目前，這種小型模具的加工則是一個強勁增長的領域。由于模具對精度和表面質(zhì)量的要求極高，而模具的制造又是單件或是小批量生產(chǎn)的產(chǎn)品。要柔性而又經(jīng)濟地生產(chǎn)，這就使得微細銑削工藝被置于一個特別重要的地位。微細銑削同電火花加工和激光加工工藝相比，具有許多優(yōu)點：

1、能加工淬硬的工具鋼；
2、柔性制造復雜的幾何表面；
3、可利用現(xiàn)有的CAD/CAM系統(tǒng)；
4、可獲得很好的表面質(zhì)量；
5、比較低的設備投資。

因此，在微型模具的制造中，采用微細銑削工藝可以利用NC-5軸（或3軸）高速加工中心或微細銑削機床柔性和精密地來制造各種各樣的模芯。

很小直徑的銑刀

微細銑削加工，采用的銑刀直徑通常在0.1mm和2mm之間，銑刀設有兩個銑削刀刃。考慮到銑刀直徑小和剛性差的情況，刀具材料普遍采用超細顆粒（0.2祄～0.5祄）硬質(zhì)合金，這種合金由WC-Co和粘結(jié)材料組成，在燒結(jié)時能獲得均勻的組織，具有硬度高、韌性好、抗疲勞強度高和耐沖擊性能好等優(yōu)點，故適合于制成特小直徑的銑刀，并應用于硬銑加工。

為減小銑刀刀刃和工件之間的摩擦，提高銑刀的耐磨性和熱穩(wěn)定性，在銑刀上涂有1祄～3祄厚的硬涂層，例如，可采用PVD涂層工藝的TiAlN，TiCN等硬材料涂層或采用CVD涂層工藝的金剛石涂層。為增強微型銑刀的剛性，銑刀采用錐形結(jié)構(gòu)和圓柱刀柄。

由于微型銑刀直徑很小，剛性較差，平面轉(zhuǎn)動慣量隨銑刀直徑而成立方下降。因此，微細銑削加工時，銑刀只能承受很小的切削力和轉(zhuǎn)距，所以在銑削加工時應采用很小的每齒進給量，視銑刀直徑和工件材料的硬度，其值大致為銑刀直徑的0.5/100至3/100，過大的進給量會導致刀具的折斷。

在這里應提及的是，對于三軸加工或在銑刀軸沒有傾斜的情況下，球頭銑刀進行銑削時，由于背吃刀量很小，在銑刀工作直徑上的實際切削速度要大大小于銑刀名義直徑上的速度。為使微細銑刀加工能達到較佳的切削過程，選擇切削速度時，應考慮到銑刀實際的工作直徑。例如： 0.5mm的球頭銑刀，選擇的切削速度為160m/min，（相應的主軸轉(zhuǎn)速為102000r/min）背吃刀量0.05mm。經(jīng)計算得知該銑刀的工作直徑僅為0.3mm，其相應的切削速度也只達到96m/min。如果按160m/min的切削速度來切削，則主軸的轉(zhuǎn)速相應要提高到170000r/min。

圖1很小的刀具：整體硬質(zhì)合金微型銑刀（來源：phom公司）

圖2 微細加工模芯：采用微細銑削加工制造可轉(zhuǎn)位刀片
（S224和S229型號）的成形沖模。（來源phom公司）

圖3 沖壓模的微細限削

很高的主軸轉(zhuǎn)速

采用很小直徑的刀具進行微細銑削，要達到由工件材料所決定的切削速度就需要很高的主軸轉(zhuǎn)速。例如，采用直徑0.5mm的銑刀銑削鋼件，當選用180m/min的切削速度，則需要115000r/min的主軸轉(zhuǎn)速。刀具直徑愈小，則需要的主軸轉(zhuǎn)速愈高。

目前，在模具制造中普遍采用的普通加工中心，其主軸轉(zhuǎn)速大多在18000～42000 (r/min)，適合于采用2mm～12mm直徑的立銑刀進行加工。而微細銑削加工所采用的刀具直徑更�。�0.1mm～2mm），由于切削速度取決于要加工的工件材料，要是在這樣常規(guī)的機床上進行微細加工，顯然不能獲得較佳的切削過程。

為適應微細銑削加工的快速發(fā)展，研制新的更高轉(zhuǎn)速的電主軸具有特別重要的意義。幾年前，一些電主軸制造廠已生產(chǎn)出160000r/min轉(zhuǎn)速的主軸部件。一個由多家主軸部件生產(chǎn)廠和Fraunhofer生產(chǎn)技術研究所組成的小組就在前幾年已著手研制轉(zhuǎn)速為300000r/min的由空氣軸承支承和采用同步電機驅(qū)動的電主軸。目前，Precise精密主軸部件公司推出了專門用于微細切削加工的高速電主軸。從這些電主軸中可以看出，由空氣軸承支承的電主軸，可以達到很高的轉(zhuǎn)速。另外，空氣軸承的優(yōu)點是運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，圓跳動誤差可達到<1祄，這種軸承還不易發(fā)生磨損，因此，有較長的使用壽命。由于微細銑削本身產(chǎn)生的切削力較小，故這種軸承特別適合應用于微細切削。

