在設計機床、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挑戰(zhàn)，令人膽怯。為一把刀具找到最佳的刀具路徑，可以說也同樣令人感到困難，因為機床操作者或許根本看不到或聽不到它在進行切削。與一般的銑削操作不同，操作者沒辦法說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、電子和光學零件的小零件加工有更高的要求。鑒于這個趨勢，位于德國Aachen市的Frauhofer生產技術研究所(IPT)最近發(fā)起了一個微量銑削研究項目，與機床設備制造商和模具制造商聯(lián)合，目標是開發(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，它也參加了IPT項目。參與的結果是通過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的一位產品經(jīng)理，擅長于微量銑削。他提供了生成微量銑削刀具路徑時所要考慮的以下5個問題：
- 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存在相似之處，例如避免尖銳的刀具運動。當趨近角落時，刀具的路徑應該是圓形的，圓度的大小取決于機床和進給率。當進行微量銑削時，在低于某一個值的情況下，弄成圓形實際上沒有用。例如， 0.2毫米的圓角就太大了，因為典型微量加工的跨度都特別小(接近0.01毫米)。在這個例子中，圓度值是跨距值的20倍，這意味著接續(xù)的工序之間會產生寬溝，形成明顯的凹凸紋路和很差的表面質量。
- 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的區(qū)域，但為了防止雙重加工，刀具回程運動時從工件表面在Z軸方向提升。然后，在后續(xù)的正向運動中，刀具會以與刀具路徑相切的方向進入。
- 高速加工使用高的進給量，允許切屑排掉由切削導致的熱量；高的主軸速度產生高的切削進給量；高進給率減少了加工時間，允許用小的步距值進行切削。雖然進給率受到刀具切削刃最大切屑尺寸的限制。但因為微量銑削刀具直徑很小，主軸速度通常太慢，不能產生高的切削進給，從而限制了可得到的最大進給率。例如，為了使 10mm的刀具達到100米/分的切削進給率，主軸速度應該大約為3200轉/分。對于0.1mm的刀具，主軸轉速必須為320 000轉/分。這樣高的主軸轉速目前是沒有的。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。
- 逆銑通常比順銑效率更高。對于微量銑削，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?shù)毒咻^長或工件壁很薄時，微量銑削最適合用逆銑。當切削刃切入材料時，產生切削力，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，在設備和編程軟件方面都有很大的困難。 |
銑削精密區(qū)域時留下的紋，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路徑的方向切入，產生較好的表面光潔度。 |
- 當?shù)毒咻^長或工件壁很薄時，微量銑削最適合用逆銑。當切削刃切入材料時，產生切削力，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，很適合于軟材料和精致的零件。
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