微细车铣削加工机床的设计毕业设计.doc

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本科生毕业论文

微细车铣削加工机床的设计
The design of micro car milling machine tool

学生姓名

专 业
机械设计制造及其自动化
教 学 点
校 本 部
申请学位
无
指导教师

职称

答辩时间
年 月 日

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摘 要 I
abstract II
第1章 绪论 1
1.1 本课题的的研究背景及意义 1
1.2微细铣削加工国内外研究现状 1
1.3课题的主要内容 3
1.4本章小结 3
第2章 微细车铣削加工的原理与特点 3
2.1微细车铣削加工的原理 4
2.2微细车铣削加工的特点 6
2.3 本章小结 6
第3章 微细车铣削加工机床的总体结构设计 6
3.1普通机床的结构特性 7
3.1.1 铣床的类型及特点 7
1.卧式铣床：特点是主轴是水平的。 7
3.2微细车铣削机床的总体方案设计 7
3.3机床床身与工作台设计 8
3.4本章小结 10
第4章 机床关键模块设计与整体三维图绘制 10
4.1 Pro/Engineer三维软件简介 10
4.2微细车削模块设计 11
4.3微细铣削模块设计 13
4.4机床装配图与爆炸视图 15
综合上述的情况，该机床的整体三维结构图与爆炸视图如图4.5和4.6所示。 15
4.5本章小结 16
第5章 结论与展望 17

摘要
摘 要

在微制造加工领域,微铣削因具有加工材料的多样性和能实现三维曲面加工的独特优势,近年来受到国内外学者越来越广泛的关注。本文首先分析了微细车铣削加工技术的国内外研究现状，然后设计了微细车铣削加工机床，主要包括车削模块设计、铣削模块设计、床身结构设计以及工作台设计。最后，应用三维制图软件Pro/Engineer绘制微细车铣削加工机床的零件图和总体装配图。
关键词：微铣削加工；微车削加工；微细加工；设计；Pro/Engineer

I

ABSTRACT

ABSTRACT

In micro manufacturing field, micro lathing machining and micro milling machining have the unique advantages of machining more materials and realizing three-dimensional surface processing, and attract more and more attention in domestic and foreign scholars in recent years. Firstly, This paper analyzed the micro lathing machining technology and micro milling machining technology research status at home and abroad. Secondly, a machine tool on micro lathing machining and micro milling machining was designed, the machine tool mainly includs a lathing module, a milling module, a support structural module and a worktable. Finally, the parts drawing and assembly drawing of the machine tool were drawn by the 3D graphics software Pro/Engineer.
Key words: Micro milling machining; Micro lathing machining; Micro machining; design; Pro/Engineer

II

微细车铣削加工机床的设计
第1章 绪论
1.1 本课题的的研究背景及意义
随着我国科学技术的蓬勃发展，微小型化技术作为未来重要的军民两用技术，已经成为现代科技研究的前沿。在军用和民用各个领域都大量需求微米级尺度和中间尺度的三维结构器件，这类器件有些比较复杂，有些需要承受较高的载荷，有些对材料要求严格，用常规的机械加工方法难以实现。与传统的加工方法相比，微细铣削加工具有生产效率高；能加工任意微三维结构，故采用微细车铣加工进行微细制造的研究受到了研究学者的广泛重视。
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MEMS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MEMS技术、LIGA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。
1.2微细铣削加工国内外研究现状
1970年，日本Dutta[1] 等人提出了微型机床的概念，但当时这个概念并没有被广泛接受。1988年开始，日本微机械中心(MMC)推行了一个微制造技术研究计划，这个计划从1991年开始，一直持续到2000年。这个计划以桌面工厂的新理念为研究背景，一批微小型机床纷纷亮相，最初开发的微型车床如图1.1 (a)所示:该微型车床整体尺寸为32mmx25mmx30.5mm,整体质量仅有1000g； XY工作台运动由压电驱动器驱动；主轴电机额定功率为1.5W，最高转速能达到10000r/min；该微型车床加工黄铜时在进给方向上能够实现粗糙度1.55µm，圆跳动2.55µm；该车床能加工的工件最小直径能达到60µm。之后陆续研究出的微型铣床如图1.1 (b)(c) 所示，微型铣床:该微型床整体尺寸为119mmx119mmx102mm，主轴电机采用无刷直流伺服电机，功率为36W，最高转速达到20000rpm，能够夹持柄部直径3mm的铣刀进行平面铣削和钻孔。微型冲压机床:机床整体尺寸为111mmx66mmxl70mm，采用交流伺服电机，功率为l 00 W，能够提供3kN的冲压力。电机的旋转运动通过滚珠丝杠副和皮带轮转换成工作台的直线运动，冲压的速度和冲程都能数字控制[2] 。

