微型數(shù)控銑床設(shè)計(jì)

火火大火大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）開題報(bào)告論文題目：微型數(shù)控銑床結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)學(xué) 院專業(yè)、班級(jí)：學(xué)生姓名：指導(dǎo)教師（職稱）：一、選題依據(jù)題目：微型數(shù)控銑床（立式）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。研究領(lǐng)域：微型立式數(shù)控銑床的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)工作的理論意義和應(yīng)用價(jià)值：傳統(tǒng)的加工系統(tǒng)中，即使最終產(chǎn)品的尺寸很小，機(jī)床與其所加工、裝配的零件尺寸相比還是很大。比如手表、照相機(jī)，手機(jī)等零件一般長(zhǎng)幾毫米、重幾毫克，而使用的機(jī)床卻達(dá)幾米。而機(jī)床的動(dòng)力和材料消耗近似地與其體積成正比，因此配置與其所加工零件尺寸不相稱的大機(jī)床，浪費(fèi)了能源、空間和資源。再者，由于航空航天、電子、醫(yī)療等行業(yè)和部門，有許多微小零件采用傳統(tǒng)機(jī)床無(wú)法加工或加工困難，尤其在空間狹小、微重力、真空等特殊環(huán)境下，必須由微型機(jī)床實(shí)現(xiàn)。設(shè)計(jì)微型數(shù)控銑床具有體積小、精度高、重量輕、能耗低、靈敏度高、性能穩(wěn)定慣性小等優(yōu)點(diǎn)，可以大大節(jié)省生產(chǎn)中的能源、空間和資源。而且微型數(shù)控銑床具有集微型機(jī)構(gòu)，微型傳感器特點(diǎn)，不但可以加工高精度的各種微小零件，甚至可以加工通信電路和電源等微型器件或系統(tǒng)［1、2］。目前研究的概況和發(fā)展趨勢(shì)：近年來(lái)，隨著航空航天、國(guó)防工業(yè)、微電子技術(shù)、生物醫(yī)療裝備技術(shù)的發(fā)展，民用和國(guó)防等領(lǐng)域?qū)Ω鞣N微小型化產(chǎn)品的需求不斷增加，對(duì)微型制造機(jī)械的要求也越來(lái)越高，國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家早已開始了對(duì)微型機(jī)械的研究，美國(guó)MIT、Berkeley、Stanford和NSF的15名科學(xué)家在上世紀(jì)八十年代末提出“小機(jī)器、大機(jī)遇：關(guān)于新興領(lǐng)域一微動(dòng)力學(xué)的報(bào)告”的國(guó)家建議書，聲稱“由于微動(dòng)力學(xué)（微系統(tǒng)）在美國(guó)的緊迫性，應(yīng)在這樣一個(gè)新的重要技術(shù)領(lǐng)域與其它國(guó)家的競(jìng)爭(zhēng)中走在前面”，建議中央財(cái)政預(yù)支費(fèi)用為5000萬(wàn)美元，得到美國(guó)領(lǐng)導(dǎo)機(jī)構(gòu)重視，連續(xù)大力投資，并把航空航天、信息和MENS作為技術(shù)發(fā)展的三大重點(diǎn)，1998年開始，資助MIT,加州大學(xué)等八所大學(xué)和貝爾實(shí)驗(yàn)室從事這一領(lǐng)域的研究與發(fā)展。日本通產(chǎn)省1991年開始啟動(dòng)一項(xiàng)為期10年、耗資250億日元的微型機(jī)械大型研究計(jì)劃。歐洲工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家也相繼對(duì)微型機(jī)械的研究開發(fā)進(jìn)行了重點(diǎn)投資，德國(guó)自1998年開始微加工十年計(jì)劃項(xiàng)目，科技部每年撥款4萬(wàn)馬克支持”微系統(tǒng)技術(shù)”研究，并把微型機(jī)械列為本世紀(jì)科技發(fā)展重點(diǎn)。法國(guó)也于1993年啟動(dòng)7000萬(wàn)法郎的“微系統(tǒng)與技術(shù)”項(xiàng)目。為了加強(qiáng)歐洲開發(fā)MENS的力量，一些歐洲公司已組成MENS開發(fā)集團(tuán)。