微细铣削同电火花加工和激光加工工艺相比的优点

金利慧

目前，这种小型模具的加工则是一个强劲增长的领域。由于模具对精度和表面质量的要求极高，而模具的制造又是单件或是小批量生产的产品。要柔性而又经济地生产，这就使得微细铣削工艺被置于一个特别重要的地位。微细铣削同电火花加工和激光加工工艺相比，具有许多优点：
1、能加工淬硬的工具钢；
/ o6 R  A- M# n, q: a+ i2、柔性制造复杂的几何表面；
# T( \/ w4 U1 h2 ^4 B3、可利用现有的CAD/CAM系统；
4、可获得很好的表面质量；
0 _: K# C6 z! ]0 k5 K# R5、比较低的设备投资。
% a) S+ ~  x  o因此，在微型模具的制造中，采用微细铣削工艺可以利用NC-5轴（或3轴）高速加工中心或微细铣削机床柔性和精密地来制造各种各样的模芯。
很小直径的铣刀
5 c, R3 f1 n1 H! c7 j1 @: U6 n微细铣削加工，采用的铣刀直径通常在0.1mm和2mm之间，铣刀设有两个铣削刀刃。考虑到铣刀直径小和刚性差的情况，刀具材料普遍采用超细颗粒（0.2祄～0.5祄）硬质合金，这种合金由WC-Co和粘结材料组成，在烧结时能获得均匀的组织，具有硬度高、韧性好、抗疲劳强度高和耐冲击性能好等优点，故适合于制成特小直径的铣刀，并应用于硬铣加工。
为减小铣刀刀刃和工件之间的摩擦，提高铣刀的耐磨性和热稳定性，在铣刀上涂有1祄～3祄厚的硬涂层，例如，可采用PVD涂层工艺的TiAlN，TiCN等硬材料涂层或采用CVD涂层工艺的金刚石涂层。为增强微型铣刀的刚性，铣刀采用锥形结构和圆柱刀柄。
8 a# v3 l& m  j由于微型铣刀直径很小，刚性较差，平面转动惯量随铣刀直径而成立方下降。因此，微细铣削加工时，铣刀只能承受很小的切削力和转距，所以在铣削加工时应采用很小的每齿进给量，视铣刀直径和工件材料的硬度，其值大致为铣刀直径的0.5/100至3/100，过大的进给量会导致刀具的折断。
在这里应提及的是，对于三轴加工或在铣刀轴没有倾斜的情况下，球头铣刀进行铣削时，由于背吃刀量很小，在铣刀工作直径上的实际切削速度要大大小于铣刀名义直径上的速度。为使微细铣刀加工能达到较佳的切削过程，选择切削速度时，应考虑到铣刀实际的工作直径。例如： 0.5mm的球头铣刀，选择的切削速度为160m/min，（相应的主轴转速为102000r/min）背吃刀量0.05mm。经计算得知该铣刀的工作直径仅为0.3mm，其相应的切削速度也只达到96m/min。如果按160m/min的切削速度来切削，则主轴的转速相应要提高到170000r/min。

图1很小的刀具：整体硬质合金微型铣刀（来源：phom公司）

图2 微细加工模芯：采用微细铣削加工制造可转位刀片
（S224和S229型号）的成形冲模。（来源phom公司）
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: \# J) j% H9 c& B9 t( c图3 冲压模的微细限削
+ D, ]6 H' p7 j1 J2 Y3 g& `很高的主轴转速
- L: B7 @2 {- G$ x/ G6 P$ q, \采用很小直径的刀具进行微细铣削，要达到由工件材料所决定的切削速度就需要很高的主轴转速。例如，采用直径0.5mm的铣刀铣削钢件，当选用180m/min的切削速度，则需要115000r/min的主轴转速。刀具直径愈小，则需要的主轴转速愈高。
5 k, t) m+ N/ i$ [) A0 ~目前，在模具制造中普遍采用的普通加工中心，其主轴转速大多在18000～42000 （r/min），适合于采用2mm～12mm直径的立铣刀进行加工。而微细铣削加工所采用的刀具直径更小（0.1mm～2mm），由于切削速度取决于要加工的工件材料，要是在这样常规的机床上进行微细加工，显然不能获得较佳的切削过程。
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为适应微细铣削加工的快速发展，研制新的更高转速的电主轴具有特别重要的意义。几年前，一些电主轴制造厂已生产出160000r/min转速的主轴部件。一个由多家主轴部件生产厂和Fraunhofer生产技术研究所组成的小组就在前几年已着手研制转速为300000r/min的由空气轴承支承和采用同步电机驱动的电主轴。目前，Precise精密主轴部件公司推出了专门用于微细切削加工的高速电主轴。从这些电主轴中可以看出，由空气轴承支承的电主轴，可以达到很高的转速。另外，空气轴承的优点是运转平稳，圆跳动误差可达到