（a） （b） （c）
图1.1微型车床
目前国内微细切削设备专用机床研发方面尚属初期，一些单位在微小型制造和微细切削技术方面开展了卓有成效的研究工作，国内的部分大学也进行初步的研究。国内的哈尔滨工业大学精密工程研究所、上海交通大学、北京理工大学等多所高校在超精密微细切削理论和技术研究方面取得了多项成果。
北京理工大学采用传统的车削方法和先进的车铣方法进行微细轴的切削加工试验，试验研究在自主设计的具有结构优势和加工特色的微小型车铣复合加工中心上进行，首先将这一技术应用于微小型零件的加工。该中心能独立完成车、铣、膛、磨、钻削的任务，同时还能实现独具特色的车铣加工功能，从根本上解决了车削时线速度太低的问题，能实现微细轴类零件正常的切削加工甚至高速切削加工。近年来，把微小型金属承载构件做为重点研究对象，对微小构件的三维加工和高频脉冲电加工技术进行研究，其中三维加工采用的C轴最高转速8,000rpm的精密微小型车铣加工中心，铣头主轴最高转速60,000 rpm，可四轴联动，重复定位精度达到国际同类水平。
沈阳理工大学在微细切削加工技术领域开展了多方面的研究，尤其是超精密加工、微细磨削和车铣加工技术处于国内领先水平，取得了一些重要的研究成果。在如图1.2所示的微小铣削机床上完成了微细铣削AISID2模具钢的切削试验，研究了各切削参数对表面形貌和切削力的影响程度及变化趋势。结果表明，每齿进给量对己加工表面形貌和切削力影响较大，而轴向切削深度和切削速度影响次之。在微细铣削工件表面上由于塑性变形而产生微细毛刺。

图1.2 微小型铣床
1.3课题的主要内容
了解微细车铣削加工的原理与方法，根据设计参数，设计机床的床身；接着，进行车削模块的结构设计与微细铣削模块结构的设计最后，应用PRO/E对设计的机床相关模块绘制零件图与装配图。具体如下：
1、研究国内外微细铣削加工技术的研究现状与微细铣削加工原理。根据国内外的研制方法对微细铣削机床进行整体构思。
2、制定机床总体结构设计方案。根据设计参数，设计机床床身。
3、微细车削模块和微细铣削模块设计。根据工作条件，选取主轴丶工作台和刀具，结合设计要求对机床进行设计。
4、应用三维软件Pro/Engineer画机床的零件图以及装配图。
1.4本章小结
介绍了本课题的研究意义及背景，简单综述了现在国内外微细车铣削加工的研究现状，最后，归纳了课题的主要研究内容。
第2章 微细车铣削加工的原理与特点
2.1微细车铣削加工的原理
铣削加工过程中，随着主轴带动刀具旋转及进给运动的进行，铣削加工过程进行。具体的切削过程如图2.1所示。

