在設(shè)計(jì)機(jī)床、切削刀具和夾具的過(guò)程中，高效地銑削微型模型和微型零件的各個(gè)部位時(shí)所面臨的挑戰(zhàn)，令人膽怯。為一把刀具找到最佳的刀具路徑，可以說(shuō)也同樣令人感到困難，因?yàn)闄C(jī)床操作者或許根本看不到或聽不到它在進(jìn)行切削。與一般的銑削操作不同，操作者沒辦法說(shuō)出在切削中刀具的表現(xiàn)如何，以便做出所需的改變，把這道工序最佳化。此外，可能適合于“典型”銑削工件刀具路徑策略，并不能總是可以精致地、按比例縮小以便用于微量銑削。
另外，醫(yī)療、電子和光學(xué)零件的小零件加工有更高的要求。鑒于這個(gè)趨勢(shì)，位于德國(guó)Aachen市的Frauhofer生產(chǎn)技術(shù)研究所(IPT)最近發(fā)起了一個(gè)微量銑削研究項(xiàng)目，與機(jī)床設(shè)備制造商和模具制造商聯(lián)合，目標(biāo)是開發(fā)出高效微型模具制造的策略和加工方法。在開發(fā)微量銑削NC軟件方面，他們已能高效地計(jì)算出公差為0.1微米的刀具運(yùn)動(dòng)。位于美國(guó)密執(zhí)安州Novi市的Cimatron公司是一家軟件公司，它也參加了IPT項(xiàng)目。參與的結(jié)果是通過(guò)加入微量銑削工作的各種功能，提高了Cimatron E NC軟件的性能。
Uri Shakked是Cimatron的一位產(chǎn)品經(jīng)理，擅長(zhǎng)于微量銑削。他提供了生成微量銑削刀具路徑時(shí)所要考慮的以下5個(gè)問題：
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- 開發(fā)適合于微量銑削的加工策略。高速加工與微量銑削之間確實(shí)存在相似之處，例如避免尖銳的刀具運(yùn)動(dòng)。當(dāng)趨近角落時(shí)，刀具的路徑應(yīng)該是圓形的，圓度的大小取決于機(jī)床和進(jìn)給率。當(dāng)進(jìn)行微量銑削時(shí)，在低于某一個(gè)值的情況下，弄成圓形實(shí)際上沒有用。例如， 0.2毫米的圓角就太大了，因?yàn)榈湫臀⒘考庸さ目缍榷继貏e小(接近0.01毫米)。在這個(gè)例子中，圓度值是跨距值的20倍，這意味著接續(xù)的工序之間會(huì)產(chǎn)生寬溝，形成明顯的凹凸紋路和很差的表面質(zhì)量。
- Cimatron開發(fā)的零重迭旋輪線法提供了清除這種切紋的方法。該方法用旋輪線的形式加工所有相關(guān)的區(qū)域，但為了防止雙重加工，刀具回程運(yùn)動(dòng)時(shí)從工件表面在Z軸方向提升。然后，在后續(xù)的正向運(yùn)動(dòng)中，刀具會(huì)以與刀具路徑相切的方向進(jìn)入。
- 高速加工使用高的進(jìn)給量，允許切屑排掉由切削導(dǎo)致的熱量；高的主軸速度產(chǎn)生高的切削進(jìn)給量；高進(jìn)給率減少了加工時(shí)間，允許用小的步距值進(jìn)行切削。雖然進(jìn)給率受到刀具切削刃最大切屑尺寸的限制。但因?yàn)槲⒘裤娤鞯毒咧睆胶苄�，主軸速度通常太慢，不能產(chǎn)生高的切削進(jìn)給，從而限制了可得到的最大進(jìn)給率。例如，為了使 10mm的刀具達(dá)到100米/分的切削進(jìn)給率，主軸速度應(yīng)該大約為3200轉(zhuǎn)/分。對(duì)于0.1mm的刀具，主軸轉(zhuǎn)速必須為320 000轉(zhuǎn)/分。這樣高的主軸轉(zhuǎn)速目前是沒有的。0.1mm的刀具最大可能的進(jìn)給率大約為15米/分，距公認(rèn)的高速切削相差很遠(yuǎn)。
- 逆銑通常比順銑效率更高。對(duì)于微量銑削，決定用逆銑還是順銑主要取決于被加工零件的特性�？紤]到微型模具和微型零件上通常具備的精密特性，通常選擇逆銑方法。
- 當(dāng)?shù)毒咻^長(zhǎng)或工件壁很薄時(shí)，微量銑削最適合用逆銑。當(dāng)切削刃切入材料時(shí)，產(chǎn)生切削力，切削刃傾向于拉入工件，這就提供了一個(gè)穩(wěn)定的切削條件，很適合于軟材料和精致的零件。
用0.1mm直徑的切削刀具銑刺，如這圖所示的情況，在設(shè)備和編程軟件方面都有很大的困難。 |
銑削精密區(qū)域時(shí)留下的紋，能用零重迭旋輪線加以清除。用這方法，刀具反向運(yùn)動(dòng)在Z軸方向從工件提升起來(lái)，然后刀具在切于相繼正向運(yùn)動(dòng)刀具路徑的方向切入，產(chǎn)生較好的表面光潔度。 |
- 當(dāng)?shù)毒咻^長(zhǎng)或工件壁很薄時(shí)，微量銑削最適合用逆銑。當(dāng)切削刃切入材料時(shí)，產(chǎn)生切削力，切削刃傾向于拉入工件，這就提供了一個(gè)穩(wěn)定的切削條件，很適合于軟材料和精致的零件。
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