微型模具和微型銑削帶來新機遇

　并非只有iPod正變得更小。計算機和電視機也不斷地變得更薄。醫(yī)療設備的進步使得越來越多的微型器械能安裝到我們的身體內；甚至是一個極小的照相機能穿行于身體內。

　　不僅是東西正變得更小，它們被裝配了更多的零件，能提供額外的動力和功能。微型零件在航空、汽車、生物醫(yī)學、電子、信息技術光學和電信等行業(yè)具有各種廣泛的應用。
　 　所有這些產(chǎn)品的開發(fā)都正在對小型部件和產(chǎn)品提出更高的要求。為了不斷降低成本，這些小型部件中的大多數(shù)使用模具進行生產(chǎn)。這些趨勢對模具制造商提出形形 色色新的挑戰(zhàn)，范圍從使用新的太空時代材料到特殊的模具涂層，用直徑0.1mm的刀具銑削零件并獲得亞微米級的精度。
　　同時，微型零件的內在復雜性也為模具制造商帶來新的機遇。每當簡單和中等復雜的模具制造被轉移到勞動力成本低的國家時，美國和歐洲的模具制造商能轉向諸如微型模具和微型銑削等更先進的技術以維持他們的競爭優(yōu)勢。

　　小型部件的加工

　　為小型零件加工模具的主要挑戰(zhàn)之一是微型零件的加工。模具有效區(qū)域的直接銑削和小型EDM電極的制造都對銑削工藝提出極高的要求。
　　與微型銑削相關的挑戰(zhàn)包括直徑降為100微米(μm)或更小的微型刀具的使用并運轉于達到150,000 rpm的非常高的轉速。表面質量(Ra)需要達到0.2微米。而且既然對于如此小的零件和微小的細節(jié)，拋光是不現(xiàn)實的，微型銑削要求是一種無需拋光的加工。

用直徑0.1 mm的刀具加工電極（照片由Cimatron公司提供）

　　微型銑削技術

　　為了在獲得微型銑削要求的質量和精度的同時，滿足經(jīng)濟性的約束條件，整個制造鏈必須優(yōu)化和同步。CNC機床、刀具、刀柄、夾具和質量控制設備的供應商都需要以有競爭力的成本來提供正確的解決方案。
　　以下是一個在微型銑削環(huán)境中應該提出的主要問題的清單：
　　1) 刀具、刀柄和主軸
　　◆ 小規(guī)格的刀具是微型銑削的實現(xiàn)者。根據(jù)工件的大小，它們可小至0.1mm，而且在將來可能變得更小。在托付一個微型銑削項目時必須考慮刀具的可用性和成本。
　　◆ 在是用小直徑刀具時，高轉速的主軸是至關重要的。在主軸10,000 rpm下使用0.1mm直徑的刀具，意味著切削速度(Vc)僅為3.3 m/min，這太低了！
　　◆ 對于轉速級別20,000-150,000的主軸，主軸和熱脹刀柄結合在一起作完全動平衡、跳動量為零是必須的。否則，將損害表面質量并顯著縮短刀具壽命。
　　2) 夾具、夾緊系統(tǒng)和制造工藝
　　◆ 在多數(shù)情況下，微型銑削零件的生產(chǎn)應該在一次裝夾中完成。例如，把EDM和銑削結合在一起很可能引起不能接受的不重合和接刀痕。
　　3) 機床和車間地面
　　◆ 不用說機床必須是精度的一致性好并能分辨出四位小數(shù)（尺寸傳感器）。
　　◆ 微型銑削能很好地利用五軸銑削的功能。傾斜刀具并遠離材料的能力使其能使用更短的刀具。但是，既然五軸聯(lián)動銑削目前的精度比三軸銑削差，當把五軸聯(lián)動用于微型銑削時，必須仔細驗證機床規(guī)格和實際性能。
　　◆ 機床環(huán)境必須具有可控的溫度（光有軟件補償可能是不夠的）并避免振動。如果機床沒有正確地隔離，即使是一輛重型卡車經(jīng)過廠房外，可能產(chǎn)生的振動足以在工件表面上留下痕跡。
　　4) 銑削技術
　　◆ 取決于零件的幾何形狀，微型銑削可能需要超越簡單的按比例縮小的特殊加工策略。例如，在很多情況下，逆銑（和非順銑）將是優(yōu)先考慮的銑削策略。