图2.1 铣削加工过程
图中 ae—径向切削深度(mm )；
ar一一轴向切削深度(mm)；
n—主轴转速(rev/min)；
fz一一每齿进给量(mm/tooth)；
vc—表面速度(m/min)；
vf—进给速度(m/min ) 。
相比于宏观尺度的铣削加工，微细铣削加工并不是宏观机械加工在尺度上简单的缩小，它具有以下显著的特征:
（1）尺寸效应
微细铣削加工的一个重要特征就是尺寸效应，也就是当切削厚度从几百微米减小到几微米(甚至更小)的时候，形成切屑所需的单位切削力非线性的增加，而且切削厚度越小，单位切削力增加得就越明显。研究尺寸效应产生的原因对微细铣削加工的广泛应用至关重要，但是到目前为止，尺寸效应产生的机理还缺乏成熟的理论解释。许多学者尝试用不同的机理来解释尺寸效应。Backer认为当塑性变形发生在一个很小的空间的时候，晶体位错运动的加剧是引起尺寸效应的原因[3]。Marusich认为当切削厚度减小的时候，由于刀屑接触面切削温度的降低而导致材料剪切强度的增加是产生尺寸效应的原因[4]。Fang建立了一个复杂的正交切削加工滑移线场模型，发现材料的剪切流动应力随切削厚度的变化而变动，他由此认为尺寸效应是一种基本的材料本构行为[5]。所以对微细铣削尺寸效应的研究，必须考虑刀具儿何形状和材料的微观结构，以及它们与铣削加工过程之问的关系。
（2）刀具切削刃钝圆半径的影响
宏观尺度铣削加工中，由于工件较大，加工特征尺寸也较大，允许的吃刀量就较大，刀具切削刃钝圆半径同切削厚度相比要小很多，此时刀具切削刃钝圆半径对加工过程的影响可以忽略不计[6]，如图2.2（a）所示。然而，当刀具尺寸减小时，由于刀具材料、刀具结构强度以及刀具制作工艺的限制，刀具的锋利度并不能够成比例提高。微铣削加工时每齿进给量通常低于几个微米，而硬质合金微铣刀通常有几个微米的切削刃钝圆半径，微铣削过程中的每齿进给量大致等于甚至小于刀具切削刃钝圆半径，切削刃钝圆半径对切削过程的影响已不容忽视，如图2.2（b）所示。

