汽車零件加工
在設(shè)計機床、切削刀具和夾具的過程中，高效地銑削微型模型和微型零件的各個部位時所面臨的應(yīng)戰(zhàn)，令人害怕。為一把刀具找到最佳的刀具途徑，能夠說也同樣令人感到艱難，由于機床操作者或許基本看不到或聽不到它在停止切削。與普通的銑削操作不同，操作者沒方法說出在切削中刀具的表現(xiàn)如何，以便做出所需的改動，把這道工序最佳化。此外，可能合適于 “ 典型 ” 銑削工件刀具途徑戰(zhàn)略，并不能總是能夠精致地、按比例減少以便用于微量銑削。
另外，醫(yī)療、電子和光學(xué)零件的小零件加工有更高的請求。鑒于這個趨向，位于德國 Aachen 市的 Frauhofer 消費技術(shù)研討所 (IPT) 最近發(fā)起了一個微量銑削研討項目，與機床設(shè)備制造商和模具制造商結(jié)合，目的是開發(fā)出高效微型模具制造的戰(zhàn)略和加工辦法。在開發(fā)微量銑削 NC 軟件方面，他們已能高效地計算出公差為 0.1 微米的刀具運動。位于美國密執(zhí)安州 Novi 市的 Cimatron 公司是一家軟件公司，它也參與了 IPT 項目。參與的結(jié)果是經(jīng)過參加微量銑削工作的各種功用，進步了 Cimatron E NC 軟件的性能。
Uri Shakked 是 Cimatron 的一位產(chǎn)品經(jīng)理，擅善于微量銑削。他提供了生成微量銑削刀具途徑時所要思索的以下 5 個問題：
1) 開發(fā)合適于微量銑削的加工戰(zhàn)略。高速加工與微量銑削之間的確存在類似之處，例如防止鋒利的刀具運動。當趨近角落時，刀具的途徑應(yīng)該是圓形的，圓度的大小取決于機床和進給率。當停止微量銑削時，在低于某一個值的狀況下，弄成圓形實踐上沒有用。例如， 0.2 毫米的圓角就太大了，由于典型微量加工的跨度都特別?。ń咏?0.01 毫米）。在這個例子中，圓度值是跨距值的 20 倍，這意味著繼續(xù)的工序之間會產(chǎn)生寬溝，構(gòu)成明顯的凹凸紋路和很差的外表質(zhì)量。
Cimatron 開發(fā)的零重迭旋輪線法提供了肅清這種切紋的辦法。該辦法用旋輪線的方式加工一切相關(guān)的區(qū)域，但為了避免雙重加工，刀具回程運動時從工件外表在 Z 軸方向提升。然后，在后續(xù)的正向運動中，刀具會以與刀具途徑相切的方向進入。
高速加工運用高的進給量，允許切屑排掉由切削招致的熱量；高的主軸速度產(chǎn)生高的切削進給量；高進給率減少了加工時間，允許用小的步距值停止切削。固然進給率遭到刀具切削刃最大切屑尺寸的限制。但由于微量銑削刀具直徑很小，主軸速度通常太慢，不能產(chǎn)生高的切削進給，從而限制了可得到的最大進給率。例如，為了使 10mm 的刀具到達 100 米 / 分的切削進給率，主軸速度應(yīng)該大約為 3200 轉(zhuǎn) / 分。關(guān)于 0.1mm 的刀具，主軸轉(zhuǎn)速必需為 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給率大約為 15 米 / 分，距公認的高速切削相差很遠。
用 0.1mm 直徑的切削刀具銑刺，如這圖所示的狀況，在設(shè)備和編程軟件方面都有很大的艱難。
2 ）逆銑通常比順銑效率更高。關(guān)于微量銑削，決議用逆銑還是順銑主要取決于被加工零件的特性。思索到微型模具和微型零件上通常具備的精細特性，通常選擇逆銑辦法。
當?shù)毒咻^長或工件壁很薄時，微量銑削最合適用逆銑。當切削刃切入資料時，產(chǎn)生切削力，切削刃傾向于拉入工件，這就提供了一個穩(wěn)定的切削條件，很合適于軟資料和精致的零件。
但是，逆銑會對刀具的切削刃形成潛在的損壞。當切削刃完成切削時，它會被切削件退出。當轉(zhuǎn)回進入下一次切削時，它會鉆挖進被切削件。這就招致切削刃上的力疾速改動方向，從而縮短刀具壽命。
在順銑中，刀具以最大的切屑尺寸咬合被切削件，刀具和零件傾向于相互推開。機床、工件和切削刀具必需有足夠的剛性以防止振動。否則，刀具壽命會縮短，外表質(zhì)量較差。
3 ）可能需求分離粗 / 精銑工序。粗精銑工序通常是分別停止的，采用不同的主軸速度、進給率和切深。但在微量銑削時，可能無法完成，特別是當加工小型零件上高的、薄的壁或輪轂、軸套時。粗銑后的壁厚將缺乏以支持精銑操作，形成精銑的振動或可能斷裂，至少壁外表的光亮度很差。
