应市而生的微型刀具
对于微型加工这种具有挑战性的工作，要是没有合适的刀具是一件很难想象的事情。
如今市场对于微型加工刀具能力的需求与日俱增，这主要是由于新技术不断的发展，如医疗行业。有许多生产钻头和铣削工具的制造商都可以提供标准的刀具，其直径为0.25~1in或1.25in（1in=25.4mm，下同），一些公司可以提供直径6~0.1mm的整体硬质合金刀具和内冷刀具（图1）。有的刀具直径甚至可以达到0.01mm，能做到这一点，说明加工能力就达到了10μm。人的头发直径约为60μm，这样加工就会变得更加精确。
图1 可以通过冷却剂的亚微米硬质合金刀具
来自海外的挑战不断增加，直接影响到了北美的制造商，模具制造商必须为客户提供解决方案、优选刀具，尤为重要的是其实用性。提供问题的解决方案以及合适的加工刀具才是关键。简而言之，模具制造商采用何种方式更好的服务于微型模具制造市场才是最为重要的。
如今，一个制模工要是有能力在半硬或全硬的状态下加工零件，那么也意味着他可以用合适的刀具进行抛光，从而避免对加工件进行多次重复定位。而这一切要想得以实现就必须具备上述提及过的不同尺寸的刀具，并选择合适的刀具分别进行粗加工、精加工和超精加工。在许多加工实例中硬钻孔也是经常遇到的。
过去，零件加工完成要尽可能的与加工方式匹配，如先坐标铣削或多程序型数控加工，然后进行抛光、热处理，最后送去电镀涂层。这个过程可能需要几周甚至几个月的时间，然后才组装、测试、装船运走。
然而，随着多轴加工设备和高科技刀具的出现这一切都随之改变。我们现在可以选择在热处理到抛光加工阶段完成复杂的精加工，然后电镀涂层、组装、测试之后装船或利用模具生产。模具生产厂就是通过这些向客户提供更好的服务的，但是他们必须同时向其客户提供合适的刀具方案。
在选择刀具时，质量、可重复性和有效性是三个最关键的因素。以这种标准进行采购是很关键的，因为其具有成本收益的工艺可以直接影响生产结果。如果工厂只关心价格，那么就有可能产生不必要的废料或交货延迟等问题。
微型刀具的选择
当选定了加工模具的合适微型刀具之后，有许多的参数问题需要解决。首先，最主要的是明确加工材料的准确信息，如材料的硬度、韧性和可加工性。如果仅靠猜测或经验判断，有可能导致时间和加工的大量浪费。
然后要考虑的参数就是主轴的工作效率问题（如尺寸、结构的刚性、有效的温度控制和准确性）。与通常的CNC加工相比，这些主轴会以更高的转速工作，当然这也取决于加工需求和材料的硬度。模具制造厂可以和刀具供应商合作共同究竟如何选择合适的加工刀具，一般情况下这些要求都可以被满足。nextpage
如果是内冷刀具，还要考虑冷却液的相关问题，如黏度、流动性、润滑性、油箱的清理和防扩散安全环保等问题，这些都是选择小型刀具需要考虑的额外因素，其临界点也大幅度提高。
要想弄清楚这些问题，模具制造商最好与润滑液以及仪器供应商一起探讨，在采购过程中，刀具制造商也可以提供有建设性的意见。
在主轴和刀具之间必须考虑刀具的夹紧力，在进行铣削操作时，建议最大误差应控制在0.0002in之内（也取决于加工直径），这样能更好的保证刀具的使用寿命、加工误差和孔的形状等。当选择更小的刀具时，其公差也就更为严格。
对于极小的钻孔加工，其执行的公差要尽可能接近“0”，这也是为了确保能有一个最好的加工效果。
如果使用超精密弹性夹头、液压夹具或冷缩配合夹具就能够实现精确的刀具夹紧，只要精心选择并使用恰当，所有以上提供的这些将保证加工在公差范围内。所有设置都应该在使用前进行核实，通过使用预先设置好的刀具可以实现加工目标。在购置刀具时，这同样可以与刀具供应商进行讨论。
库存现有的一些硬质合金钻头其尺寸规格从直径0.4~6mm，以0.05mm尺寸递增。固体系列从直径0.1~2mm，以0.01mm尺寸递增，直径2~3mm的也有库存，其递增尺寸为0.05mm。可提供的内冷硬质合金钻头其规格为直径0.075~6.0mm，以0.05mm尺寸递增，可提供的库存刀具的长径比分别为6、10、和15。
微型刀具的应用
在寻找合适的铣削工艺时，必须要谨慎行事，加工质量、可重复性和可靠性是加工的关键因素。如果一味的追求铣削的低成本，而无法加工连续的在公差范围内的精确孔是没有意义的，同样可以进行铣加工但并非最有效的工艺也是不可取的。最终，经过反复操作一定会找到适合的加工工艺。许多铣削设备企业想方设法让其设备运行的更快，其实要是进给不恰当即便是再高的转速其铣削水平也不过如此，有时还会适得其反。选择合适的铣削应该根据厂家推荐设定转速，并尽可能配备更好的进给率，这样就会让孔加工变得更加节省时间。从而节省更多的时间去做其他的工作，这样就会更有效率。
这些结果是在安装使用主轴、冷却液、刀具夹紧、工件夹紧，以及后期维护过程中得到的。
微型端铣刀也是专为这个工业而设置的，其尺寸规格从0.1~6mm，适合加工小直径工件，库存最大尺寸可达12mm，这种铣刀有方形、球形和刀尖圆弧半径形。这种铣刀是由超微结构的晶粒制造，再经过涂层和精磨加工而成，具有很高的公差等级，可以保证加工效果、刀具寿命，因此可以满足非常经济的生产模具的需求。
工厂还提供了CBN微型小直径铣刀，专门用于模具零部件的超精加工。当需要加工的表面粗糙度较高，而整体硬质合金刀具无法满足加工需求时，这种CBN刀具就会被派上用场，它们可以加工硬度范围在40~70 r/c的材料（图2）。
图2 能够加工热处理铸模的微型CBN铣刀nextpage
当对中等硬度范围的材质进行插铣加工时，应该考虑使用专用的插铣刀。设备可以只配备一把铣刀，在不进行去毛刺和预铣削的前提下，通过插铣和对槽的粗加工最终也可以完成任务。这样可以节省很多时间，从而保证制模工更高的效率。
选择端铣刀最好的方式就是选择一个相对独立的零件进行加工试验。如果想刀具连续加工，在机床转速一定的情况下就要考虑提高其进给率。在许多加工案例中，合适的刀具会加工更长的时间，从而缩短整个制造周期所需时间。这不仅减少了机床的加工时间，也使制模工及其设定的工艺更具效率。
时至今日，在医学（齿科）、高速通信、航空、微型控制，以及其他众多领域，许多微型零件是通过机加工、模具制造，或二者兼有来完成的（图3）。而且从目前来看，这些领域的需求不仅没有下降，反而有不断上升的趋势。这是一个关键的市场，值得我们去关注，尤其是在这个经济时代。
图3 医疗元件和微型刀具
作者：西部车床，如若转载，请注明出处：https://www.lathe.cc/2023/01/2849.html