微型化加工和超精密加工機(jī)床行業(yè)是一個(gè)雖然不大但是很精細(xì)的行業(yè)。在德國(guó)，大約有5~6家企業(yè)可以提供這種在成形精度和表面質(zhì)量方面達(dá)到納米級(jí)的高精密機(jī)床。據(jù)位于Salem的Kugler有限責(zé)任公司股東總經(jīng)理Lothar Kugler估計(jì)，在德國(guó)，微型化和超精密機(jī)床按價(jià)值計(jì)算的市場(chǎng)容量大約為1500萬(wàn)歐元。在爭(zhēng)取客戶的過(guò)程中，外國(guó)的競(jìng)爭(zhēng)者，特別是美國(guó)的制造商們扮演著非常重要的角色。Kugler在論述其原因時(shí)說(shuō)道：“從傳統(tǒng)意義上講，美國(guó)制造商在超精密切削加工方面要領(lǐng)先一步，因?yàn)槭撬麄冊(cè)谲娛录夹g(shù)中開發(fā)了這種高科技的機(jī)器，他們?cè)诖酥羞M(jìn)行了許多投資并不斷地進(jìn)行開發(fā)工作。”德國(guó)的制造廠商們?cè)谲娛录夹g(shù)的應(yīng)用方面過(guò)于保守，并因此錯(cuò)失了在金剛石車削和銑削方面和先進(jìn)技術(shù)接軌的機(jī)會(huì)。但是他認(rèn)為，這并不涉及微型化加工。“我認(rèn)為，在這方面，我們要比美國(guó)企業(yè)先進(jìn)得多。日本企業(yè)也是我們應(yīng)當(dāng)認(rèn)真對(duì)待的競(jìng)爭(zhēng)者。”

Kugler有限責(zé)任公司股東總經(jīng)理Lothar Kugler說(shuō)：

“能夠進(jìn)行切削加工和激光加工(laser oem)的組合機(jī)床是發(fā)展的趨勢(shì)。”

在談到增長(zhǎng)率方面的問(wèn)題時(shí)，Kugler認(rèn)為：“在可以用微型化和超精密機(jī)床加工的產(chǎn)品以兩位數(shù)的增長(zhǎng)率增加的同時(shí)，機(jī)床的增長(zhǎng)率卻是一位數(shù)。”按照他的觀點(diǎn)，此中原因在于一些沒(méi)有解決的問(wèn)題。“例如，如果涉及到要將一個(gè)30mm的銑刀進(jìn)行可重復(fù)地裝夾，同時(shí)具有很高的同心性精度的話，那么對(duì)目前可使用的主軸來(lái)說(shuō)要求就過(guò)高了。”另一個(gè)問(wèn)題是主軸升溫的問(wèn)題，這個(gè)問(wèn)題目前還不能按照使用所謂的“納米銑刀”進(jìn)行超精密加工的要求進(jìn)行控制。Aachen的Frauenhof 生產(chǎn)技術(shù)研究所的超精密機(jī)床組組長(zhǎng)Christian Wenzel也認(rèn)為：“熱穩(wěn)定性問(wèn)題是最困難的課題之一。”他把對(duì)超精密加工機(jī)床的要求歸結(jié)為以下幾點(diǎn)：“特別高的定位和重復(fù)精度，非常高的軸的相互位置精度以及很好的減振性能。”因此靜液壓或加預(yù)應(yīng)力的氣體靜力導(dǎo)向裝置是不可放棄的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備，或根據(jù)應(yīng)用情況采用直線電動(dòng)機(jī)等等。#p#分頁(yè)標(biāo)題#e#

帶有轉(zhuǎn)矩電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)－擺動(dòng)裝置有一個(gè)360°的旋轉(zhuǎn)軸和一個(gè)±100°的擺動(dòng)軸

