机床的高精度化

今后随着进一步满足超微细精密加工的要求，将达到以肉眼几乎看不见的刀具进行切削的水平，届时甚至会无法通过目视来确认切削开始时的接近动作。今后必须要采取通过模拟及传感器等手段来防止刀具碰撞的措施。 ink media=screen href=”http://e-cuttech.com/magiczoomplus.css” type=text/css rel=stylesheet>

要想在高速旋转主轴的同时将刀具磨损降至数µm(退刀面磨损程度)、并实现长时间的切削，就必须对机床采取在加工微细形状时保持稳定的进给速度，并将切削时对刀头的冲击降至最小限度等对策。日本理化学研究所和沙迪克(Sodick)从2002年开始利用双方共同开发的试验机床展开了相关尝试。

实验机床利用主轴转速为20万rpm的空气涡轮驱动，为了提高刀具刀头的振动精度，采用了基于热装的直接卡紧方式。另外还通过在主轴上直接安装刀具，以防止刀具调整作业带来的误差累积，使振动精度和热变形控制在了0.3µm以内。驱动系统采用线性马达，加速度特性为X轴和Y轴1.5G、Z轴1G，可实现敏捷的进给动作。

顺便说明；普通的筒夹方式在高速旋转时振动精度为10µm～20µm，而只要改为热装方式便可改善至3µm～4µm。

以空气涡轮而非马达来驱动主轴是因为马达会成为发热源。如果是通常的粗刀具的话，用马达驱动不会有问题，但使用极细的刀具时，只要稍有热量影响，刀具就会发生热胀。由于切入量的设定原本就只有数µm，因此即使是数µm的刀具热胀，也需要防止。

根据实验机床获得的切削实验结果，沙迪克开发出了MC“AZ150”(2005年12月上市)和“AZ250”(2008年11月上市)。与原来的MC相比，实现了10倍以上的高效率，而且还能够在平均面粗糙度和形状上实现一位数纳米级精度的加工。这是采用主轴转速为12万rpm且Z轴方向的热变形量在1µm以下的低热变形主轴、基于全轴线性马达的双轴相对驱动进给机构，以及直接控制(以后会加以叙述)形成的新机轴。

两轴相对驱动进给机构配有与加工台为相同重量的副轴，可与加工台做反向运动。两者合起来的重心位置不会发生变化，可轻松抵消高速进给后紧急停止时所生产的振动。另外还导入了利用高频电磁感应加热的热装方式的刀具夹持装置，以及可对刀具切削刃部分进行非接触计测的系统(图1、图2)。

图1 采用热装方式的主轴轴头部的构造由NAKANISHI开发。通过高频电磁感应
线圈加热夹持部分后其口径就会扩大，因此可装卸刀具。加热时间为10～15秒。

图2 刀具的机内测定系统对刀具的磨损量进行非接触测定，得出修正量。工
件位置用接触式探针检测，探针本身也与刀具一样，以非接触方式进行测定。

今后随着进一步满足超微细精密加工的要求，将达到以肉眼几乎看不见的刀具进行切削的水平，届时甚至会无法通过目视来确认切削开始时的接近动作。刀具动作的指定将朝着由程序指令确定的方向发展，因此今后必须要采取通过模拟及传感器等手段来防止刀具碰撞的措施。另外，在解决机床与工件的热变形问题时，在加工部位周围流过切削液，或者在切削液中切削的做法将成为有效手段。由于对加工部位的温度很难进行直接控制，因此今后的目标是利用受温度管理的切削液来保持温度稳定。

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机床的高精度化

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