局部可重配置微小型车铣复合加工机床结构设计.pdf

局 部可重配置微小型车铣复合加工机床结构设计 术 李忠新 张之敬金鑫 北京理工大学， 北京 1 0 0 0 8 1 摘要 探讨了局部可重配置精密微小型车铣复合加工机床的总体设计技术 ， 设计了铣削总成、 双工位数控 转台、 Y B轴组件等主要功能模块 ， 并在此基础上组合调试了 4轴与 5轴车铣复合加工机床 。 关键词 局部可重配置 ； 微小型 ； 车铣复合加工 中图分类号 T G 7 0 6 文献标识码 A St r u c t u r e d e s i g n o f l o c a l s c a l e r e c o n f i g u r a b l e p r e c i s e mi c r o t u r n i n g mi l l i n g ma c h i n e t o o L I Z h o n g x i n ， Z H A N G Z h i j i n g ， J I N X i n B e i j i n g I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y ， B e i j i n g 1 0 0 0 8 1 ， C H N Ab s t r ac tTh e g e n e r M d e s i g n t e c h no l o g y o f l o c a ls c a l e r e c o n fig u r a b l e p r e c i s e mi c r o t u r n i ngmi l l i ng ma c h i n e t o o l i s r e s e a r c h e d，a n d t h e ma i n f u nc t i o n a l mo du l e s，s u c h a s mi l l i ng a s s e mb l y，n u me r i c a l c o n t r o l r o t a r y t a b l e w i t h t w o s t a t i o n s ， a n d Y B一 a x i s c o m p o n e n t s ， a r e d e s i g n e d ．T h e f o u r a x i s t u rni n g mi l l i n g ma - c h i n e t o o l a n d fi v ea x i s t u r n i n gmi l l i n g ma c h i n e t o o l a r e ma n u f a c t u r e d a n d t e s t e d． Ke y wo r d s l o c a l s c a l e RMT； mi c r o mi n i a t u r e； t u r n - mi l l i n g t e c h n o l o g y 随着微小型系统在航天航空、 汽车、 兵器 、 医疗器 械等领域中越来越广泛地应用 ， 如航空航天惯性部件、 微小发动机 、 微小武器部件以及精密 医疗器械等 的微 小型化、 轻量化要求越来越高， 对精密微小零件的制造 技术提出了更高的要求。利用切削加工在结构成形加 工和可加工材料多样性 等方面 的优势 ， 结合微型工厂 概念 ， 通过机床微小型化 以大规模并行方式搭建集成 微型制造系统 ， 将是一种经济可行 的加工技术方法。 微细加工技术属于精密加工范畴 ， 是指制造微小 尺寸 零 件 或 者 大 尺 寸 零 件 微 功 能 结 构 的 加 工 技 术 l I 2 ] 。精密微小型车铣复合加工技术则是定位于复 合加工的微细加工技术 ， 是针对 日益增 多的精密微小 复杂结构件加工难题而发展起来的先进加工技术 。在 精密微小型车铣复合加工机床设计中引入局部可重配 置概念lL 3 j ， 在实现微小 型零件完 整加 工的 同时 ， 使微 小型机床同时具备加工零件变化快速响应 的能力。 1 精密微小型车铣复合加工机床总体技术 精密微小型车铣复合加工机床总体技术包括机械 结构总体技术、 控制系统总体技术 、 可重配置模块技 术 、 精度控制技术、 工艺数据管理技术等 ， 如图 1 所示。 图 1 精密微小型车铣复合加工机床总体技 术 精密微小型车铣复合加工机床的机械结构总体技 术主要包括功能设计 与实现 、 机床行程及加工范围设 计与实现等方面。其 中， 功能设计 与实现主要 指体现 机床加工能力的伺服驱动轴与进给轴、 控制轴与联 动 轴 、 关键功能模块以及支撑辅助结构等的设计技术 ； 机 “ 高档数控机床与基础制造装备” 科技重大专项课题 精密复杂微小型结构件车铣磨多工艺复合加工关键技术 2 0 1 2 Z X 0 4 0 1 0 0 6 1 ； 北京理 工大学基 础研究 基金 微小 型挠性件精密复合加工理论与基础技术 B I T 2 0 1 3 0 3 4 2 0 3 4 4s 设计与研究 构， 其锁紧力矩达 1 4 0 N m， 可以满足定位与 晒 轴组 件加工状态对数控转台的锁紧要求。 图6 局部可重配置微小型复合加工机床Ⅵ瑚 组件 4 精密微小型 复合加工机床 的局 部可 重配 置性 表 1 可重配置机床相关几何精 度检测表 序号 检测事项 容许值 实测值 z方 向 在垂 直面 内 床 1 O． 0 5 mm／1 O 0 0 mm 0 ． 0 4 mm 身滑动的直线度 方 向 在垂 直 面 内 床 2 O ．0 5 ram／1 0 0 0 mm 0 ． 0 4 mm 身滑动的直线度 z方 向运 动的 轴 刀架 3 O． 