這些發(fā)達(dá)國(guó)家在微型數(shù)控銑床領(lǐng)域取得了豐碩的成果，日本通產(chǎn)省工業(yè)技術(shù)院技術(shù)研究所（MEL）于1996年開發(fā)了世界第一臺(tái)微型車床，這臺(tái)微型機(jī)床長(zhǎng)32mm、寬25mm、高，重量為100g，主軸電機(jī)額定功率為，切削黃銅獲得表面粗糙度，圓度，隨后經(jīng)過(guò)改進(jìn)采用由OlympusOpticalCo.,Ltd.開發(fā)的微型線性編碼器檢測(cè)滑動(dòng)導(dǎo)軌的運(yùn)動(dòng)，通過(guò)閉環(huán)控制運(yùn)動(dòng)分辨率達(dá)，同時(shí)裝備了袖珍式用戶數(shù)控裝置，提高了加工精度和柔性，成為目前世界上最小的微型數(shù)控車床。加工直徑D200um黃銅圓柱體，表面粗糙度約為，圓柱度誤差約為。試驗(yàn)中的功率消耗低于普通機(jī)床的1/500。MEL研制出的微型銑床甚至可以加工出外徑①900um,內(nèi)徑為①700um的軸承套。韓國(guó)首爾國(guó)立大學(xué)的學(xué)者等人研制了一臺(tái)五軸微型銑床，該銑床尺寸規(guī)格為294mmX220mmX328mm，具有三個(gè)直線平臺(tái)，二個(gè)旋轉(zhuǎn)平臺(tái)，主軸為空氣渦輪主軸，并用此微型銑床加工了一些微型薄壁(厚度25^m,高650^m)和微立柱(30^mX30^mX320^m),顯示出了很好的加工性能。日本金滬大學(xué)從3維微小型零件加工的角度出發(fā)也研制了一臺(tái)與微小零件相匹配的微型機(jī)床，這臺(tái)微型機(jī)床可以放在光學(xué)顯微鏡下觀察加工情況，最小進(jìn)給分辨率可達(dá)4nm。日本通產(chǎn)省工業(yè)技術(shù)院機(jī)械技術(shù)研究所研究了機(jī)床大幅度小型化的節(jié)能效果后認(rèn)為:機(jī)床尺寸縮小為1/10時(shí)，車間動(dòng)力消耗可減少到1/100。我國(guó)對(duì)微型數(shù)控機(jī)床的研究才剛剛起步，目前僅哈爾濱工業(yè)大學(xué)、南京航空航天大學(xué)和上海交通大學(xué)的科研院所開展了相關(guān)方面的研究我國(guó)有很多機(jī)構(gòu)對(duì)微型機(jī)床開展了相應(yīng)的研究，哈爾濱工業(yè)大學(xué)精密工程研究所研制的微型精密三軸聯(lián)動(dòng)立式銑床被用戶滿意接受，該銑床建立了問(wèn)嵌入PC型開放式跑數(shù)控系統(tǒng)，開發(fā)了界面友好的控制軟件并集成了視頻采集模塊。但與國(guó)外的技術(shù)相比還存在很大差距，我國(guó)研制的微型數(shù)控機(jī)床在穩(wěn)定性、精度、靈敏度的特性與國(guó)外還相差很遠(yuǎn)。隨著隨著各種工業(yè)產(chǎn)品的微型化激戰(zhàn)以及微機(jī)電系統(tǒng)應(yīng)用的日益廣泛，數(shù)控機(jī)床的微型化也開始提到日程上來(lái)。1995年全球微型機(jī)械的銷售額為15億美元，有人預(yù)計(jì)到2020年，相關(guān)產(chǎn)品產(chǎn)值將達(dá)到800億美元，顯然微型機(jī)械及其加工技術(shù)有著巨大的市場(chǎng)和經(jīng)濟(jì)效益。⑶[4]微型立式數(shù)控銑床不是傳統(tǒng)數(shù)控銑床直接微型化，它遠(yuǎn)超出了傳統(tǒng)銑床的概念和范疇。微型數(shù)控銑床在尺度效應(yīng)、結(jié)構(gòu)、材料、制造方法和工作原理等方面，都與傳統(tǒng)銑床截然不同。微系統(tǒng)的尺度效應(yīng)、物理特性研究、設(shè)計(jì)、制造和測(cè)試研究是微系統(tǒng)領(lǐng)域的重要研究?jī)?nèi)容。微系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)、微型機(jī)械組裝和封裝技術(shù)、微系統(tǒng)的表征和測(cè)試技術(shù)是微型立式數(shù)控銑床發(fā)展的幾個(gè)前沿技術(shù)，微系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)主要是微結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)、有限元和邊界分析、CAD/CAM仿真和擬實(shí)技術(shù)、微系統(tǒng)建模等，微小型化的尺寸效應(yīng)和微小型理論基礎(chǔ)研究也是設(shè)計(jì)研究不可缺少的課題，如：力的尺寸效應(yīng)、微結(jié)構(gòu)表面效應(yīng)、微觀摩擦機(jī)理、熱傳導(dǎo)、誤差效應(yīng)和微構(gòu)件材料性能等。