用于模具制造的高精度微型銑削的CAD/CAM解決方案，有一整套易于使用的3-D刀具。

　　CAD/CAM系統(tǒng)的要求

　　每個人在直覺上認為銑床、刀柄和刀具是難以按比例縮小至微型銑削需要的極小的尺寸和極高的精度。初看起來，軟件似乎也許是更容易地匹配。畢竟有人要說，處理象0.0001這樣的數(shù)字對于軟件來說應該象處理1.0或10那樣容易。
　　用于模具制造的高精度微型銑削的CAD/CAM解決方案，有一整套易于使用的3-D刀具。
　　但是它比呈現(xiàn)在眼前的更復雜。生成和修改具有正確的精度、平滑度和連續(xù)性的幾何形狀對于小型部件的CAD解決方案僅僅是一個入口點。為了得到一個適用于微型銑削的功能性解決方案，CAD系統(tǒng)必須要仔細調整和優(yōu)化以支持下述要求：
　　1. 可靠和精確地閱讀零件模型。對于維持詳細模型的精度，最小化多重數(shù)據(jù)轉化的需要是至關重要的。
　　2. 當生成分型面或為滑塊、推桿和頂出桿創(chuàng)建幾何形狀時，很緊的0.1-0.01微米的形位公差是起作用的。為了防止分型面之間的間隙并保持C1和C2的連續(xù)性，這是必需的。
　　3. 處理規(guī)格非常小的多型腔模具，包括專門的樣品零件和組件。
　　CAM系統(tǒng)也必須為微型銑削進行優(yōu)化。NC軟件必須處理緊公差和超高精度的加工。而且既然操作工不能干預防止刀具的破壞，NC軟件必須精確地考慮貫穿加工過程的切屑載荷。
　　為了充分支持微型銑削，CAM軟件應該能：
　　◆ 精確地使用非常細化的數(shù)學模型，從而維持其復雜程度。擁有一個集成的CAD/CAM解決方案是理想的，因為它消除了處理中的任何數(shù)據(jù)轉換。
　　◆ 在CAD系統(tǒng)內包括高精度的、內置的CAD能力，提供在CAM系統(tǒng)內的具有合適的精度和相切的造型幫助（例如，型面的封頂、延伸等）。
　　◆ 支持偏差低到0.1微米的刀具路徑計算。當在大型零件上加工微細特征時，這尤其有挑戰(zhàn)性。
　　◆ 支持考慮實際機床約束時的微型銑削級參數(shù)的計算。例如，CAM系統(tǒng)可能要求用一把直徑0.1mm的刀具、0.005mm的步距和大10倍的0.05mm刀尖圓弧半徑來提供超精的結果。生成的刀具路徑必須精確到小數(shù)點后五位。
　　◆ 支持針對微型銑削優(yōu)化的加工策略，如以相同的NC操作來進行粗加工、半精加工和精加工。
　　◆ 為了降低加工時間的同時保護精密的刀具免于損壞，在整個加工過程使用根據(jù)實際加工余量調整進給量以控制實際刀具負載的知識。
　 　總結：微型系統(tǒng)、微型模具和微型銑削對于微型零件的大量生產(chǎn)都是新穎且令人激動的技術。有了用肉眼幾乎看不見的亞微米級的精度和刀尖，這種新興且快速增 長的領域給模具制造商和供應商提出了眾多的挑戰(zhàn)。新材料、新刀具、特殊的模具涂層和創(chuàng)新的CAD/CAM軟件技術都必須要被研究和掌握。
　　從好的方面看，微型系統(tǒng)和微型銑削為正尋找差異性、得到更多業(yè)務和比低工資競爭對手處于更有利位置的模具制造商帶來新的機遇。
　 　這個領域的有效開發(fā)需要行業(yè)、研究機構和政府之間的合作。這種合作在歐洲已經(jīng)在進行之中。歐盟的技術合作研究行動(CRAFT) 項目集合了Fraunhofer生產(chǎn)技術研究所(IPT)和CAD/CAM、CNC機床、刀具、夾具的領先供應商來開發(fā)針對微型制造的下一代材料、機床和 軟件工具及工作方法學。該是北美刀具行業(yè)加入到開發(fā)這個新興的引人注意且有利可圖的細分市場的時候了。

　　微銑削簡介

　　微型系統(tǒng)技術已經(jīng)成為全球增長最快的工業(yè)之一，需要制造極小的高精密零件的工業(yè)，例如生物－醫(yī)療裝備、光學、以及微電子（包括移動通信和電腦組件）等都有大量的需求。
　　需要微系統(tǒng)加工的零件其精度高達5mm或更小以及曲面質量達0.2mm 或更小，其零件硬度也達到45 HRC 或更高。
　 　微銑削（Micro-milling）是加工微小零件和高精密零件的一種全新加工技術。微銑削使用非常小的刀具（直徑小于0.1mm）并能獲得非常小的 曲面公差和高質量的曲面精度，通用的NC軟件是不能達到這個精度的，所以制造商不得不面對以下巨大的挑戰(zhàn)：零件變形，復雜程度增加，必須以極高的精度加工 微小特征的工件，以及使用微米級的特殊刀具。例如直徑為0.1mm的工件，為了獲得高精度要求的曲面，達到以上要求，微銑削技術需要達到以下支持： 100mm或更小的小直徑刀具；外形比例（L/D）10或高達100的高速刀具；150000 r/min或更高速主軸轉速； 0.1mm或更小的加工公差；能夠修正幾何體。
　　微銑削是高速銑削的未來，精通微精模具的公司將會擁有更大的競爭力。