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http://www.c-cnc.com/news/newsfile/2012/10/6/1543111.shtml
微型机床和桌面工厂
2012-10-6 15:43:00 来源:机床杂志社
编者按:从本期开始,专题将进入第三部分“创新机床的案例”。限于篇幅不能对所有类型的创新机床作全面的介绍,征求各方面的意见后,拟就微型机床与桌面工厂、亚微米高精密机床、新型齿轮机床、大重型机床、钛合金加工机床、复合材料加工机床6方面进行介绍,本专题将于2012年12月结束。1 微小化是下一代制造的核心内容之一
微小化制造(Minimal Manufacturing)是极端制造的另一极,是未来制造的新概念和新领域。微小化制造以最小的投入(省资源和节能)、最大的产出(高效率和低成本)建成最高性能的、环境友好的未来工厂,是劳动力、经验、智慧和技术的结晶。微小化制造的特征是将最少数量的资源和场地以及能源加以优化配置,生产高科技、高附加值产品。欧美和日本都已经将微小化制造列为今后10~20年产业战略发展规划的重点,其愿景是将工厂面积和能源消耗减少90%~98%、设备体积和投资降低到数百甚至上千分之一、资源利用率提高数十甚至上百倍,如图1所示。

微小化制造正在向我们大步走来。具有微尺度特征的微型装置在医疗设备、消费电子产品、航空航天和军工等产业的应用日益广泛,已经成为科学研究、产品创新和医疗保健不可或缺的精密装置。
这些微型器件往往由具有三维复杂结构特征、采用不同工程材料、要求达到10-3~10-5的相对精度,并且由难以装夹、搬运和测量的零件组成。而且对其使用功能和可靠性的要求也越来越高。典型的微型装置和微型零件如图2所示。

目前,微型零件的加工主要有光刻加工和机械加工两种方式。光刻加工是以半导体制造工艺为基础,用于微电机系统(Micro Electro-mechanical Systems--MEMS)的制造。光刻技术虽然较为成熟,但存在被加工材料品种单一、加工设备昂贵等问题,且只能加工结构简单的二维或准三维零件,无法进行复杂三维微型零件的加工。
微型机床(Micro Machine Tools--MMT)和微加工(Micro Machining--MM)是将传统加工工艺及装备微型化,并用于微型零件批量生产的技术,也就是用小机床加工小工件的技术。微加工一般是指微型机床加工工件尺度范围在100~10mm、加工精度范围在0.1~1的金属或塑料零件的非光刻加工技术。桌面工厂(Desktop Factory--DTF)是由微型机床、微型机械手和输送装置等组成的微小化工厂。微型机床和桌面工厂发展的历程和不同年代的典型产品如图3所示。

2 微型机床
微型机床由于体积小、惯性质量小、发热量小,因此具有能耗低、柔性大、效率高的优点,可以减小微型装置生产线的全系统尺度规模,既可以节省能源又可以节省制造空间和资源,符合节能、环保的要求,是绿色制造的发展方向之一。
2.1 微型车削中心
日本NANO公司生产多种商品化微型机床,其MTS4S微型精密车削中心的外观和配置如图4所示。

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