微型機(jī)械組裝和封裝技術(shù)主要指沾接材料的粘接、硅玻璃靜電封接、硅硅鍵合技術(shù)和自對(duì)準(zhǔn)組裝技術(shù)，具有三維可動(dòng)部件的封裝技術(shù)、真空封裝技術(shù)等新封裝技術(shù)的探索。微系統(tǒng)的表征和測(cè)試技術(shù)主要有結(jié)構(gòu)材料特性測(cè)試技術(shù)，微小力學(xué)、電學(xué)等物理量的測(cè)量技術(shù)，微型器件和微型系統(tǒng)性能的表征和測(cè)試技術(shù)，微型系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性測(cè)試技術(shù)，微型器件和微型系統(tǒng)可靠性的測(cè)量與評(píng)價(jià)技術(shù)。微型立式數(shù)控銑床的發(fā)展趨勢(shì)主要體現(xiàn)在如下幾個(gè)方面：由于微型數(shù)控銑床尺寸的微小化，機(jī)構(gòu)的機(jī)械性能、運(yùn)動(dòng)特性以及各種物理特性等基礎(chǔ)理論技術(shù)方面的問(wèn)題急需解決，借助計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)微型設(shè)備、裝備或機(jī)構(gòu)建模、仿真、優(yōu)化等，以提供一個(gè)微型化的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。吸收其它相關(guān)學(xué)科的研究成果，開發(fā)新型功能材料，研制能耗低、尺寸小。集成度高的結(jié)構(gòu)，使執(zhí)行元件及傳動(dòng)裝置不斷微型化。開展微型化、高性能化、復(fù)合化功能裝置以及控制系統(tǒng)和相應(yīng)傳感器的研究。狹小空間內(nèi)的精細(xì)操作、微組裝技術(shù)，以微型化、低耗能化為目標(biāo)的加工與組裝一體化技術(shù)的研究?？梢酝ㄟ^(guò)提高CNC系統(tǒng)控制精度、誤差補(bǔ)償技術(shù)實(shí)現(xiàn)高精度的加工，即賦予立式微型數(shù)控銑床自優(yōu)化、自監(jiān)控、自診斷和預(yù)維護(hù)功能，機(jī)床加工過(guò)程是在一系列尺寸、溫度和振動(dòng)傳感器的監(jiān)視下進(jìn)行的，在偏離設(shè)定值時(shí)會(huì)自動(dòng)調(diào)整工作參數(shù)，超出極限值時(shí)能夠報(bào)警或停止工作。如此之外，微型立式數(shù)控銑床還應(yīng)朝著高速化和高精度的方向發(fā)展。所謂高速化包括主軸轉(zhuǎn)速的高速化，進(jìn)給率的進(jìn)給速率高，運(yùn)算速度高以及高速的換刀速度。隨著汽車、國(guó)防、航空、航天等工業(yè)的高速發(fā)展以及鋁合金等新材料的應(yīng)用，對(duì)微型數(shù)控銑床加工的高速化要求越來(lái)越高。微型數(shù)控銑床精度的要求不局限于靜態(tài)的幾何精度，機(jī)床的運(yùn)動(dòng)精度、熱變形以及對(duì)振動(dòng)的監(jiān)測(cè)和補(bǔ)償越來(lái)越獲得重視?？梢酝ㄟ^(guò)提高CNC系統(tǒng)控制精度、誤差補(bǔ)償技術(shù)實(shí)現(xiàn)高精度?？梢酝ㄟ^(guò)實(shí)現(xiàn)多軸聯(lián)動(dòng)提高自由度從而實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜零件的加工［5］。微型機(jī)械技術(shù)是20世紀(jì)末興起、21世紀(jì)初開始快速發(fā)展的高科技前沿領(lǐng)域。隨著微型機(jī)械的研究進(jìn)展，其在機(jī)、電、光等系統(tǒng)集成方面的內(nèi)涵將更加豐富。與不同學(xué)科的交叉和應(yīng)用的結(jié)合，微型機(jī)械技術(shù)都可能產(chǎn)生相應(yīng)的分支及新的研究開發(fā)熱點(diǎn)，帶動(dòng)新的學(xué)科和新科技的發(fā)展。這個(gè)領(lǐng)域已經(jīng)受到世界各先進(jìn)國(guó)家的廣泛重視。