微細(xì)銑削和微細(xì)車銑切削技術(shù)

   現(xiàn)代工程技術(shù)的發(fā)展對微小裝置的功能、結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度、可靠性的要求越來越高,從而使得對特征尺寸在微米級到毫米級、采用多種材料、且具有一定形狀精度和表面質(zhì)量要求的精密三維微小零件的需求日益迫切。微小型制造技術(shù)作為*制造技術(shù)的重要發(fā)展方向和多學(xué)科交叉的科技研究前沿,因此備受有關(guān)研究機構(gòu)的關(guān)注。圍繞著微細(xì)切削技術(shù),國外展開了深入的研究。國內(nèi)部分大學(xué)和研究所也進行了初步的研究。

　　微細(xì)切削加工

　　采用微細(xì)切削技術(shù)可以實現(xiàn)多種材料任意形狀微型三維零件的加工，彌補了MEMS 技術(shù)的不足，所制作出的各種微型機械有著日益廣闊的應(yīng)用前景，因此，國內(nèi)外的一些高等院校和研究機構(gòu)采用YOLO-YDC-III型壓電式三向切削力測試系統(tǒng)對此進行了不斷的探索。

　　微細(xì)銑刀及其涂層

　　針對微銑削與傳統(tǒng)銑削的區(qū)別，學(xué)者們在微銑削中的尺寸效應(yīng)、微刀刃半徑、zui小切削厚度、摩擦效應(yīng)以及表面粗糙度等方面內(nèi)容做了深入研究，分析其行為與機理，建立數(shù)學(xué)模型，并通過廣泛的試驗來進行了驗證。

　　微細(xì)車銑切削

　　微細(xì)車銑切削是基于車銑原理的一種*制造技術(shù)。車銑加工不是普通意義上的車削與銑削功能的簡單組合。它是利用銑刀旋轉(zhuǎn)和工件旋轉(zhuǎn)的合成運動來實現(xiàn)回轉(zhuǎn)體工件的切削加工任務(wù)，達到常規(guī)的“車削”目的，使工件在形狀精度、位置精度、已加工表面完整性等多方面達到使用要求。車銑加工包括銑刀旋轉(zhuǎn)、工件旋轉(zhuǎn)、銑刀軸向進給和徑向進給4 個基本運動。銑刀的旋轉(zhuǎn)運動是主切削運動，切削速度與工件直徑?jīng)]有關(guān)系，只與銑刀直徑和銑刀轉(zhuǎn)速密切相關(guān)。工件旋轉(zhuǎn)是為了配合回轉(zhuǎn)體表面加工而做的范成運動，對切削速度的影響一般不予考慮，它主要對加工過程中的進給速度產(chǎn)生影響。因此，從切削原理上可以發(fā)現(xiàn)，車銑加工過程中，無論被加工件直徑多小，只要銑削頭的轉(zhuǎn)速有足夠?qū)挼淖兓秶?，就可以實現(xiàn)微小零件的正常切削加工。

　　無論在生產(chǎn)率還是在加工工件表面質(zhì)量上，微細(xì)車銑切削技術(shù)較其他技術(shù)而言具有很大的優(yōu)勢。其中一個非常重要的優(yōu)勢在于它能夠在一次裝夾中完成對形狀復(fù)雜工件的加工，并且能在較短時間內(nèi)完成并提供一個較高的加工精度。這尤其適用于銑刀的高速切削，不但可以提高生產(chǎn)率，而且也提高了加工精度。德國阿亨工業(yè)大學(xué)和卡爾斯魯厄大學(xué)近年來開展了淬火鋼和硬鋁材料的微細(xì)車銑切削研究，卡爾斯魯厄大學(xué)與奔馳汽車廠合作研制了世界上*轉(zhuǎn)速為16000r/min 的精密微小型銑床，用以加工微小型模具，實現(xiàn)了用微小設(shè)備高速加工微小零件。弗朗恩霍夫研究院針對大機械加工零件所暴露的問題，近年來開展了微小型加工系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)的研究，已成功研制出微小型加工系統(tǒng)原理樣機。

　　近些年來，沈陽理工大學(xué)在微細(xì)銑削加工和微細(xì)車銑切削技術(shù)方面開展了一些研究。在微小銑削機床上完成了微細(xì)銑削AISI D2 模具鋼的切削試驗，研究了各切削參數(shù)對已加工表面形貌和切削力的影響程度及變化趨勢。結(jié)果表明，每齒進給量對表面形貌和切削力影響較大，而軸向切削深度和切削速度影響次之。在微細(xì)銑削工件表面上由于塑性變形所產(chǎn)生的微小突出物是微細(xì)毛刺。沈陽理工大學(xué)在車銑加工技術(shù)的基礎(chǔ)上完成了WCH-I 數(shù)控四軸聯(lián)動微細(xì)車銑切削機床設(shè)計和開發(fā)的研究。其氣動銑削主軸轉(zhuǎn)速為150000r/min，旨在實現(xiàn)高速微細(xì)車銑切削微小型細(xì)長軸和具有復(fù)雜型面的微小型零件。與大中型超精密機床相比，該機床具有體積小、易控制加工環(huán)境、成本低等特點。

　　北京理工大學(xué)采用傳統(tǒng)的車削方法和*的車銑方法進行了微細(xì)軸的切削加工試驗, 驗研究在自主設(shè)計的具有結(jié)構(gòu)優(yōu)勢和加工特色的“微小型車銑復(fù)合加工中心”上進行。首先將這一技術(shù)應(yīng)用于微小型零件的加工。該中心能獨立完成車、銑、鏜、磨、鉆削的任務(wù)，同時還能實現(xiàn)*特色的車銑加工功能，從根本上解決了車削時線速度太低的問題，能實現(xiàn)微細(xì)軸類零件正常的切削加工甚至高速切削加工。另外，哈爾濱工業(yè)大學(xué)、南京航空航天大學(xué)、北京航空精密機械研究所、清華大學(xué)也針對微小型切削機床開展了積極研究。

　　結(jié)束語

　　微小型零件的加工技術(shù)已引起各國的重視，發(fā)達國家已開展相關(guān)技術(shù)研究，并有不少成果問世。微細(xì)銑削和微細(xì)車銑切削技術(shù)與LIGA 和光刻等其他微細(xì)加工技術(shù)相比，具有體積小、能耗低、生產(chǎn)靈活、效率高等優(yōu)點。而無論從理論分析還是實際加工，微細(xì)車銑切削技術(shù)更適合于微細(xì)長軸類零件的加工，采用YOLO-YDC-III型壓電式三向切削力測試系統(tǒng)的實時測控分析后，在改善微小型零件的切削狀態(tài)、實現(xiàn)高速切削、降低切削力、延長刀具壽命、保證零件加工質(zhì)量、提高加工效率等方面都具有明顯的優(yōu)勢，是一種非常適合微小型零件加工的方法。只要合理匹配車削主軸與銑削主軸的轉(zhuǎn)速比，合理輔以其他切削用量，就可以加工出理想的微小型零件。

堯零智能檢測儀器科技有限公司

2017.10.10