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如今零件不僅變得越來(lái)越小，同時(shí)它們包括的部件越來(lái)越多，以提供更多機能。制作小而復雜的零件需要采用微型刀具進(jìn)行加工，這種刀具為非標刀具，同時(shí)極易變形和破損。用于微細加工的刀具不會(huì )與大尺寸刀具一樣對切削環(huán)境做出反應。
有大量影響該過(guò)程基本機制的微細加工問(wèn)題，這些問(wèn)題與采用大規格刀具加工時(shí)存在的問(wèn)題有著(zhù)本質(zhì)區別。這些問(wèn)題包括，切屑形成過(guò)程中發(fā)生的變化、切削力變化、過(guò)程中的異常振動(dòng)和非穩定性以及加工表面的形成和特征等。
微型零件在航空、汽車(chē)、生物醫學(xué)、電子、信息技術(shù)、光學(xué)及電信行業(yè)等領(lǐng)域具有大量應用。為了降低成本，大部分微型零件都是用模具制造的。模具制造廠(chǎng)家面臨著(zhù)各種挑戰，包括采用稀有材料直至專(zhuān)用模具涂層，用直徑為0.002英寸(50μm)直徑的刀具銑削零件，用0.00078英寸(20μm)的電極絲進(jìn)行電火花加工，以及實(shí)現“潛水艇”級精度等。如今許多零件設計帶有尺寸不到100μm的特征——僅僅比人的頭發(fā)絲略大一點(diǎn)。
對于這么小的零件和特征尺寸，精度就有了新的含義。例如，±0.0002英寸(±5μm)的公差，對于尺寸為0.2英寸的零件，與相對于尺寸為0.002英寸的零件而言，肯定是有很大差異的。
位于以色列GivatShmuel的Cimatron有限公司是一個(gè)CAD/CAM軟件供應廠(chǎng)家，其工程主管HariSridharan說(shuō)：“為了實(shí)現微細加工中所要求的質(zhì)量和精度，在滿(mǎn)足經(jīng)濟和商業(yè)方面限制的同時(shí)，還必須對整個(gè)制造鏈實(shí)現優(yōu)化和同步化。”隨著(zhù)簡(jiǎn)單和中等復雜度的模具生產(chǎn)被轉移到勞動(dòng)力價(jià)格低廉的國家，美國與歐洲的模具制造廠(chǎng)家轉而采用越來(lái)越先進(jìn)的技術(shù)，諸如微型模具及微細銑削，以保持自己的競爭勢頭。
CimatronE軟件帶有內置式針對微細銑削表面而優(yōu)化的高速切削策略及其他專(zhuān)用加工功能。
小零件，大挑戰
在這方面存在的主要挑戰包括：對由微型部件組成的模具進(jìn)行直接銑削以及制造EDM微型電極。與微細銑削相關(guān)的挑戰包括采用直徑小至100μm甚至更小的微細刀具，主軸轉速高達150,000rpm，表面粗糙度達0.2μm(0.0000078英寸)。同時(shí)，由于對具有微細結構的精細零件進(jìn)行拋光往往是不現實(shí)的，因此，微細銑削需要進(jìn)行無(wú)拋光加工。
微型刀具為什么會(huì )變形和破損與常規銑削相比，在進(jìn)行微細銑削加工時(shí)，刀具更容易變形和破損。新加坡Suwa精密工程有限公司的主管KenYap認為，微型加工刀具更易破損有三個(gè)主要原因。