它的現(xiàn)實(shí)及潛在的應(yīng)用將會(huì)給國(guó)民經(jīng)濟(jì)和國(guó)家安全帶來(lái)巨大的好處，在全球范圍內(nèi)，市場(chǎng)呈指數(shù)上升的趨勢(shì)，在我國(guó)也將成為國(guó)民經(jīng)濟(jì)新的增長(zhǎng)點(diǎn)。二、設(shè)計(jì)研究的內(nèi)容重點(diǎn)解決的問(wèn)題對(duì)微型立式數(shù)控銑床總體方案的設(shè)計(jì)。完成運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。擬開展研究的幾個(gè)主要方面（論文寫作大綱或設(shè)計(jì)思路）。微型立式數(shù)控銑床的總體方案設(shè)計(jì)。微型立式數(shù)控銑床的主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。微型立式數(shù)控銑床進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。微型立式數(shù)控銑床的導(dǎo)軌設(shè)計(jì)。微型立式數(shù)控銑床回轉(zhuǎn)工作臺(tái)。微型立式數(shù)控銑床輔助裝置設(shè)計(jì)［6、7］。設(shè)計(jì)預(yù)期取得的成果完成微型立式數(shù)控銑床進(jìn)行總體結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)，依據(jù)總體設(shè)計(jì)方案確定出微型立式數(shù)控銑床各部件的主要技術(shù)參數(shù)，完成各部分零部件的選型，根據(jù)選型的零件和總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案完成微型立式數(shù)控銑床的總裝配圖、微型立式數(shù)控銑床的三維結(jié)構(gòu)圖，完成整個(gè)課題設(shè)計(jì)任務(wù)，以及詳細(xì)的說(shuō)明書一份。三、設(shè)計(jì)工作安排擬采用的主要研究方法（技術(shù)路線或設(shè)計(jì)參數(shù)）；首先閱讀大量相關(guān)文獻(xiàn)資料，教材及新聞背景資料，包括機(jī)械設(shè)計(jì)的原理及方法，微型數(shù)控銑床現(xiàn)有技術(shù)水準(zhǔn)，國(guó)際水平探討方面的書籍、報(bào)刊，對(duì)微型數(shù)控銑床的結(jié)構(gòu)有一定的了解，本課題的設(shè)計(jì)，首先應(yīng)初步估算工作臺(tái)的重量、最大行程、及銑削工件的最大切削力，進(jìn)行機(jī)床總體布局；確定主要技術(shù)參數(shù)，完成機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)及主軸部件的設(shè)計(jì)，主傳動(dòng)系統(tǒng)是由主軸電動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)系統(tǒng)和主軸部件組成，完成滾珠絲杠、導(dǎo)軌、步進(jìn)電機(jī)、減速裝置的設(shè)計(jì)；主軸組件是由主軸、軸承、傳動(dòng)件和固定件等部分組成。最后完成伺服進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)［8］。設(shè)計(jì)進(jìn)度計(jì)劃第一周?第二周：查閱資料，完成開題報(bào)告。第三周?第四周：查找一篇與本課題相關(guān)的外文文獻(xiàn)，完成外文翻譯。第五周?第六周：學(xué)習(xí)掌握微型機(jī)床結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和要求，提出微型銑床總體設(shè)計(jì)方^^。第七周?第八周：根據(jù)總體設(shè)計(jì)方案，確定主要技術(shù)參數(shù)。第九周?第十周：查閱各部件各部分的選型零件，詳細(xì)到各零件的技術(shù)參，進(jìn)行零件的選型。完成主傳動(dòng)系統(tǒng)、進(jìn)給系統(tǒng)、導(dǎo)軌、輔助裝置的方案設(shè)計(jì)。第十一周?第十二周：根據(jù)選型的零件和總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，完成總裝配草圖。第十三周?第十四周：整理上述草圖設(shè)計(jì)工作，完成微型銑床的三維結(jié)構(gòu)圖形表達(dá)。