0 2 mm／ 1 O 0 o mm 0 ． o o 6 mm 体 台面平行度 方 向运 动 的 轴刀 架 4 0． 0 0 5 ram／ 1 0 0 0 mm 0 ． 0 0 4 mm 体台面平行度 垂直 面 内 Z轴 刀架对 主 5 0 。 01 r a m／ 7 5 mm 0． 0 0 8 F f1 ．n l 轴轴心线 的平行度 水平 面 内 Z轴 刀架 对主 6 O ． 0 l ram／ 7 5 mm 0． 0 o 8 mm 轴轴心线 的平行度 水平 面 内 轴 刀架 对主 7 O ． O l ram／ 7 5 mm 0． o o 6 mm 轴轴心线 的垂直度 电主轴 轴 心线 与 y轴溜 8 O． O 1 ram／ 4 0 mm O． 0 o 8 mm 板垂直度 电主轴轴 心线 与 z轴溜 9 0． O1 mm／ 4 0 mm 0． o o 8 mm 板平行度 轴向加 工工位 ， y轴溜板 1 0 0． 01 ram／ 5 0 mm O． Ol 2 mm 与 z轴垂 直度 径向加工工位， y轴溜板 1 1 O． 01 mm／ 5 0 mm O ． o o 6 mm 与 z轴垂 直度 复合加工机床本体、 铣削总成、 双工位数控转 台、 凇 轴组件、 自动换刀刀库等功能模块共同组成 了局部 可重配置微小型车铣复合加工机床的可重配置功能模 块库 ， 通过不同功能模块的有机配置 ， 结合控制系统等 4 6 技术可构建不同的精密微小型车铣复合加工机床， 以 适应不 同的工件／ J n - r 要求和复合加工机床功能要求。 图 7为 由机床本体 、 铣削总成、 双工位数控转台等 主要机械功能模块构建的 4轴微小型车铣复合加工机 床， 其主要几何精度检测项目和检测结果如表 1 所示。 由机床本体、 轴组件等主要机械功能模块则可 构建 5轴精密微小型车铣复合加工机床。精密微小型 车铣复合加工机床均留有 自动换刀刀库的机械与控制 接口， 配置自 动换刀刀库功能模块后， 即可升级为4轴 精密微小型车铣复合加工中心或 5轴精密微小型车铣 复合加工 中心 ， 如表 2所示。 表2 局部可重配置复合／ j a - r - 机床主要机械功能模块配置表 配置情况 序号 功能模块 4 轴复合 4轴复合 5 轴复合 5轴复合 机床 中心 机床 中心 1 机床本体 、 ／ 、 ／ 、 ／ 、 ／ 2 铣削总成 、 ／ 、 ／ 3 双工位转台 、 ／ 、 ／ 4 阳 轴组件 、 ／ 、 ／ 5 自动换刀刀库 、 ／ 、 ／ 局部可重配置车铣复合加工机床配置不同的功能 模块或电主轴 ， 将具备 不 同的／ J n 3 艺能力 ， 如表 3 所示 。 表 3 局部可重配置微小 型车铣 复合J j u - r “ 机床工艺能力分析 机床配置轴 工 艺能力 X、Z、动 力 电 车削 ， 轴溜板扩展安装 电主轴可 进行 简单 的铣 主轴 削、 钻削等加工。 X 、 Z 、 C 定位 、 车削， 轴溜板扩展安装电主轴可进行键槽铣削 动力 电主轴 及沿车削主轴的钻削加工。 X、 Z、 C 分度 、 轮廓切削 、 空 间切 削、 旋转铣 削 或其他 相 对复 杂 动力 电主轴 的几何 型面加工 。 轮廓切削、 空间切削、 旋转铣削或其他相对复杂 、Z、 C、 l ， 的几何 型面0 n 3 ， 并 能实现偏离 中心线的几何 特 征加工。 可实现具有一定 角度 的 凹槽 和铣削特征 、 多 面体 、Z、 C、 y 、 曰 零件的一次装夹完整加工。 5 结语 为了进一步验证精密微小型车铣复合加工机床 的 加工能力 ， 利用研制的 4轴与 5轴精密微小型车铣复 合加工机床进行了微细轴、 球头轴、 微小涡轮、 微小乒 乓球拍、 微小神七模型、 挠性接头等典型微小工件的加 桨 ZU l0 O D 嘞n a n d R e s e a rc h 设计与研究 基于接近式光刻机的掩模移动曝光对准系统设计 木 佟军 民① ② 胡 松② ①许昌职业技术学院， 河南 许昌4 6 1 0 0 0 ； ②中国科学院光电技术研究所， 四川 成都6 1 0 2 0 9 摘要 提出了一种用于接近式光刻机的掩模移动曝光 CC D图象对准系统 ， 可以实现连续浮雕微光学元件 的制作。由一次预对准和一次精对准实现基片的安装定位 ， 先后通过两次预对准和两次精对准实 现掩模的两次安装定位。CC D图象对准系统由两支完全相同且相互独立的光路组成 。 各光路分别 照明掩模和基片上的标记后 。 清晰地呈现在 C C D 象面上 ， 采集卡将 C C D 采集到的数据送入计算 机 。 进行算法处理 。 给出 、 y 、 的偏差 。 从而调节掩模和基片的相对位置。该方案可 以获得优于 1 p m 的对准精度 ， 工作更为方便、 易升级为自动对准。 关键词 掩模移动曝光技术 接近式光刻机 ； 对准系统 ； 对准精度 中图分类号 T N 3 0 5 ． 7 文献标识码 A Al i g n me n t s y s t e m d e s i g n i n ma s k mo v i n g e x p o s u r e t e c h n i q u e b a s e d o n p r o x i mit y a l i g n e r T ONG J u n mi n ① ② 。 