汽車(chē)零件加工
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(shuō)也同樣令人感到艱難，由于機(jī)床操作者或許基本看不到或聽(tīng)不到它在停止切削。與普通的銑削操作不同，操作者沒(méi)方法說(shuō)出在切削中刀具的表現(xiàn)如何，以便做出所需的改動(dòng)，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(qǐng)求。鑒于這個(gè)趨向，位于德國(guó) Aachen 市的 Frauhofer 消費(fèi)技術(shù)研討所 (IPT) 最近發(fā)起了一個(gè)微量銑削研討項(xiàng)目，與機(jī)床設(shè)備制造商和模具制造商結(jié)合，目的是開(kāi)發(fā)出高效微型模具制造的戰(zhàn)略和加工辦法。在開(kāi)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，它也參與了 IPT 項(xiàng)目。參與的結(jié)果是經(jīng)過(guò)參加微量銑削工作的各種功用，進(jìn)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(shí)所要思索的以下 5 個(gè)問(wèn)題：
1) 開(kāi)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(lèi)似之處，例如防止鋒利的刀具運(yùn)動(dòng)。當(dāng)趨近角落時(shí)，刀具的途徑應(yīng)該是圓形的，圓度的大小取決于機(jī)床和進(jìn)給率。當(dāng)停止微量銑削時(shí)，在低于某一個(gè)值的狀況下，弄成圓形實(shí)踐上沒(méi)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(gè)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(huì)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(kāi)發(fā)的零重迭旋輪線(xiàn)法提供了肅清這種切紋的辦法。該辦法用旋輪線(xiàn)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(yùn)動(dòng)時(shí)從工件外表在 Z 軸方向提升。然后，在后續(xù)的正向運(yùn)動(dòng)中，刀具會(huì)以與刀具途徑相切的方向進(jìn)入。
高速加工運(yùn)用高的進(jìn)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(jìn)給量；高進(jìn)給率減少了加工時(shí)間，允許用小的步距值停止切削。固然進(jìn)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(jìn)給，從而限制了可得到的最大進(jìn)給率。例如，為了使 10mm 的刀具到達(dá) 100 米 / 分的切削進(jìn)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(méi)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)。
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(xì)特性，通常選擇逆銑辦法。
當(dāng)?shù)毒咻^長(zhǎng)或工件壁很薄時(shí)，微量銑削最合適用逆銑。當(dāng)切削刃切入資料時(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，很合適于軟資料和精致的零件。
但是，逆銑會(huì)對(duì)刀具的切削刃形成潛在的損壞。當(dāng)切削刃完成切削時(shí)，它會(huì)被切削件退出。當(dāng)轉(zhuǎn)回進(jìn)入下一次切削時(shí)，它會(huì)鉆挖進(jìn)被切削件。這就招致切削刃上的力疾速改動(dòng)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(kāi)。機(jī)床、工件和切削刀具必需有足夠的剛性以防止振動(dòng)。否則，刀具壽命會(huì)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(jìn)給率和切深。但在微量銑削時(shí)，可能無(wú)法完成，特別是當(dāng)加工小型零件上高的、薄的壁或輪轂、軸套時(shí)。粗銑后的壁厚將缺乏以支持精銑操作，形成精銑的振動(dòng)或可能斷裂，至少壁外表的光亮度很差。
當(dāng)微量銑削時(shí)，薄壁銑削、粗、精銑削應(yīng)合成一個(gè)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(kāi)被加工的壁，以保證刀具與壁之間有一個(gè)接觸點(diǎn)。
銑削精細(xì)區(qū)域時(shí)留下的紋，能用零重迭旋輪線(xiàn)加以肅清。用這辦法，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)刀具途徑的方向切入，產(chǎn)生較好的外表光亮度。
4) 應(yīng)堅(jiān)持恒定的刀具載荷。在普通的模具制造應(yīng)用中，機(jī)床操作者常常手動(dòng)調(diào)整進(jìn)給率，如需求時(shí)換刀或手動(dòng)編輯刀具途徑，以使效率更高。由于在微量銑削中零件和運(yùn)用的刀具微小，在加工過(guò)程中，操作者沒(méi)有實(shí)踐辦法看到或聽(tīng)到發(fā)作什么狀況。這就是為什么微量銑削軟件在整個(gè)切削過(guò)程中必需能準(zhǔn)確堅(jiān)持恒定切屑載荷的緣故。
Cimatron 軟件能辨認(rèn)在整個(gè)過(guò)程中實(shí)踐余留的裕量，并用這個(gè)數(shù)據(jù)來(lái)停止取決于刀具載荷的調(diào)整。這就能加快加工時(shí)間，同時(shí)維護(hù)精致的微量銑削刀具不會(huì)斷裂。在主要改動(dòng)工件幾何外形的粗切過(guò)程中，該軟件仿真每層后遺留的裕量。這樣能使刀具進(jìn)入以前各層肅清過(guò)的位置，從而能運(yùn)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(cè)出過(guò)多的資料，并自動(dòng)加上再粗銑工序。再粗銑運(yùn)動(dòng)能夠避免刀具斷裂、堅(jiān)持恒定的刀具載荷和進(jìn)步外表質(zhì)量。該軟件可依據(jù)要切除幾資料，自動(dòng)改動(dòng)進(jìn)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(wèn)題。在單獨(dú)的 CAD 和 CAM 軟件包之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換誤差，對(duì)加工精度有負(fù)面影響。當(dāng)微量銑削時(shí)，這些不準(zhǔn)確性會(huì)愈加嚴(yán)重。集成的 CAD/CAM 軟件包消弭了這樣的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換問(wèn)題。例如，在一個(gè)相當(dāng)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(wèn)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(jiǎn)直任何 CAM 編程工作都需求一些幾何修補(bǔ)過(guò)程，這意味著 CAM 軟件應(yīng)該包括內(nèi)部 CAD 才能。當(dāng)制造模型時(shí)，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(kuò)展到在另一調(diào)整中將要加工的維護(hù)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(diǎn)，自六十年代問(wèn)世以來(lái)，就遭到科研范疇的高度注重，推進(jìn)了諸多范疇的迅猛開(kāi)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(jī)在工業(yè)產(chǎn)品中，已得到了普遍應(yīng)用，近年來(lái)在激光微加工方面也遭到普遍注重。
激光微加工對(duì)消費(fèi)具有小孔或細(xì)小溝槽構(gòu)造復(fù)雜的電子器件、醫(yī)療和汽車(chē)制品有嚴(yán)重意義。由于這類(lèi)產(chǎn)品孔的直徑和溝槽尺寸越來(lái)越小，而這些尺寸的公差越來(lái)越嚴(yán)厲。只要激光才干滿(mǎn)足對(duì)微加工零件提出的從1μm到1mm的一切請(qǐng)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(xì)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(qǐng)求的條件比擬苛刻，它需求同步輻射X射線(xiàn)源，而且模的制造也很復(fù)雜，因而很難提高。還有一點(diǎn)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(yùn)用。
90年代初開(kāi)展起來(lái)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(qǐng)求的條件又不那么苛刻，在實(shí)驗(yàn)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(jiàn)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(jī)械（MEMS）。激光束的其它應(yīng)用不在本文贅述。