第十五周：整理數(shù)據(jù)，撰寫、修改設(shè)計(jì)說(shuō)明書；打印。第十六周：答辯。四、需要閱讀的參考文獻(xiàn)王琪民.微型機(jī)械導(dǎo)論[M].北京：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社.2003:36-86董愛(ài)梅.教學(xué)型微型銑床的機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].機(jī)械研究與應(yīng)用,2005,7（2）:24-28孫雅洲.微型化制造設(shè)備與微型制造系統(tǒng)[J].中國(guó)機(jī)械工程,2002,12（4） :6-11溫詩(shī)鑄,丁建寧.微型機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)研究[J].機(jī)械工程學(xué)報(bào),2000,34（07）:15-17朱騫彬.微型機(jī)械加工技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢(shì)及其關(guān)鍵技術(shù)[J].精密制造與自動(dòng)化,2002,27（02）:46-48文懷興.數(shù)控銑床設(shè)計(jì)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社.2005:18-64.王愛(ài)玲.現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)[M].北京:國(guó)防工業(yè)出版社.第二版.2009:34-79李善術(shù).數(shù)控機(jī)床及其應(yīng)用[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版.2001:57-112王貴明.數(shù)控實(shí)用技術(shù)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社.2001:28-67孫恒,陳作模.機(jī)械原理[M].北京:高等教育出版社.第七版.2005:278-292李洪.實(shí)用機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].沈陽(yáng):遼寧科技技術(shù)出版社.1999:57-92陳心昭.現(xiàn)代適用機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社.2006:37-67蒲良貴，紀(jì)明剛.機(jī)械設(shè)計(jì)[M].北京:高等教育出版社.第八版.2005:143-269龔仲華.數(shù)控技術(shù)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社.2005:11-63.林琳,石勇.UGNXC機(jī)械設(shè)計(jì)典型范例[M].北京：電子工業(yè)出版社.2007馮辛安.機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社.第二版.2006:55-197李文忠.數(shù)控機(jī)床原理及應(yīng)用[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社.2007:39-76李紅濤，來(lái)新民，李成鋒等.介觀尺度微型銑床動(dòng)力學(xué)性能試驗(yàn)[J].上海交通大學(xué)報(bào),2008,13（7）:97-103張霖,趙東標(biāo)，張建明等.微細(xì)切削用小型數(shù)控銑床的研制[J].東南大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）,2007,25（1）:19-23HyungWookBin.Multi-proceduredesignoptimizationandanalysis[J].2010,13(5):135-141Je,D.etalstudyoftheMicroPolestrucyureFabricationandApplicationTechonlogybyMicroEnd-MillingProcessKeyEngineeringaterials[J].2004,25(9):247-153附：文獻(xiàn)綜述或報(bào)告文獻(xiàn)綜述數(shù)控技術(shù)是利用數(shù)字化信息對(duì)機(jī)械運(yùn)動(dòng)及加工過(guò)程進(jìn)行控制的一種方法。