圖4 銑刀直徑和所需轉(zhuǎn)速圖：刀具直徑越小，為進
行最佳的切削所需的轉(zhuǎn)速就越高（來源：Precise公司）

高速主軸部件的驅(qū)動愈來愈多的采用同步電動機已是一種發(fā)展趨勢。這種電機的重要優(yōu)點在于有較大的轉(zhuǎn)矩或功率密度，并且產(chǎn)生的溫升也較低，這對于避免主軸的熱伸長是有利的。

空氣軸承與同步電動機在電主軸上的聯(lián)合應用，鑒于具有運行平穩(wěn)、長使用壽命和熱特性好等優(yōu)點，這對于微細切削加工來說無疑是一種最佳的主軸系統(tǒng)。

刀夾和刀柄接口

為適應高轉(zhuǎn)速加工，刀夾和主軸之間的接口主要是采用結(jié)構(gòu)對稱的HSK-E32（可實現(xiàn)60000r/min的最高轉(zhuǎn)速）和HSK-E25（可實現(xiàn)80000r/min的最高轉(zhuǎn)速）。如果轉(zhuǎn)速超過了80000r/min，或要求更高的精度（減少接口數(shù)量），則應采用把刀柄直接夾緊在機床的主軸里的辦法，但這種辦法的缺點是，要求所有使用的刀具必須有相同的刀柄直徑。

刀夾的圓跳動對微細銑削的表面質(zhì)量和表面輪廓精度有重要影響，因此，對于微細銑削加工，主要是采用圓跳動誤差很小（≤0.003mm）、結(jié)構(gòu)對稱的熱裝冷縮式刀夾。這里用一個精銑90MnCrV8材質(zhì)的成形沖壓模來說明：雙刃銑刀精銑時采用的切削參數(shù)是轉(zhuǎn)速n=30000r/min，側(cè)吃刀量ae=0.05mm，背吃刀量ap=0.05mm和進給速度Vf=200mm/min。這就得到fz=0.003mm的每齒進給量。如果刀夾的圓跳動誤差為3祄，則雙刃銑刀很快便成為只有一個有效切削刀刃的刀具。因此，基于精度和表面質(zhì)量的考慮，值得推薦采用熱裝冷縮式高精度刀夾。

三軸和五軸微細加工機床

為實現(xiàn)微細加工，不僅需要尺寸很小的刀具和相應的刀夾，而且需要有專門為微細加工而設計的進行微細銑削加工的銑床或加工中心。目前，Primacon公司提供的Mikro-BAZ-PFM24 NGd 五軸（或三軸）加工中心，其主軸轉(zhuǎn)速最高達140000r/min。控制系統(tǒng)采用海德漢iTNC50。Kugler公司提供的Micromaster∕M型五軸微細加工機床，該機床為保證高的加工精度，采取了許多結(jié)構(gòu)措施：其機體由精細顆粒的整體花崗巖制成，因此保證了機床的長期穩(wěn)定性。X-Y-Z軸直線導軌采用靜壓支承，X-Z軸的龍門框架同樣由經(jīng)精密加工的花崗巖構(gòu)成，從而保證了軸的熱穩(wěn)定性和很高的剛性。通過采用直線驅(qū)動來提高軸的定位精度，同時采用空氣支承的電主軸來提高轉(zhuǎn)速，其最高轉(zhuǎn)速達160000r/min，以保證微細銑削的最佳過程。Wissner公司的GAMMA202 EconoMic型銑床是專門用來進行微細加工的三軸銑床。

圖5 微細加工機床：Kugler公司的誤軸微細加工機床

五軸加工的主要優(yōu)點在于可采用較短的錐形柄小直徑銑刀加工較深的型腔和筋板，并獲得很好的表面質(zhì)量，由此免去手動拋光。而三軸加工的加工精度要高于用五軸加工的精度，在加工時間上，三軸加工過程要比五軸加工過程可縮短15%至50%。

目前，微細加工機床的控制系統(tǒng)一般都可以與不同廠家的CAD/CAM系統(tǒng)進行連接，通過這種連接，能使模具的復雜輪廓的加工獲得良好的效果，并縮短調(diào)整時間和編程時間。

結(jié)束語

近年來，隨著技術產(chǎn)品構(gòu)件的微型化發(fā)展，微細加工技術日益成為微型構(gòu)件加工的關鍵技術。微細銑削加工在制造微型構(gòu)件和模具中占有十分重要的地位。進一步開發(fā)微細銑削加工用的刀具、刀夾和高速電主軸，以及微細加工機床是推動微細機械加工技術發(fā)展的關鍵。在微型模具制造中，通過微細銑削加工不僅可以提高經(jīng)濟效益，而且還可以進一步挖掘銑削加工的工藝潛力。