如今零件不僅變得越來越小，同時它們包括的部件越來越多，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行加工，這種刀具為非標刀具，同時極易變形和破損。用于微細加工的刀具不會與大尺寸刀具一樣對切削環境做出反應。有大量影響該過程基本機制的微細加工問題，這些問題與采用大規格刀具加工時存在的問題有著本質區別。這些問題包括，切屑形成過程中發生的變化、切削力變化、過程中的異常振動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、生物醫學、電子、信息技術、光學及電信行業等領域具有大量應用。為了降低成本，大部分微型零件都是用模具制造的。模具制造廠家面臨著各種挑戰，包括采用稀有材料直至專用模具涂層，用直徑為0.002英寸(50μm)直徑的刀具銑削零件，用0.00078英寸(20 μm)的電極絲進行電火花加工，以及實現“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——僅僅比人的頭發絲略大一點。 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Givat Shmuel的Cimatron有限公司是一個CAD/CAM軟件供應廠家，其工程主管Hari Sridharan說：“為了實現微細加工中所要求的質量和精度，在滿足經濟和商業方面限制的同時，還必須對整個制造鏈實現優化和同步化。”隨著簡單和中等復雜度的模具生產被轉移到勞動力價格低廉的國家，美國與歐洲的模具制造廠家轉而采用越來越先進的技術，諸如微型模具及微細銑削，以保持自己的競爭勢頭。 微型零件通常是用模具加工的，而這種模具必須進行微細銑削加工方可實現所要求的精度。 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行直接銑削以及制造EDM微型電極。與微細銑削相關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150,000 rpm，表面粗糙度達0.2 μm(0.0000078英寸)。同時，由于對具有微細結構的精細零件進行拋光往往是不現實的，因此，微細銑削需要進行無拋光加工。 微型刀具為什么會變形和破損與常規銑削相比，在進行微細銑削加工時，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Ken Yap認為，微型加工刀具更易破損有三個主要原因。 第一，在加工過程中去除金屬時，隨著切屑厚度降低，所需要的比能大大提高。這一點意味著，對于微細加工，采用小切深、隨著切屑變薄，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越硬。這種阻力足夠大，從而甚至在刀具產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切削刃的微型刀尖的微細銑削操作中，每個切削刃都是在轉半圈時就從切削區去除切屑。但是，如果發生切屑堵塞現象，則在若干次刀具旋轉過程中，切削力和應力上升到超出刀尖彎曲強度極限，那么刀具就會破損。為此，某些用戶更喜歡采用高速鋼刀具，因為與硬質合金刀具相比，它們更軟，可以更好地容忍切屑堵塞的存在。 第三個原因是，刀尖因切削刃變厚而損失了自己的刃口，無法高效加工。隨著工件開始沖擊刀尖頂部，刀尖發生輕微變形。刀具變形的增加以及因每轉銑削而產生的應力最終引起刀尖破損。該過程也被稱作徹底破損。 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(在整個微細加工過程中預測切屑負荷)。 CimatronE軟件帶有內置式針對微細銑削表面而優化的高速切削策略及其他專用加工功能。 CAD/CAM要求 為了實現微觀尺寸以及微細加工所需要的極端精度，不能通過簡單地縮小銑床、刀夾及刀具尺寸來達到此目的。同樣，軟件必須針對微細過程而諧調和優化。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解決方案的入門點。CAM系統必須可以處理嚴密的公差及超精加工。由于操作員無法干預而預防刀具破損，軟件在整個加工過程中必須精確考慮切屑負載。 Cimatron已經推出了一款用于微細銑削加工的NC軟件解決方案—— 隨CimatronE 7.0產品包提供。在該解決方案于2005年發行時，公司稱，該軟件是微細銑削的第一款商用解決方案。該軟件是Cimatron參與一個微細銑削研究項目 ——由歐共體贊助，德國亞琛的Fraunhofer生產技術研究所(IPT)主持——的產物。 由于手動拋光不是微細銑削的一個選項，Cimatron軟件支持無拋光加工式高速銑削。為了避免刀具破損的風險，減少空切動作，維持刀具負荷和延長刀具壽命，該軟件會不斷自動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去的本領，可以采用較短的刀具進行加工。但是，由于連續5軸銑削當前沒有3軸銑削那么精密，因此在采用連續5軸加工進行微細銑削時，必須仔細驗證機床規格及實際性能。該軟件的其他特征包括一種經過優化的銑削策略以及帶有精確(0.001 μm)表面生成和修改工具的內置式CAD。 Titex精密刀具推出的Alpha 2 Plus微型鉆，采用外部冷卻，帶有優化的切屑槽及刀尖幾何結構。新的產品系列直徑有80種規格，范圍為0.5mm(0.019685英寸)～2.9mm(0.1141732英寸)。 信息來源于：中國機床網