可以達(dá)到4～5nm的表面光潔度

在加工中幾乎全部使用單晶體金剛石的切削刀具。這種切削材料的優(yōu)點(diǎn)是其硬度特別高，而且可以產(chǎn)生出具有原子狀態(tài)銳度的切削刃。只有具備在亞微米范圍的切削刃銳度，才可以制造出具有光學(xué)質(zhì)量的只有幾個(gè)納米的光潔度表面。Wenzel說(shuō)：“使用一個(gè)很好的協(xié)調(diào)的系統(tǒng)是可以達(dá)到4～5nm的表面光潔度的。”形狀精度取決于要制造的工件的外部形狀。他說(shuō)：“平面加工的形狀精度約為100nm～100mm之間。”

Wenzel說(shuō)：“采用超精密加工主要為了直接制造光學(xué)鏡組，如接觸透鏡和激光鏡組等，或者為了制造注塑模具。并可以普遍地對(duì)塑料和有色金屬材料進(jìn)行切削加工，如黃銅、銅、鋁、鎳等。” 令超精密加工廠商遺憾的是，因?yàn)榻饎偸吞加兄芨叩挠H和性，因此它不能用于加工鋼材。Kugler說(shuō)道：“目前這是不可能的。當(dāng)然，研究人員正在著手解決這個(gè)問(wèn)題。例如，使用金剛石刀具進(jìn)行超聲波支持的鋼材加工。”目前仍在采用替代技術(shù)，如研磨、激光加工(laser oem)或鋼材涂層等。

TDM －1150型超精密車床可以對(duì)直徑最大為300mm、長(zhǎng)度最大為#p#分頁(yè)標(biāo)題#e#1500mm、

晶體結(jié)構(gòu)尺寸為3～200mm的成形輥筒進(jìn)行結(jié)構(gòu)加工

組合機(jī)床是發(fā)展趨勢(shì)

激光加工(laser oem)可以作為獨(dú)立的工藝方法使用，也可以和研磨結(jié)合采用，在此種情況下用激光打平工件表面上的磨紋。據(jù)Kugler估計(jì)，能夠進(jìn)行切削加工和激光加工(laser oem)的組合機(jī)床是發(fā)展的趨勢(shì)。

在微型化加工時(shí)，工件和刀具的裝卸輸送可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，與此不同的是，超精密加工機(jī)床的裝卸輸送還是人工作業(yè)。預(yù)計(jì)這一點(diǎn)正在補(bǔ)救解決，Kugler說(shuō)：“我們正在和生產(chǎn)技術(shù)研究所合作，設(shè)法用機(jī)器人自動(dòng)并可重復(fù)地更換直徑為微米范圍的刀具。”目前使用的最小刀具直徑在30mm之下。

其他研究項(xiàng)目的宗旨在于加強(qiáng)德國(guó)制造商的競(jìng)爭(zhēng)能力。例如，一個(gè)課題小組在“微型結(jié)構(gòu)”項(xiàng)目的框架內(nèi)正在研制一臺(tái)對(duì)輥筒進(jìn)行超精密加工的機(jī)床。想要加工直徑為200~600mm、長(zhǎng)度為500~2000mm，晶體結(jié)構(gòu)尺寸為5~150mm的輥筒。機(jī)床需配備高精密度的金剛石刀具測(cè)量裝置，以便實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化更換刀具。該項(xiàng)目執(zhí)行單位Karlsruhe研究中心的Michael Petzold 說(shuō)：“該項(xiàng)目進(jìn)展很快，已經(jīng)可以制造和試驗(yàn)一臺(tái)展示型機(jī)器了。”Kugler在他的產(chǎn)品目錄中已經(jīng)列上了一種輥筒車床：TDM －1150型超精密車床，可以對(duì)直徑最大為300mm、長(zhǎng)度最大為1500mm、晶體結(jié)構(gòu)尺寸為3~200mm的輥筒進(jìn)行結(jié)構(gòu)加工。研制小組的最新產(chǎn)品是一個(gè)能滿足超精密加工要求的小型旋轉(zhuǎn)－擺動(dòng)裝置，該裝置帶有能產(chǎn)生高動(dòng)能的高轉(zhuǎn)矩電動(dòng)機(jī)。“我認(rèn)為，我們是世界上惟一能提供這種產(chǎn)品的廠家。”#p#分頁(yè)標(biāo)題#e#