當微量銑削時，薄壁銑削、粗、精銑削應(yīng)合成一個工序。在壁的兩側(cè)，在 Z 軸方向一層一層地切下。刀具應(yīng)該傾斜，分開被加工的壁，以保證刀具與壁之間有一個接觸點。
銑削精細區(qū)域時留下的紋，能用零重迭旋輪線加以肅清。用這辦法，刀具反向運動在 Z 軸方向從工件提升起來，然后刀具在切于相繼正向運動刀具途徑的方向切入，產(chǎn)生較好的外表光亮度。
4) 應(yīng)堅持恒定的刀具載荷。在普通的模具制造應(yīng)用中，機床操作者常常手動調(diào)整進給率，如需求時換刀或手動編輯刀具途徑，以使效率更高。由于在微量銑削中零件和運用的刀具微小，在加工過程中，操作者沒有實踐辦法看到或聽到發(fā)作什么狀況。這就是為什么微量銑削軟件在整個切削過程中必需能準確堅持恒定切屑載荷的緣故。
Cimatron 軟件能辨認在整個過程中實踐余留的裕量，并用這個數(shù)據(jù)來停止取決于刀具載荷的調(diào)整。這就能加快加工時間，同時維護精致的微量銑削刀具不會斷裂。在主要改動工件幾何外形的粗切過程中，該軟件仿真每層后遺留的裕量。這樣能使刀具進入以前各層肅清過的位置，從而能運用較短的刀具切入較深的區(qū)域。
在肅清工序中，該系統(tǒng)能檢測出過多的資料，并自動加上再粗銑工序。再粗銑運動能夠避免刀具斷裂、堅持恒定的刀具載荷和進步外表質(zhì)量。該軟件可依據(jù)要切除幾資料，自動改動進給率或把刀具途徑分紅若干下游工步。
5 ）留神 CAD/CAM 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換問題。在單獨的 CAD 和 CAM 軟件包之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換誤差，對加工精度有負面影響。當微量銑削時，這些不準確性會愈加嚴重。集成的 CAD/CAM 軟件包消弭了這樣的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換問題。例如，在一個相當大的零件上的兩外表之間 0.005mm 的凹陷的轉(zhuǎn)換誤差可能不成問題，由于零件能夠拋光。但在微型模具或微型零件上拋光常常是不可能的，因此微型銑削的零件外表上，能夠分明看到同樣尺寸的凹陷。
簡直任何 CAM 編程工作都需求一些幾何修補過程，這意味著 CAM 軟件應(yīng)該包括內(nèi)部 CAD 才能。當制造模型時，冷卻和排出孔通常都蓋住，以避免切削刀具加工到這些部位。另外，外表必需擴展到在另一調(diào)整中將要加工的維護區(qū)。能不能產(chǎn)生或修正零件的幾何外形，影響刀具途徑的編程辦法。
由于激光具有方向性好，高能量和單色性好等一系列優(yōu)點，自六十年代問世以來，就遭到科研范疇的高度注重，推進了諸多范疇的迅猛開展，特別是激光在加工范疇中的應(yīng)用。傳統(tǒng)的激光加工機在工業(yè)產(chǎn)品中，已得到了普遍應(yīng)用，近年來在激光微加工方面也遭到普遍注重。
激光微加工對消費具有小孔或細小溝槽構(gòu)造復(fù)雜的電子器件、醫(yī)療和汽車制品有嚴重意義。由于這類產(chǎn)品孔的直徑和溝槽尺寸越來越小，而這些尺寸的公差越來越嚴厲。只要激光才干滿足對微加工零件提出的從1μm到1mm的一切請求。激光加工熱作用區(qū)域小，能夠精確地控制加工范圍和深度，保證高的反復(fù)性，良好邊緣和普遍的通用性[1]。
在微系統(tǒng)制造中，人們普遍采用硅各向異性刻蝕和LIGA(利嗄)技術(shù)加工各種微型構(gòu)造。前者合適加工硅的二維構(gòu)造和小深寬比的三維構(gòu)造；后者可以加工精細的三維構(gòu)造，不只適用于硅而且也適用于加工金屬、塑料和陶瓷。但是這種技術(shù)請求的條件比擬苛刻，它需求同步輻射X射線源，而且模的制造也很復(fù)雜，因而很難提高。還有一點也必需指出，LIGA工藝與IC不兼容，這在一定水平上限制了它的運用。
90年代初開展起來的激光微加工工藝既能加工出較為復(fù)雜的微型構(gòu)造，且所請求的條件又不那么苛刻，在實驗室和工廠較容易完成[2]。
激光微加工所觸及的應(yīng)用范疇較寬，本文著重引見激光束在UV（紫外）波段或532nm和1.06μm段激光微加工的應(yīng)用,工作狀態(tài)為脈沖狀態(tài),加工應(yīng)用的范圍為微電子和微機械（MEMS）。激光束的其它應(yīng)用不在本文贅述。