图2.2切削厚度与切削刃钝圆半径对比图
邓文君利用有限元分析软件Marc对切削加工过程进行了有限元模拟，指出在切削用量比较小的精加工中，切削刃钝圆半径不但影响切削力的大小，而且还影响各切削力分量之间的比例关系。
（3）工件材料的微观组织影响显著
微细铣削加工过程不同于常规铣削加工过程的另一个显著的特点是材料微观缺陷或材质不均匀性等微观结构的影响。对于传统切削过程研究，工件材料经常被认为是均匀和各向同性的，但是当铣削过程从宏观尺寸缩小到微细尺寸时，微铣削加工中起主要作用的因素与宏观铣削加工相比有很大不同。受加工机理和现有加工能力以及工业需求所决定，微铣削主要涉及微米级特征尺寸和精度，一般金属材料是由直径为数微米到数百微米的晶粒构成，当进给量小于晶粒尺寸时，实际切削过程表现为刀具对工件晶粒的微米级切削，在这种情况下，工件材料的微观组成、晶粒尺寸以及晶粒的力学性能等对加工过程有很大的影响，这时的切削相对于对一个个不连续体进行，切削的物理实质是切断材料分子、原子间的结合，实现原子或分子的去除，因而传统的以连续介质力学为基础的切削理论已不适用于微切削。此时切削加工从以剪切为主变化到以摩擦、挤压为主。刀具对工件材料的摩擦力占总切削力的比例加大，从而导致较多毛刺的形成，也将影响切屑的形成以及表面质量。因此微细铣削过程的研究必须考虑工件材料微观结构性能。
（4）主轴跳动的影响
在传统的宏观尺度铣削模型中，主轴跳动度的量值相对单齿进给量较小，其对铣削过程的影响通常忽略不计；而对于微细铣削，高速主轴的跳动度在1-5微米之问，受制造工艺的限制，无法随单齿进给量的减小而成比例减小，已与单齿进给量处于同一数量级，主轴跳动度直接影响到切屑成形过程[7]。对于微铣削加工通常采用的两齿微型铣刀，在铣削加工过程中，进给方向上往往只有一齿参与切削，传统铣削理论认为的多齿交替切削的假设不成立。
2.2微细车铣削加工的特点
铣削加工的工艺特点如下：
（1）断续加工。其相比较于车削加工，有切削冲击，因而需要考虑刀具承受冲击载荷的问题。
（2）开放式加工。其切削过程为开放式的，排屑比较容易。
（3）生产率较高。其为多齿工作，旋转运动利于高速铣削。
（4）刀齿散热条件较好。
（5）效率高。
2.3 本章小结
本章主要对微细铣削加工的基本理论进行了学习和研究，论述铣削加工四个机理包括尺寸效应丶刀具切削刃钝圆半径的影响丶工件材料的微观组织和主轴跳动的影响；简单叙述铣削加工的特点。
第3章 微细车铣削加工机床的总体结构设计
3.1普通机床的结构特性
普通车床是由主轴箱、进给箱、溜板箱、刀架、尾架、光杠、丝杠和床身。
车床是采用车刀进行车削加工的机床，主要用于加工内、外回转表面，端平面，螺纹面等。
车削加工中经常以工件的旋转为主运动，刀具的移动为进给运动，来完成车削加工。在普通机械加工设备的总数量中，车床占有较大比重，大约占总数量的1/4，是机械加工中最常用的设备之一。
加工刀具以车刀为主，还可采用各种孔加工刀具（如钻头、扩孔钻、绞刀等）和螺纹刀具（丝锥、板牙等），成形刀具等进行加工。
铣床是利用旋转的多刃刀具来进行切削的，故其具有效率高，加工范围广等特点，可铣平面，台阶，沟槽，成形面，特形沟槽，齿轮螺旋槽，牙嵌离合器，以及切断，和镗孔等。因此铣削加工在机械制造业中得到广泛的应用。
3.1.1 铣床的类型及特点
1.卧式铣床：特点是主轴是水平的。
2.立式铣床：它的主轴与工作台相互垂直，铣头与床身连成整体，主轴刚性好。
