好處可能包括： ?機(jī)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(dòng)等）和友好，因而運(yùn)營成本低; ?實(shí)惠的制造技術(shù) 圖16.一個(gè)替補(bǔ)型微型銑床的設(shè)計(jì)布局. 圖16說明了一個(gè)臺(tái)式的微細(xì)機(jī)，目前正在由作者開發(fā)的歐盟MASMICROproject支持的設(shè)計(jì)布局[30]本機(jī)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(jī)械部件（鋁，鋼） ?微型傳感器（壓力，流量，氣） ?光纖的機(jī)械部件（過濾器，波片）。 （5） 模具（高強(qiáng)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(shí)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(gè)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(gè)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(gè)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(jìn)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(shí)驗(yàn)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(jìn)行單一或多層，微磨料工具的使用CVD涂層。圖19顯示了一個(gè)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(diǎn)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(shí)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(shí)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(gè)商場工具的機(jī)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(gè)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(xì)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(gè)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(jì)合理和大規(guī)模生產(chǎn)的方法進(jìn)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(dòng)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?？梢岳脗鹘y(tǒng)的機(jī)械式超精密加工，在一個(gè)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(diǎn)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(jī)械部件的批量生產(chǎn)。它還提供了一個(gè)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(jī)床的精度，刀具，工件材料和操作因素。超精密機(jī)床的性能取決于精度的關(guān)鍵要素，包括工作主軸和運(yùn)動(dòng)軸。替補(bǔ)型超精密機(jī)將是未來的發(fā)展趨勢之一，因?yàn)樗鼈兛赡苁剐⌒秃臀⑿彤a(chǎn)品經(jīng)濟(jì)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(jìn)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(cái)團(tuán)/項(xiàng)目（合同編號(hào)：NMP2-CT-2004-500095-2）和有效的討論，特別是在其RTD的5個(gè)小組的合作伙伴及其商討，這對本文的形成非常有幫助。