HU S o n g ② X u c h a n g V o c a t i o n a l C o l l e g e ， X u c h a n g 4 6 1 0 0 0 ，C H N； I n s t i t u t e o f O p t i c s a n d E l e c t r o n i c s ，C h i n e s e A c a d e m y o f S c i e n c e s ， C h e n g d u 6 1 0 2 0 9 ， C H N Abs t r a c tA CCD i ma g e a l i g n me n t s y s t e m o f ma s k mo v i n g e x p o s u r e b a s e d o n pr o x i mi t y ali g n e r i s p r o p o s e d a n d c a n ma k e t h e c o n t i n u o u s r e l i e f mi c r oo p t i c a l e l e me n t s ．T h e i n s t a l l a t i o n l o c a t i o n i s r e a l i z e d b y o n c e p r e - a l i g n me n t a nd a c c u r a t e a l i g n me n t ，t h e s e c o n d i n s t a l l a t i o n l o c a t i o n i s i mp l e me nt e d t h r o u g h t wi c e p r e ali g n me n t a n d a c c u r a t e a l i g n me n t ．CC D i ma g e a l i g n me n t s y s t e m i s c o mp o s e d b y t w o s a me l i g h t p a t h s ， a n d t h e l i g h t p a t hs a r e s e p a r a t e c o mp l e t e l y ． Ev e r y l i g h t p a t h i l l umi n a t e s r e s p e c t i v e l y t h e ma r k o n t h e ma s k a n d t h e s u b s t r a t e，a n d t h e i ma g e i s a p p e a r e d o n t he CCC i ma g e pl a n e ．Th e c a p t u r e c a r d s e n d s t h e d a t a c o l l e c t e d b y CC D t o t h e c o mp u t e r ，t h e c o mp u t e r p r o c e s s e s t h e d a t a a n d p r o v i d e s t h e d e v i a t i o n o f X， Y ， 0 ， t h e n t h e r e l a t i v e p o s i t o n b e t w e e n t h e m a s k a n d s u b s t r a t e c a n b e a d j u s t e d ．T h e s c h e me c a n g e t t he a l i g n me n t a c c u r a c y s u p e r i o r t o 1 Ix m ，a n d c a n wo r k mo r e c o n v e n i e n t l y a n d u pg r a de t o a u t oa l i g n m ent ． Ke y wor ds ma s k mo v i n g e x p o s u r e t e c h n i q u e；p r o x i mi t y a l i g ne r ； a l i g n me n t s y s t e m ； a l i g n me n t a c c u r a c y 掩模移动曝光技术既可以制作柱状阵列微光学元 件， 也可以制作旋转阵列微光学元件 卜 ， 在平行均匀 曝光光线 的作用下 ， 如果具有周期图形开 口函数的掩 模版相对 于涂有光刻胶的基片沿一个方 向匀速移 动， 工实验。局部可重配置微小型车铣复合加工机床不仅 具备了精密微小复杂结构件 的完整加工能力 ， 同时能 够保证精密微小复杂结构件 的加工精度 ， 是精密微小 复杂结构件加工的可靠工艺手段之一。 参考文献 [ 1 ] 袁哲俊 ， 王先逵． 精密和超精密加工 技术 [ M] ． 北京 机械工业 出版 社 ． 1 9 9 9 ． [ 2 1 王先逵． 精密复合加工技术f J ] ． 现代制造工程 。 2 0 1 2 2 1 6 ． 国家 自然科学基 6 1 3 7 6 1 1 0； 6 1 2 7 4 1 0 8 等 [ 3 J Z h a n g Z h ij i n g ， Z h o u Mi n， Y u a n We i 。 e t a1． Mo d e l i n g o f l o c a ls c ale RM T f o r me s o s e al e t u r nmi l l i n g t e c h n o l o g y [ M] ． Wu x i I E E E， 2 0 1 0 3 1 2 3l 5． 第一作者 李忠新 ， 男， 1 9 7 9年生， 博士， 高级实验 师， 主要从事数控加工技术与机床等方面的研究。 编辑 刘文元 收稿日 期 2 0 1 5 一 O 1 2 7 享 章 螭 一 _ _ _ 0 薯