随着计算机和电视的不断变得越来越薄，医疗技术也已经发展到可以将越来越小型化的设备植入人体的地步——即使是足够小的摄像头，可以在人体中导航。
不仅东西变得越来越小，而且还配备了更多的组件，提供更大的功能和功能。微元器件现在在航空航天、汽车、生物医学、电子、信息技术、光学和电信等行业有着广泛的应用。
所有这些产品的开发推动了对更小零件和组件的更高要求。为了不断降低成本，这些微型部件大多是使用模具生产的。这些趋势给模具制造商带来了新的、多样化的挑战，从使用新的航空级材料和特殊模具涂层到使用0.1毫米直径的刀具进行铣削和实现亚微米精度。
同时，微组件的内在复杂性也创造了新的机会。随着简单和中等复杂模具的生产转移到劳动力成本较低的国家，美国和欧洲的模具制造商可以通过转向微成型和微铣削等先进技术来保持竞争优势。
小零件制造的挑战
生产微型部件模具的主要挑战之一是这些微小零件的实际加工。无论是功能模具区域的直接铣削，还是小型电火花电极的生产，都对铣削技术提出了极高的要求。
微铣削挑战包括使用超小型刀具（有时小至100微米（μm）或更小），主轴转速高达150,000 rpm。所需的表面粗糙度通常达到Ra 0.2微米。由于抛光如此小的特征通常是不切实际的，因此微铣削必须实现免抛光的表面。
使用0.1 mm刀具铣削EDM电极（照片由Cimatron提供）。
微铣削技术
为了满足质量和精度要求，同时保持经济可行性，必须优化和同步整个制造链。供应商CNC机器、工具、刀柄、夹具和质量控制设备都必须提供有竞争力和精确的解决方案。
微铣削环境中的关键考虑因素：
1）工具、刀柄和主轴
小直径刀具是微铣削的基础。根据工件尺寸，刀具可能小至0.1毫米，将来可能会更小。必须尽早考虑此类工具的可用性和成本。
高主轴转速对于小直径刀具至关重要。例如，在10,000 rpm时，使用0.1 mm刀具，切削速度（Vc）仅为3.3 m/min，这太低了。
对于运行在20,000至150,000 rpm之间的主轴，使用高精度热缩刀柄实现完美的动态平衡和零跳动至关重要。否则，表面光洁度会受到影响，刀具寿命会显着缩短。
2）夹具和工艺集成
微铣削零件通常应在单个设置中进行加工。将电火花加工和铣削结合在单独的作中可能会导致不可接受的错位和可见的刀痕。
3）机床和车间环境
机器必须提供一致的精度和分辨率，精确到小数点后四位（即微米级）。
微铣削极大地受益于五轴功能，允许通过远离表面倾斜来缩短刀具。然而，由于当前的五轴精度通常落后于三轴系统，因此任何用于微铣削的五轴实现都必须经过彻底验证。
温度控制和隔振至关重要。如果机器没有适当绝缘，即使是经过车间的重型卡车也会在表面上留下痕迹。
4）铣削策略
根据几何形状，微铣削可能需要简单的缩小之外的策略。在许多情况下，顺铣（而不是传统铣削）是首选方法。
用于模具制造中高精度微铣削的CAD/CAM解决方案必须提供易于使用的3D工具。
CAD/CAM要求
虽然将机器、刀柄和工具视为缩减到微型制造的主要挑战是直观的，但该软件同样复杂。乍一看，软件似乎更容易——它应该处理0.0001以及1.0或10等数字。但实际上，它要微妙得多。
CAD系统的基本功能：
可靠和准确的模型解释至关重要。减少系统之间的数据转换有助于保持模型保真度。
超严格的几何公差（0.1–0.01微米）对于创建滑块、顶针和挺杆的分型线或几何形状至关重要。必须消除分型面之间的间隙，以保持C1和C2的连续性。
支持非常小的多腔模具，包括样品零件和复杂组件。
微铣削的CAM系统要求：
支持严格的公差和超高精度加工。
由于在作过程中无法进行人工干预，因此CAM必须精确管理整个刀具路径中的切屑负载。
使用高分辨率数学模型来保持几何保真度。集成的CAD/CAM平台是理想的选择，因为它们可以消除翻译错误。
内置高精度建模功能（例如，表面封盖、延伸），具有适当的切线控制。
支持低至0.1微米的刀具路径偏差，这在加工大型零件上的精细特征时至关重要。
能够定义微铣削水平参数，例如使用0.1 mm刀具、0.005 mm步距和0.05 mm刀具半径。生成的刀具路径必须精确到小数点后五位。
将粗加工、半精加工和精加工结合在一次连续作中的策略。
基于实际剩余毛坯的智能进给率控制，保护易碎刀具并减少加工时间。
结论
微系统、微模具和微铣削正在成为大规模生产微型零件的令人兴奋的技术。凭借亚微米级的精度和肉眼几乎看不见的切削刀具，这个快速发展的领域给模具制造商和供应商带来了许多挑战和机遇。
它需要对新材料、超精细工具、特殊涂层和先进的CAD/CAM软件有深入的了解。然而，微铣削也为希望从低成本竞争对手中脱颖而出的制造商提供了竞争优势。
该领域的有效发展需要工业界、研究机构和政府之间的合作——这种模式在欧洲已经在进行。欧盟的CRAFT计划由弗劳恩霍夫IPT牵头，与领先的CAD/CAM、CNC机器、工具和夹具供应商合作，开发用于微制造的下一代材料、机器和软件工具。
现在是北美工具制造行业加入并利用这个新兴且利润丰厚的细分市场的时候了。
微铣削一览
微系统技术已成为全球增长最快的行业之一。生物医学设备、光学和微电子（包括移动和计算机组件）等行业正在产生对微型高精度零件的巨大需求。
需要微制造的部件通常尺寸为5毫米或更小，表面光洁度要求为0.2微米或更高，材料硬度达到45 HRC或更高。
微铣削是一项专为制造此类微型和超精密部件而设计的尖端技术。它涉及直径小于0.1毫米的刀具，可实现超光滑的表面和微米级公差，远远超出标准数控软件的功能。
为了达到这种精度水平，制造商必须克服零件变形、复杂性增加以及使用专用工具等挑战。关键的微铣削能力包括：
刀具直径100 μm或更小
刀具纵横比（L/D）为10至100
主轴转速150,000rpm以上
加工公差0.1mm以下
几何校正和超精确刀具路径
微铣削代表了高速铣削的未来。掌握微精密模具制造的企业将享有强大的竞争优势。