第一，在加工過(guò)程中去除金屬時(shí)，隨著(zhù)切屑厚度降低，所需要的比能大大提高。這一點(diǎn)意味著(zhù)，對于微細加工，采用小切深、隨著(zhù)切屑變薄，微細刀具刀尖受到的阻力要比常規加工中的大。這就好像在微細加工中工件材料變得越來(lái)越硬。這種阻力足夠大，從而甚至在刀具產(chǎn)生任何明顯磨損前就超出了刀尖的彎曲強度極限，并且可能導致刀尖產(chǎn)生破損。防止這種現象的一種方式是確保切屑厚度小于刀尖刃部半徑。
第二，在微細銑削過(guò)程中因切屑堵塞而引起的切削力和應力劇烈上升也可能引起刀尖破損。在大部分采用帶兩個(gè)切削刃的微型刀尖的微細銑削操作中，每個(gè)切削刃都是在轉半圈時(shí)就從切削區去除切屑。但是，如果發(fā)生切屑堵塞現象，則在若干次刀具旋轉過(guò)程中，切削力和應力上升到超出刀尖彎曲強度極限，那么刀具就會(huì )破損。為此，某些用戶(hù)更喜歡采用高速鋼刀具，因為與硬質(zhì)合金刀具相比，它們更軟，可以更好地容忍切屑堵塞的存在。
第三個(gè)原因是，刀尖因切削刃變厚而損失了自己的刃口，無(wú)法高效加工。隨著(zhù)工件開(kāi)始沖擊刀尖頂部，刀尖發(fā)生輕微變形。刀具變形的增加以及因每轉銑削而產(chǎn)生的應力最終引起刀尖破損。該過(guò)程也被稱(chēng)作徹底破損。
由于這些現象的存在，大部分用于微細銑削的機床都配備傳感器(用于測量作用在刀尖上力的大小)以及高級CAM軟件(在整個(gè)微細加工過(guò)程中預測切屑負荷)。
Titex精密刀具推出的Alpha2Plus微型鉆，采用外部冷卻，帶有優(yōu)化的切屑槽及刀尖幾何結構。新的產(chǎn)品系列直徑有80種規格，范圍為0.5mm(0.019685英寸)～2.9mm(0.1141732英寸)。
CAD/CAM要求
為了實(shí)現微觀(guān)尺寸以及微細加工所需要的極端精度，不能通過(guò)簡(jiǎn)單地縮小銑床、刀夾及刀具尺寸來(lái)達到此目的。同樣，軟件必須針對微細過(guò)程而諧調和優(yōu)化。采用正確的精度、平整度及連續性形成并修改幾何形狀僅僅是微型零件CAD解決方案的入門(mén)點(diǎn)。CAM系統必須可以處理嚴密的公差及超精加工。由于操作員無(wú)法干預而預防刀具破損，軟件在整個(gè)加工過(guò)程中必須精確考慮切屑負載。
Cimatron已經(jīng)推出了一款用于微細銑削加工的NC軟件解決方案——隨CimatronE7.0產(chǎn)品包提供。在該解決方案于2005年發(fā)行時(shí)，公司稱(chēng)，該軟件是微細銑削的第一款商用解決方案。該軟件是Cimatron參與一個(gè)微細銑削研究項目——由歐共體贊助，德國亞琛的Fraunhofer生產(chǎn)技術(shù)研究所(IPT)主持——的產(chǎn)物。
由于手動(dòng)拋光不是微細銑削的一個(gè)選項，Cimatron軟件支持無(wú)拋光加工式高速銑削。為了避免刀具破損的風(fēng)險，減少空切動(dòng)作，維持刀具負荷和延長(cháng)刀具壽命，該軟件會(huì )不斷自動(dòng)記錄剩余毛坯的詳細情況，甚至在微型部件水平上也如此。該軟件支持5軸傾斜操作，從而可以用錐度刀具加工較深的區域。借助將刀具從材料上傾斜開(kāi)去的本領(lǐng)，可以采用較短的刀具進(jìn)行加工。但是，由于連續5軸銑削當前沒(méi)有3軸銑削那么精密，因此在采用連續5軸加工進(jìn)行微細銑削時(shí)，必須仔細驗證機床規格及實(shí)際性能。該軟件的其他特征包括一種經(jīng)過(guò)優(yōu)化的銑削策略以及帶有精確(0.001μm)表面生成和修改工具的內置式CAD。
