微型銑削和微型模具帶來的市場新機(jī)遇
2008-08-22 14:28:22
并非只有iPod正變得更小。計(jì)算機(jī)和電視機(jī)也不斷地變得更薄。醫(yī)療設(shè)備的進(jìn)步使得越來越多的微型器械能安裝到我們的身體內(nèi)；甚至是一個(gè)極小的照相機(jī)能穿行于身體內(nèi)。
不僅是東西正變得更小，它們被裝配了更多的零件，能提供額外的動力和功能。微型零件在航空、汽車、生物醫(yī)學(xué)、電子、信息技術(shù)光學(xué)和電信等行業(yè)具有各種廣泛的應(yīng)用。
所有這些產(chǎn)品的開發(fā)都正在對小型部件和產(chǎn)品提出更高的要求。為了不斷降低成本，這些小型部件中的大多數(shù)使用模具進(jìn)行生產(chǎn)。這些趨勢對模具制造商提出形形色色新的挑戰(zhàn)，范圍從使用新的太空時(shí)代材料到特殊的模具涂層，用直徑0.1mm的刀具銑削零件并獲得亞微米級的精度。
同時(shí)，微型零件的內(nèi)在復(fù)雜性也為模具制造商帶來新的機(jī)遇。每當(dāng)簡單和中等復(fù)雜的模具制造被轉(zhuǎn)移到勞動力成本低的國家時(shí)，美國和歐洲的模具制造商能轉(zhuǎn)向諸如微型模具和微型銑削等更先進(jìn)的技術(shù)以維持他們的競爭優(yōu)勢。
小型部件的加工
為小型零件加工模具的主要挑戰(zhàn)之一是微型零件的加工。模具有效區(qū)域的直接銑削和小型EDM電極的制造都對銑削工藝提出極高的要求。
與微型銑削相關(guān)的挑戰(zhàn)包括直徑降為100微米（μm）或更小的微型刀具的使用并運(yùn)轉(zhuǎn)于達(dá)到150000rpm的非常高的轉(zhuǎn)速。表面質(zhì)量（Ra）需要達(dá)到0.2微米。而且既然對于如此小的零件和微小的細(xì)節(jié)，拋光是不現(xiàn)實(shí)的，微型銑削要求是一種無需拋光的加工。
微型銑削技術(shù)
為了在獲得微型銑削要求的質(zhì)量和精度的同時(shí)，滿足經(jīng)濟(jì)性的約束條件，整個(gè)制造鏈必須優(yōu)化和同步。CNC機(jī)床、刀具、刀柄、夾具和質(zhì)量控制設(shè)備的供應(yīng)商都需要以有競爭力的成本來提供正確的解決方案。
以下是一個(gè)在微型銑削環(huán)境中應(yīng)該提出的主要問題的清單：
1）刀具、刀柄和主軸
◆小規(guī)格的刀具是微型銑削的實(shí)現(xiàn)者。根據(jù)工件的大小，它們可小至0.1mm，而且在將來可能變得更小。在托付一個(gè)微型銑削項(xiàng)目時(shí)必須考慮刀具的可用性和成本。
◆在是用小直徑刀具時(shí)，高轉(zhuǎn)速的主軸是至關(guān)重要的。在主軸10,000rpm下使用0.1mm直徑的刀具，意味著切削速度（Vc）僅為3.3m/min，這太低了！
◆對于轉(zhuǎn)速級別20,000-150,000的主軸，主軸和熱脹刀柄結(jié)合在一起作完全動平衡、跳動量為零是必須的。否則，將損害表面質(zhì)量并顯著縮短刀具壽命。
2）夾具、夾緊系統(tǒng)和制造工藝
◆在多數(shù)情況下，微型銑削零件的生產(chǎn)應(yīng)該在一次裝夾中完成。例如，把EDM和銑削結(jié)合在一起很可能引起不能接受的不重合和接刀痕。
3）機(jī)床和車間地面
◆不用說機(jī)床必須是精度的一致性好并能分辨出四位小數(shù)（尺寸傳感器）。
◆微型銑削能很好地利用五軸銑削的功能。傾斜刀具并遠(yuǎn)離材料的能力使其能使用更短的刀具。但是，既然五軸聯(lián)動銑削目前的精度比三軸銑削差，當(dāng)把五軸聯(lián)動用于微型銑削時(shí)，必須仔細(xì)驗(yàn)證機(jī)床規(guī)格和實(shí)際性能。
◆機(jī)床環(huán)境必須具有可控的溫度（光有軟件補(bǔ)償可能是不夠的）并避免振動。如果機(jī)床沒有正確地隔離，即使是一輛重型卡車經(jīng)過廠房外，可能產(chǎn)生的振動足以在工件表面上留下痕跡。
4）銑削技術(shù)
◆取決于零件的幾何形狀，微型銑削可能需要超越簡單的按比例縮小的特殊加工策略。例如，在很多情況下，逆銑（和非順銑）將是優(yōu)先考慮的銑削策略。
用于模具制造的高精度微型銑削的CAD/CAM解決方案，有一整套易于使用的3-D刀具。
CAD/CAM系統(tǒng)的要求
每個(gè)人在直覺上認(rèn)為銑床、刀柄和刀具是難以按比例縮小至微型銑削需要的極小的尺寸和極高的精度。初看起來，軟件似乎也許是更容易地匹配。畢竟有人要說，處理象0.0001這樣的數(shù)字對于軟件來說應(yīng)該象處理1.0或10那樣容易。
用于模具制造的高精度微型銑削的CAD/CAM解決方案，有一整套易于使用的3-D刀具。
但是它比呈現(xiàn)在眼前的更復(fù)雜。生成和修改具有正確的精度、平滑度和連續(xù)性的幾何形狀對于小型部件的CAD解決方案僅僅是一個(gè)入口點(diǎn)。為了得到一個(gè)適用于微型銑削的功能性解決方案，CAD系統(tǒng)必須要仔細(xì)調(diào)整和優(yōu)化以支持下述要求：
1.可靠和精確地閱讀零件模型。對于維持詳細(xì)模型的精度，最小化多重?cái)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)化的需要是至關(guān)重要的。
2.當(dāng)生成分型面或?yàn)榛瑝K、推桿和頂出桿創(chuàng)建幾何形狀時(shí)，很緊的0.1-0.01微米的形位公差是起作用的。為了防止分型面之間的間隙并保持C1和C2的連續(xù)性，這是必需的。
3.處理規(guī)格非常小的多型腔模具，包括專門的樣品零件和組件。
CAM系統(tǒng)也必須為微型銑削進(jìn)行優(yōu)化。NC軟件必須處理緊公差和超高精度的加工。而且既然操作工不能干預(yù)防止刀具的破壞，NC軟件必須精確地考慮貫穿加工過程的切屑載荷。
為了充分支持微型銑削，CAM軟件應(yīng)該能：
◆精確地使用非常細(xì)化的數(shù)學(xué)模型，從而維持其復(fù)雜程度。擁有一個(gè)集成的CAD/CAM解決方案是理想的，因?yàn)樗颂幚碇械娜魏螖?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。
◆在CAD系統(tǒng)內(nèi)包括高精度的、內(nèi)置的CAD能力