由于現(xiàn)代數(shù)控都采用了計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制，因此也可以稱為計(jì)算機(jī)數(shù)控（CNC）。數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用不但給傳統(tǒng)制造業(yè)帶來(lái)了革命性的變化，使制造業(yè)成為工業(yè)化的象征，而且隨著數(shù)控技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大，他對(duì)國(guó)計(jì)民生的一些重要行業(yè)（IT、汽車、輕工、醫(yī)療等）的發(fā)展起著越來(lái)越重要的作用，因?yàn)檫@些行業(yè)所需裝備的數(shù)字化已是現(xiàn)代發(fā)展的大趨勢(shì)。采用數(shù)控技術(shù)進(jìn)行控制的機(jī)床，稱為數(shù)控機(jī)床。美國(guó)麻省理工學(xué)院于1952年成功研制了世界上第一臺(tái)數(shù)控銑床。它是一種綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、精密測(cè)量技術(shù)和機(jī)床設(shè)計(jì)等先進(jìn)技術(shù)的典型機(jī)電一體化產(chǎn)品。1955年用于制造航空零件的數(shù)控銑床正式問(wèn)世！以后其他一些工業(yè)國(guó)家，如德國(guó)，日本，英國(guó)，俄羅斯等相繼開始開發(fā)，研制和應(yīng)用數(shù)控機(jī)床。我國(guó)于1958年研制出第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床，1966年研制出晶體管數(shù)控系統(tǒng)，并生產(chǎn)出數(shù)控銑床。數(shù)控機(jī)床的水平代表了當(dāng)前數(shù)控技術(shù)的性能、水平和發(fā)展方向。數(shù)控機(jī)床主要由控制介質(zhì)、數(shù)控裝置、伺服系統(tǒng)和機(jī)床本體四個(gè)部分組成?？刂平橘|(zhì)是以指令的形式記載各種加工信息，如零件加工的工藝過(guò)程、工藝參數(shù)和刀具運(yùn)動(dòng)等，將這些信息輸入到數(shù)控裝置，控制數(shù)控機(jī)床對(duì)零件切削加工。數(shù)控裝置是數(shù)控機(jī)床的核心，其功能是接受輸入的加工信息，經(jīng)過(guò)數(shù)控裝置的系統(tǒng)軟件和邏輯電路進(jìn)行譯碼、運(yùn)算和邏輯處理，向伺服系統(tǒng)發(fā)出相應(yīng)的脈沖，并通過(guò)伺服系統(tǒng)控制機(jī)床運(yùn)動(dòng)部件按加工指令運(yùn)動(dòng)。伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)由伺服電機(jī)和伺服驅(qū)動(dòng)裝置組成，通常所說(shuō)數(shù)控系統(tǒng)是指數(shù)控裝置與伺服系統(tǒng)的集成，因此說(shuō)伺服系統(tǒng)是數(shù)控系統(tǒng)的執(zhí)行系統(tǒng)。數(shù)控裝置發(fā)出的速度和位移指令控制執(zhí)行部件按進(jìn)給速度和進(jìn)給方向位移。每個(gè)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的執(zhí)行部件都配備一套伺服系統(tǒng)，有的伺服系統(tǒng)還有位置測(cè)量裝置，直接或間接測(cè)量執(zhí)行部件的實(shí)際位移量，并反饋給數(shù)控裝置，對(duì)加工的誤差進(jìn)行補(bǔ)償。機(jī)床本體數(shù)控機(jī)床的本體與普通機(jī)床基本類似，不同之處是數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、剛性好，傳動(dòng)系統(tǒng)采用滾珠絲杠代替普通機(jī)床的絲杠和齒條傳動(dòng)，主軸變速系統(tǒng)簡(jiǎn)化了齒輪箱，普遍采用變頻調(diào)速和伺服控制。