3.万能工具铣床：有两个主轴，可以加工各种角度，比较复杂的型面，工作台能在相互垂直的平面内旋转一定的角度。
4.龙门铣床。
5.铣床及其主要附件。
（1）铣刀，圆柱铣刀、三面刃铣刀、锯片铣刀、角度铣刀、成形铣刀、立铣刀、端铣刀、键槽铣刀。
（2）平口钳 ，适合夹小型零件，如装夹轴类零件铣键槽。
6.顺铣与逆铣
铣削有顺铣与逆铣两种方式。铣刀对工件的作用力在进给方向上的分力与工件进给方向相同的铣削方式，称为顺铣；铣刀对工件的作用力在进给方向上的分力与工件进给方向相反的铣削方式，称为逆铣。
3.2微细车铣削机床的总体方案设计
微细铣削加工系统的组成与普通切削加工系统类似，主要由运动工作台、主轴、伺服进给系统和切削刀具等组成，控制工作台和主轴通过X、Y和Z轴的相对运动即可实现三维结构的加工。然而，机床微小型化过程中会出现各种新的问题，将会带来新的理论与工艺技术的难题。例如，对于机床进给系统，由于刀具尺寸的缩小和主轴转速的提高，实际加工中走刀轨迹复杂程度提高，需要驱动单元具有较高的加工速度和加减速度，传统的滚珠丝杠加旋转电机的驱动方式明显难以满足需要。所以需要具有亚微米甚至纳米级定位精度的超精密运动平台、具有亚微米级回转精度的高速主轴单元以及具有与被加工微小零件尺寸相应的微细铣削刀具等。同时，为了获得制造的高柔性、高效率及低成本，开发与所加工的微小零件尺寸特征相适应的小型机床及其相关系统具有极其重要的意义。总之，机床的微小型化不仅包括传统机床部件或子系统的简单缩小比例，而且更为重要的是需要适合于微小型化的新部件或子系统。
3.2.1 微细铣削加工对机床系统的要求
微细铣削加工对微铣削机床系统提出了如下要求：
（1）X、Y和Z方向运动平台实现三轴联动，具有三维加工能力。
（2）主轴部件具有高转速和高回转精度。
（3）伺服系统能驱动工作台实现快速进给运动及亚微米级精度定位。
（4）具有微铣削加工过程监测能力。
3.3机床床身与工作台设计
3.3.1 床身的结构要求
机床的床身是整个机床的基础支承件，用来放置导轨、主轴箱等重要部件。为了满足数控机床的高速度丶高精度丶高生产率丶高可靠性和高自动化程度的要求，与普通机床相比。数控机床有更高的静丶动刚度和更好的抗振性。数控机床的床身一般有以下3个主要方面的要求:
(1)高精度和精度保持性
在床身上有很多安装零部件的加工面和运动部件的导轨面，这些面本身的精度和相互位置精度都要求很高，而且能够长时间的保持。
(2)有足够的静,动刚度
静刚度包括:床身的自身结构刚度,局部刚度和接触刚度，都应该采取相应的措施，最后达到有较高的刚度一质量比。动刚度直接影响机床的动态特性，可以适当提高固有频率，增加阻尼等方法避免共振以及噪音等等。
(3)热稳定性
对数控机床来说，尤其是高精度的数控机床，热稳定性己经成为了一个突出的问题，在设计上要做到使整机的热变形较小，或使热变形对加工的影响较小。
3.3.2床身的结构设计
主要目标是构建一台适合于三维微细铣削的微小型数控铣床。本机床身、纵向横向移动滑台、上下移动滑台及电动机等主要部件。机床采用立式三坐标结构配置，包括X，Y二维工作台带动工件实现X，Y两个方向的直线运动和垂直布置的Z向工作台带动安装于其上的高速铣削主轴子系统作上下的直线运动，互不干扰。床身采用了具有低热膨胀系数和高隔振性的铸铁材料以提高机床的热稳定性，同时采用了被动式空气弹簧作为隔振元件的减隔振系统，进一步提高了机床的抗振能力。机床本体尺寸为X向50mm,Y向100mm,Z向80mm。

