在設(shè)計機(jī)床、切削刀具和夾具的過程中，高效地銑削微型模型和微型零件的各個部位時所面臨的挑戰(zhàn)，令人膽怯。為一把刀具找到最佳的刀具路徑，可以說也同樣令人感到困難，因為機(jī)床操作者或許根本看不到或聽不到它在進(jìn)行切削。與一般的銑削操作不同，操作者沒辦法說出在切削中刀具的表現(xiàn)如何，以便做出所需的改變，把這道工序最佳化。此外，可能適合于 “ 典型 ” 銑削工件刀具路徑策略，并不能總是可以精致地、按比例縮小以便用于微量銑削。

　　另外，醫(yī)療、電子和光學(xué)零件的小零件加工有更高的要求。鑒于這個趨勢，位于德國 Aachen 市的 Frauhofer 生產(chǎn)技術(shù)研究所 (IPT) 最近發(fā)起了一個微量銑削研究項目，與機(jī)床設(shè)備制造商和模具制造商聯(lián)合，目標(biāo)是開發(fā)出高效微型模具制造的策略和加工方法。在開發(fā)微量銑削 NC 軟件方面，他們已能高效地計算出公差為 0.1 微米的刀具運(yùn)動。位于美國密執(zhí)安州 Novi 市的 Cimatron 公司是一家軟件公司，它也參加了 IPT 項目。參與的結(jié)果是通過加入微量銑削工作的各種功能，提高了 Cimatron E NC 軟件的性能。

　　Uri Shakked 是 Cimatron 的一位產(chǎn)品經(jīng)理，擅長于微量銑削。他提供了生成微量銑削刀具路徑時所要考慮的以下 5 個問題：

1) 開發(fā)適合于微量銑削的加工策略。高速加工與微量銑削之間確實存在相似之處，例如避免尖銳的刀具運(yùn)動。當(dāng)趨近角落時，刀具的路徑應(yīng)該是圓形的，圓度的大小取決于機(jī)床和進(jìn)給率。當(dāng)進(jìn)行微量銑削時，在低于某一個值的情況下，弄成圓形實際上沒有用。例如， 0.2 毫米的圓角就太大了，因為典型微量加工的跨度都特別?。ń咏?0.01 毫米）。在這個例子中，圓度值是跨距值的 20 倍，這意味著接續(xù)的工序之間會產(chǎn)生寬溝，形成明顯的凹凸紋路和很差的表面質(zhì)量。

　　Cimatron 開發(fā)的零重迭旋輪線法提供了清除這種切紋的方法。該方法用旋輪線的形式加工所有相關(guān)的區(qū)域，但為了防止雙重加工，刀具回程運(yùn)動時從工件表面在 Z 軸方向提升。然后，在后續(xù)的正向運(yùn)動中，刀具會以與刀具路徑相切的方向進(jìn)入。

　　高速加工使用高的進(jìn)給量，允許切屑排掉由切削導(dǎo)致的熱量；高的主軸速度產(chǎn)生高的切削進(jìn)給量；高進(jìn)給率減少了加工時間，允許用小的步距值進(jìn)行切削。雖然進(jìn)給率受到刀具切削刃最大切屑尺寸的限制。但因為微量銑削刀具直徑很小，主軸速度通常太慢，不能產(chǎn)生高的切削進(jìn)給，從而限制了可得到的最大進(jìn)給率。例如，為了使 10mm 的刀具達(dá)到 100 米 / 分的切削進(jìn)給率，主軸速度應(yīng)該大約為 3200 轉(zhuǎn) / 分。對于 0.1mm 的刀具，主軸轉(zhuǎn)速必須為 320 000 轉(zhuǎn) / 分。這樣高的主軸轉(zhuǎn)速目前是沒有的。 0.1mm 的刀具最大可能的進(jìn)給率大約為 15 米 / 分，距公認(rèn)的高速切削相差很遠(yuǎn)。

　　用0.1mm直徑的切削刀具銑刺，如這圖所示的情況，在設(shè)備和編程軟件方面都有很大的困難。 

  2）逆銑通常比順銑效率更高。對于微量銑削，決定用逆銑還是順銑主要取決于被加工零件的特性?？紤]到微型模具和微型零件上通常具備的精密特性，通常選擇逆銑方法。

　　當(dāng)?shù)毒咻^長或工件壁很薄時，微量銑削最適合用逆銑。當(dāng)切削刃切入材料時，產(chǎn)生切削力，切削刃傾向于拉入工件，這就提供了一個穩(wěn)定的切削條件，很適合于軟材料和精致的零件。