數(shù)控技術(shù)的問(wèn)世已有40多年的歷史，它是由機(jī)械學(xué)、控制學(xué)、電子學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)四大基礎(chǔ)學(xué)科發(fā)展起來(lái)的一門綜合性新型學(xué)科。技術(shù)發(fā)展的需要對(duì)21世紀(jì)的數(shù)控技術(shù)提出了更高的要求。高速化、高精度化、高可靠性、復(fù)合化、智能化、柔性化、集成化和開放性是當(dāng)今數(shù)控機(jī)床行業(yè)的主要發(fā)展方向［9］。傳統(tǒng)的加工系統(tǒng)中，即使最終產(chǎn)品的尺寸很小，機(jī)床與其所加工、裝配的零件尺寸相比還是很大。比如手表、照相機(jī)，手機(jī)等零件一般長(zhǎng)幾毫米、重幾毫克，而使用的機(jī)床卻達(dá)幾米。小型化產(chǎn)品的零件尺寸一般為幾毫米，幾何特征尺寸只有幾十至幾百微米，屬于介觀尺度的范圍，在機(jī)械加工領(lǐng)域，關(guān)于介觀尺度普遍認(rèn)可的定義是指介于宏觀尺度和微觀尺度之間，幾何特征尺寸范圍為的零件。將傳統(tǒng)的機(jī)械加工技術(shù)應(yīng)用于小型化加工領(lǐng)域而誕生的微細(xì)制造技術(shù)，采用微型機(jī)床系統(tǒng)，一方面可以減少熱變形誤差，提高響應(yīng)速度進(jìn)而達(dá)到較高的相對(duì)精度。另一方面，運(yùn)用在宏觀尺度機(jī)械加工中積累的成熟經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)并加以創(chuàng)新，可加工具有復(fù)雜3D形狀、任意材料的零件，既適合中小批量生產(chǎn)，又可通過(guò)機(jī)床的合理優(yōu)化配置進(jìn)行大批量產(chǎn)品的加工與制造。機(jī)床的動(dòng)力和材料消耗近似地與其體積成正比，因此配置與其所加工零件尺寸相稱的微型機(jī)床，可以大大節(jié)省能源、空間和資源。再者，由于航空航天、電子、醫(yī)療等行業(yè)和部門，有許多微小零件采用傳統(tǒng)機(jī)床無(wú)法加工或加工困難，尤其在空間狹小、微重力、真空等特殊環(huán)境下，必須由微型機(jī)床實(shí)現(xiàn)。設(shè)計(jì)微型立式數(shù)控銑床具有體積小、精度高、重量輕、能耗低、靈敏度高、性能穩(wěn)定慣性小等優(yōu)點(diǎn)，可以大大節(jié)省生產(chǎn)中的能源、空間和資源。而且微型數(shù)控銑床具有集微型機(jī)構(gòu)，微型傳感器特點(diǎn)，不但可以加工高精度的各種微小零件，甚至可以加工通信電路和電源等微型器件或系統(tǒng)。目前的微細(xì)銑削加工中，微型零件大多是在常規(guī)尺寸的超精密機(jī)床上加工出來(lái)的。由于這些常規(guī)尺寸的精密機(jī)床本來(lái)主要是用于高精度大尺寸零件的精密/超精密加工，在小批量的微型零件生產(chǎn)方面顯得缺乏柔性、成本高、消耗的能源和空間與微型零件不相稱，為此美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)于2000年專門主辦了“微米與中間尺度機(jī)械制造”專題研討會(huì)，探討了精密三維微型零件的加工方法和設(shè)備?，F(xiàn)在，許多國(guó)家學(xué)者已經(jīng)開始了微小型機(jī)床的研究工作并取得了豐碩的成果，日本通產(chǎn)省工業(yè)技術(shù)院技術(shù)研究所（MEL）于1996年開發(fā)了世界第一臺(tái)微型車床，這臺(tái)微型機(jī)床長(zhǎng)32mm、寬25mm、高，重量為100g，主軸電機(jī)額定功率為，切削黃銅獲得表面粗糙度，圓度，隨后經(jīng)過(guò)改進(jìn)采用由OlympusOpticalCo.,Ltd.開發(fā)的微型線性編碼器檢測(cè)滑動(dòng)導(dǎo)軌的運(yùn)動(dòng)，通過(guò)閉環(huán)控制運(yùn)動(dòng)分辨率達(dá)，同時(shí)裝備了袖珍式用戶數(shù)控裝置，提高了加工精度和柔性，成為目前世界上最小的微型數(shù)控車床。加工直徑D200um黃銅圓柱體，表面粗糙度約為，圓柱度誤差約為。試驗(yàn)中的功率消耗低于普通機(jī)床的1/500。MEL研制出的微型銑床甚至可以加工出外徑①900um,內(nèi)徑為①700um的軸承套。