图3.1 机床底座

3.3.3工作台的设计
工作台的定位精度决定了所加工工件的精度，因此对于微细加工来说，工作台的选择尤为重要。本设计采用了德国PI的超高精密三轴运动平台，该平台可提供X，Y，Z三个方向的运动，X 丶Y方向行程分别为25mm丶60mm, Z方向行程为70mm，三个方向的运动定位精度为1µm。该平台具有如下优点:
（1）高的重复定位精度，双向重复定位精度高达0.5µm。
（2）内部使用了超精密滚珠丝杠，定位精度可达1µm。
（3）该平台课承受高达20kg的载荷，完全满足要求。

图3.2 PI三维实物图

3.4本章小结
主要介绍了普通机床的结构特性，微细车铣削机床床身设计和工作台的设计并用proe进行三维建模 ，并根据要求对所需零件进行选型。
第4章 机床关键模块设计与整体三维图绘制
4.1 Pro/Engineer三维软件简介
Pro/Engineer操作软件是美国参数技术公司（PTC)旗下的CAD/CAM/CAE一体化的三维软件。Pro/Engineer软件以参数化著称，是参数化技术的最早应用者，在目前的三维造型软件领域中占有着重要地位。Pro/Engineer作为当今世界机械CAD/CAE/CAM领域的新标准而得到业界的认可和推广，是主流的CAD/CAM/CAE软件之一，特别是在国内产品设计领域占据重要位置。
Pro/E第一个提出了参数化设计的概念，并且采用了单一数据库来解决特征的相关性问题。此外，它采用模块化方式，用户可以根据自身的需要进行选择，而不用安装所有模块。Pro/E的基于特征方式，能够将设计至生产全过程集成到一起，实现并行工程设计。它不但可以应用于工作站，而且也可以应用到单机上。
Pro/E采用了模块方式，可以分别进行草图绘制、零件制作、装配设计、钣金设计、加工处理等，保证用户可以按照自己的需要进行选择使用。
（一）参数化设计
相对于产品而言，我们可以把它看成几何模型，而无论多么复杂的几何模型，都可以分解成有限数量的构成特征，而每一种构成特征，都可以用有限的参数完全约束，这就是参数化的基本概念。但是无法在零件模块下隐藏实体特征。
（二）基于特征建模
Pro/E是基于特征的实体模型化系统，工程设计人员采用具有智能特性的基于特征的功能去生成模型，如腔、壳、倒角及圆角，您可以随意勾画草图，轻易改变模型。这一功能特性给工程设计者提供了在设计上从未有过的简易和灵活。
（三） 单一数据库（全相关）
Pro/Engineer是建立在统一基层上的数据库上，不像一些传统的CAD/CAM系统建立在多个数据库上。所谓单一数据库，就是工程中的资料全部来自一个库，使得每一个独立用户在为一件产品造型而工作，不管他是哪一个部门的。换言之，在整个设计过程的任何一处发生改动，亦可以前后反应在整个设计过程的相关环节上。例如，一旦工程详图有改变，NC（数控）工具路径也会自动更新；组装工程图如有任何变动，也完全同样反应在整个三维模型上。这种独特的数据结构与工程设计的完整的结合，使得一件产品的设计结合起来。这一优点，使得设计更优化，成品质量高，产品能更好地推向市场，价格也更便宜。
4.2微细车削模块设计
该系统采用立式布局，主轴夹具安装在Z向电动平台的托板上，随着电动平台的上下运动而运动，工件安装于主轴端部夹持部位。Z向滑台固定于大理石平台上面，大理石具有相当好的隔震功能，对微细加工有着很好的与外界环境隔离作用。压电陶瓷微动平台安装于手动平台上，用于提供微量进给。
微细车削模块主要设计的要求如下:
（1）X，Y运动平台可以很方便的实现对刀操作，具有较高的定位精度，有足够多大行程。
（2）主轴具有较高的转速和回转精度。
（3）微进给系统要求具有较高的分辨率、定位精度以及重复定位精度，具有良好的频率，能够进行快速进给，并且平台要有较高的刚度。
（4）Z向电动平台具有较高的直线度和定位精度。
（5）Z向运动平台需配备光栅尺进行，进行伺服反馈控制。
（6）机床需配备高分辨率的视频监控系统，通过电脑软件实时监控切削状况。
（7）实现微纳米的切削需要较高的环境条件，采用良好的隔震系统。
4.2.1 微细车削模块总体结构设计及部件选取
（1）主轴系统
主轴是超精密微细加工的关键部件，主轴转速直接影响加工效率，主轴的精度直接影响微细加工的精度，因此主轴是精密微细加工的核心部件。本设计将微细车削和微细铣削主轴设计成同一根主轴，这样在减少了空间的同时，也减少了成本。
（2）空气供给主轴冷却润滑系统
主轴的润滑系统采用主轴配套专用日本产AL-0304过滤器，该过滤器的过滤精度为0.3pm的超高精度。最大不能超过1. 5MPa的气体通过此过滤器。当空气进入过滤器经过第一个储气罐干燥过滤后流入第二个储气罐，在第二个储气罐里面存有主轴专用润滑油，空气通过的时候与润滑油混合，最终排出的气体为润滑油与空气的混合气体，最后输入到空气主轴驱动主轴旋转。
（3）隔震系统
根据设计要求，如图4.1为设计采用的光学隔震平台，该平台具有以下优点:
1、外框采用刚性强、变形小、焊接性能好的优质中碳钢板。
2、隔振层利用固有频率低、租振性能强的蜂窝结构材料，能最大限度控制振动的响应。
3、面板采用高导磁不锈钢板，精磨后具有实用、美观和耐磨等特点。
4、隔振支架采用复合材料，固体阻尼隔振，结构稳固可靠，适用于环境震动良好的实验场所。
5、调节支撑部分采用耐磨丝杆和平面推力球轴承，使用时轻松可靠。