　　然而，逆銑會對刀具的切削刃造成潛在的損壞。當(dāng)切削刃完成切削時，它會被切削件退出。當(dāng)轉(zhuǎn)回進(jìn)入下一次切削時，它會鉆挖進(jìn)被切削件。這就導(dǎo)致切削刃上的力迅速改變方向，從而縮短刀具壽命。    　　在順銑中，刀具以最大的切屑尺寸咬合被切削件，刀具和零件傾向于互相推開。機(jī)床、工件和切削刀具必須有足夠的剛性以避免振動。否則，刀具壽命會縮短，表面質(zhì)量較差。

3）可能需要結(jié)合粗 / 精銑工序。粗精銑工序通常是分別進(jìn)行的，采用不同的主軸速度、進(jìn)給率和切深。但在微量銑削時，可能無法實現(xiàn)，特別是當(dāng)加工小型零件上高的、薄的壁或輪轂、軸套時。粗銑后的壁厚將不足以支持精銑操作，造成精銑的振動或可能斷裂，至少壁表面的光潔度很差。

　　當(dāng)微量銑削時，薄壁銑削、粗、精銑削應(yīng)合成一個工序。在壁的兩側(cè)，在 Z 軸方向一層一層地切下。刀具應(yīng)該傾斜，離開被加工的壁，以保證刀具與壁之間有一個接觸點。 

　　銑削精密區(qū)域時留下的紋，能用零重迭旋輪線加以清除。用這方法，刀具反向運(yùn)動在 Z 軸方向從工件提升起來，然后刀具在切于相繼正向運(yùn)動刀具路徑的方向切入，產(chǎn)生較好的表面光潔度。

4) 應(yīng)保持恒定的刀具載荷。在一般的模具制造應(yīng)用中，機(jī)床操作者常常手動調(diào)整進(jìn)給率，如需要時換刀或手動編輯刀具路徑，以使效率更高。由于在微量銑削中零件和使用的刀具微小，在加工過程中，操作者沒有實際方法看到或聽到發(fā)生什么情況。這就是為什么微量銑削軟件在整個切削過程中必須能精確保持恒定切屑載荷的緣故。

　　Cimatron 軟件能識別在整個過程中實際余留的裕量，并用這個數(shù)據(jù)來進(jìn)行取決于刀具載荷的調(diào)整。這就能加快加工時間，同時保護(hù)精致的微量銑削刀具不會斷裂。在主要改變工件幾何形狀的粗切過程中，該軟件仿真每層后遺留的裕量。這樣能使刀具進(jìn)入以前各層清除過的位置，從而能使用較短的刀具切入較深的區(qū)域。

　　在清除工序中，該系統(tǒng)能檢測出過多的材料，并自動加上再粗銑工序。再粗銑運(yùn)動可以防止刀具斷裂、保持恒定的刀具載荷和提高表面質(zhì)量。該軟件可根據(jù)要切除多少材料，自動改變進(jìn)給率或把刀具路徑分成若干下游工步。

5）當(dāng)心CAD/CAM數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換問題。在單獨的CAD和CAM軟件包之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換誤差，對加工精度有負(fù)面影響。當(dāng)微量銑削時，這些不精確性會更加嚴(yán)重。集成的 CAD/CAM 軟件包消除了這樣的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換問題。例如，在一個相當(dāng)大的零件上的兩表面之間 0.005mm 的凹陷的轉(zhuǎn)換誤差可能不成問題，因為零件可以拋光。但在微型模具或微型零件上拋光常常是不可能的，因而微型銑削的零件表面上，可以清楚看到同樣尺寸的凹陷。

　　幾乎任何CAM編程工作都需要一些幾何修補(bǔ)過程，這意味著CAM軟件應(yīng)該包括內(nèi)部 CAD 能力。當(dāng)制作模型時，冷卻和排出孔通常都蓋住，以防止切削刀具加工到這些部位。另外，表面必須擴(kuò)展到在另一調(diào)整中將要加工的保護(hù)區(qū)。能不能產(chǎn)生或修改零件的幾何形狀，影響刀具路徑的編程方法。

　　工藝裝備的 CAD 應(yīng)該由了解工藝過程需要的工具制造者來完成，諸如 NC 編程員。在許多情況下，只有在編程過程中，才能清楚需要某種幾何修正。