日本金滬大學(xué)從3維微小型零件加工的角度出發(fā)也研制了一臺(tái)與微小零件相匹配的微型機(jī)床，這臺(tái)微型機(jī)床可以放在光學(xué)顯微鏡下觀察加工情況，最小進(jìn)給分辨率可達(dá)4nm。韓國(guó)首爾國(guó)立大學(xué)的學(xué)者等人研制了一臺(tái)五軸微型銑床（294mmX220mmX328mm，具有三個(gè)直線平臺(tái)，二個(gè)旋轉(zhuǎn)平臺(tái)，主軸為空氣渦輪主軸），并用此微型銑床加工了一些微型薄壁（厚度25|im,高650^m）和微立柱（30|imX30|imX320|jm）,顯示出了很好的加工性能。日本通產(chǎn)省工業(yè)技術(shù)院機(jī)械技術(shù)研究所研究了機(jī)床大幅度小型化的節(jié)能效果后認(rèn)為：機(jī)床尺寸縮小為1/10時(shí)，車間動(dòng)力消耗可減少到1/100。我國(guó)有很多機(jī)構(gòu)對(duì)微型機(jī)床開展了相應(yīng)的研究，已奠定了一定的加工基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)制造的數(shù)控機(jī)床可以進(jìn)行硅平面加工和體硅加工、LIGA等的加工。微型立式數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)組成與傳統(tǒng)數(shù)控機(jī)床沒(méi)有太大區(qū)別，微型機(jī)床是將各功能單元集成到一起的一個(gè)微小自制單元，但它不是傳統(tǒng)機(jī)械體積的簡(jiǎn)單縮小。傳統(tǒng)機(jī)械復(fù)雜部分的微小化十分困難，智能化、集成化的機(jī)械更不容易實(shí)現(xiàn)。設(shè)計(jì)微型機(jī)床系統(tǒng)不必追求復(fù)雜的機(jī)械結(jié)構(gòu)，而應(yīng)該注重用多個(gè)簡(jiǎn)單的機(jī)械元件完成復(fù)雜的工作。微型立式數(shù)控銑床的發(fā)展趨勢(shì)主要體現(xiàn)在如下幾個(gè)方面，由于微型數(shù)控銑床尺寸的微小化，機(jī)構(gòu)的機(jī)械性能、運(yùn)動(dòng)特性以及各種物理特性等基礎(chǔ)理論技術(shù)方面的問(wèn)題急需解決，借助計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)微型設(shè)備、裝備或機(jī)構(gòu)建模、仿真、優(yōu)化等，以提供一個(gè)微型化的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。吸收其它相關(guān)學(xué)科的研究成果，開發(fā)新型功能材料，研制能耗低、尺寸小。集成度高的結(jié)構(gòu)，使執(zhí)行元件及傳動(dòng)裝置不斷微型化。開展微型化、高性能化、復(fù)合化功能裝置以及控制系統(tǒng)和相應(yīng)傳感器的研究。狹小空間內(nèi)的精細(xì)操作、微組裝技術(shù)，以微型化、低耗能化為目標(biāo)的加工與組裝一體化技術(shù)的研究。可以通過(guò)提高CNC系統(tǒng)控制精度、誤差補(bǔ)償技術(shù)實(shí)現(xiàn)高精度的加工。如此之外，微型立式數(shù)控銑床還應(yīng)朝著高速化和高精度的方向發(fā)展。所謂高速化包括主軸轉(zhuǎn)速的高速化，進(jìn)給率的進(jìn)給速率高，運(yùn)算速度高以及高速的換刀速度。隨著汽車、國(guó)防、航空、航天等工業(yè)的高速發(fā)展以及鋁合金等新材料的應(yīng)用，對(duì)微型數(shù)控銑床加工的高速化要求越來(lái)越高。微型數(shù)控銑床精度的要求不局限于靜態(tài)的幾何精度，機(jī)床的運(yùn)動(dòng)精度、熱變形以及對(duì)振動(dòng)的監(jiān)測(cè)和補(bǔ)償越來(lái)越獲得重視?？梢酝ㄟ^(guò)提高CNC系統(tǒng)控制精度、誤差補(bǔ)償技術(shù)實(shí)現(xiàn)高精度。可以通過(guò)實(shí)現(xiàn)多軸聯(lián)動(dòng)提高自由度從而實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜零件的加工［5］。微型數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)時(shí)有幾點(diǎn)需要特別注意：微型機(jī)械中起主導(dǎo)作用的是表面力，我們知道體積力（如重力、