微量铣削中CAD/CAM要考虑的问题

在设计机床、切削刀具和夹具的过程中，高效地铣削微型模型和微型零件的各个部位时所面临的挑战，令人胆怯。为一把刀具找到最佳的刀具路径，可以说也同样令人感到困难，因为机床操作者或许根本看不到或听不到它在进行切削。与一般的铣削操作不同，操作者没办法说出在切削中刀具的表现如何，以便做出所需的改变，把这道工序最佳化。此外，可能适合于“典型”铣削工件刀具路径策略，并不能总是可以精致地、按比例缩小以便用于微量铣削。
另外，医疗、电子和光学零件的小零件加工有更高的要求。鉴于这个趋势，位于德国Aachen市的Frauhofer生产技术研究所(IPT)最近发起了一个微量铣削研究项目，与机床设备制造商和模具制造商联合，目标是开发出高效微型模具制造的策略和加工方法。在开发微量铣削NC软件方面，他们已能高效地计算出公差为0.1微米的刀具运动。位于美国密执安州Novi市的Cimatron公司是一家软件公司，它也参加了IPT项目。参与的结果是通过加入微量铣削工作的各种功能，提高了Cimatron E NC软件的性能。
Uri Shakked是Cimatron的一位产品经理，擅长于微量铣削。他提供了生成微量铣削刀具路径时所要考虑的以下5个问题：

nmousewheel="return bbsgood_img(event,this)" src="http://www.6x0.cn/file/upload/201909/21/231654711.gif" onload="javascript:if(this.width>body.clientHeight)this.width=body.clientHeight">开发适合于微量铣削的加工策略。高速加工与微量铣削之间确实存在相似之处，例如避免尖锐的刀具运动。当趋近角落时，刀具的路径应该是圆形的，圆度的大小取决于机床和进给率。当进行微量铣削时，在低于某一个值的情况下，弄成圆形实际上没有用。例如， 0.2毫米的圆角就太大了，因为典型微量加工的跨度都特别小(接近0.01毫米)。在这个例子中，圆度值是跨距值的20倍，这意味着接续的工序之间会产生宽沟，形成明显的凹凸纹路和很差的表面质量。 Cimatron开发的零重迭旋轮线法提供了清除这种切纹的方法。该方法用旋轮线的形式加工所有相关的区域，但为了防止双重加工，刀具回程运动时从工件表面在Z轴方向提升。然后，在后续的正向运动中，刀具会以与刀具路径相切的方向进入。 高速加工使用高的进给量，允许切屑排掉由切削导致的热量；高的主轴速度产生高的切削进给量；高进给率减少了加工时间，允许用小的步距值进行切削。虽然进给率受到刀具切削刃最大切屑尺寸的限制。但因为微量铣削刀具直径很小，主轴速度通常太慢，不能产生高的切削进给，从而限制了可得到的最大进给率。例如，为了使 10mm的刀具达到100米/分的切削进给率，主轴速度应该大约为3200转/分。对于0.1mm的刀具，主轴转速必须为320 000转/分。这样高的主轴转速目前是没有的。0.1mm的刀具最大可能的进给率大约为15米/分，距公认的高速切削相差很远。 逆铣通常比顺铣效率更高。对于微量铣削，决定用逆铣还是顺铣主要取决于被加工零件的特性。考虑到微型模具和微型零件上通常具备的精密特性，通常选择逆铣方法。 当刀具较长或工件壁很薄时，微量铣削最适合用逆铣。当切削刃切入材料时，产生切削力，切削刃倾向于拉入工件，这就提供了一个稳定的切削条件，很适合于软材料和精致的零件。

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用0.1mm直径的切削刀具铣刺，如这图所示的情况，在设备和编程软件方面都有很大的困难。nmousewheel="return bbsgood_img(event,this)" src="http://www.6x0.cn/file/upload/201909/21/231654281.gif" onload="javascript:if(this.width>body.clientHeight)this.width=body.clientHeight">
铣削精密区域时留下的纹，能用零重迭旋轮线加以清除。用这方法，刀具反向运动在Z轴方向从工件提升起来，然后刀具在切于相继正向运动刀具路径的方向切入，产生较好的表面光洁度。当刀具较长或工件壁很薄时，微量铣削最适合用逆铣。当切削刃切入材料时，产生切削力，切削刃倾向于拉入工件，这就提供了一个稳定的切削条件，很适合于软材料和精致的零件。