图 4.1 光学隔震平台
(4) 压电微进给系统
目前能实现微位移平台进给的驱动方式主要有以下几种方式:①机械传动、②弹性变形驱动、③热变形驱动、④流体膜变驱动、⑤磁致伸缩驱动、⑥电致伸缩驱动。本微车削模块进给系统主要采用“宏微复合”的思路进行设计。宏微复合的原理是采用较低精度的宏定位系统实现大行程的运动，其定位精度由高定位精度的微定位系统补偿，从而使系统即得到了大行程的位移，又得到了较高的定位精度。本机床微动系统采用压电陶瓷式微定位平台，压电陶瓷微动平台的工作原理主要是墓于逆压电效应，通过电场强度的大小来控制压电陶瓷产生微小位移。通过柔性铰链连接支撑传动，实现工作台面沿X轴方向作一维微纳米的微小移动。不过压电陶瓷驱动平台也有一些缺点如:压电平台的进给进行过小、具有迟滞效应等，因此如果不加以控制将无法保证很高的定位精度。
4.3微细铣削模块设计
当三维工作台正对铣削主轴时，即为铣削工位，此时主轴配合三维工作台可进行微细铣削加工。微细车削与微细铣削共用同一根主轴，使得成本大大降低，操作变得相对简单，在微细车削转换成微细铣削时，需要将车削时主轴端部夹持的工件换成微细铣刀。
4.3.1 工件夹具
台钳是用来夹持被加工工件的装置，要求对被加工工件夹持后，能够达到准确定位，保障足够的直角度和平行度，并要求夹持牢靠无滑动。
本微型数控铣床设计精密台钳，如图4.2所示重量为13.5 kg台钳尺寸:20x6x10mm3，自重1.2 kg，最大可夹持重量为13.5 kg，最大可夹持厚度 15mm。采用SKS材料，硬度可达HRC600。该精密台钳采用独特的扳手锁扣型设计，通过在45℃下前方向施加夹持力防止工件浮起，确保了夹持定位可靠滑移。

图 4.2 台钳
4.3.2 刀具冷却系统
铣削加工过程中，刀具高速旋转进行切削的过程中，会产生大量的热量，如果这些热量长时间产生而不及时传递出去，将影响刀具的强度，刀具十分容易损坏，因此，很有必要对刀具进行冷却，同时，在进行微细铣削加工过程中，需要适时观察切削加工的状态，切屑必须及时清洗，考虑到以上两点，刀具的冷却选用空气冷却，一方面能及时带走加工过程中产生的热量，另一方面将切屑吹走，便于观察。
由上述分析，本文所研制的微型数控铣床选用美国依爱(EXAIR)公司生产的刀具冷却枪系统，如图4.3所示，该冷却枪系统由涡旋管组成，涡旋管使普通压缩空气变成冷热两股低压气流。热气流被抑制器抑制住，从热气出口排出。冷气流也被抑制反向从万向管排出。该万向管即直接指向需冷却的部位。压缩空气可冷却到零下300度。另外，该冷却枪系统安装方便，可将冷却空气直接引向刀头，实现刀具的冷却，延长刀具寿命

图 4.3 可调冷却系统
4.3.3 微径铣刀
本机床采用了株洲钻石牌微径铣刀，刀柄直径为1.5mm。刃往0.5mm,刃数为2刃,刀具材料为硬质合金，该刀具能实现从高余属去除旋的粗加工到高精度、高表而质股的精加工。如图4.4为该铣刀实物图。

图 4.4 微径铣刀
4.4机床装配图与爆炸视图
综合上述的情况，该机床的整体三维结构图与爆炸视图如图4.5和4.6所示。

图4.5微型铣床
图 4.6 铣床的爆炸图
4.5本章小结
介绍了Pro/Engineer三维软件简介，对微细切削模块和微细铣削模块进行设计，还对机床整体结构进行三维建模。

第5章 结论与展望
本文通过对国内外微细铣削加工历史及现状的研究，结合自身的目标和要求，设计了一个微细车铣削加工的机床，开展了微细铣削方面的实验研究。主要总结如下：
（1）仔细研究了微细铣削加工领域的国内外研究现状，了解了微细铣削加工的应用领域和研究背景。
（2）研究了微细铣削加工的基本理论和特点，了解微细车铣削加工的过程。
（3）了解铣床的结构，应用Pro/E软件平台对车床床身总体结构进行了设计，设计了微细铣削加工机床床身丶台钳丶主轴和铣刀等系统.。
（4） 微细车削模块可以满足对刀所需的大行程，又可以满足微细加工所需的微米级进给行程。
（5）微细铣削模块采用了超高速主轴，主轴转速150000r/min，利用国外先进的运动平台一PI三维运动平台，实现三维联动控制，直线度可达0.111 M，采用了株洲钻石牌微径铣刀。

参考文献:

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附件:

微型铣床总装配图