Magaro先生認(rèn)為，他可以將這些成功經(jīng)驗(yàn)應(yīng)用于開(kāi)發(fā)一種適用于淬火粉末冶金模具生產(chǎn)的微加工工藝，以減少對(duì)費(fèi)時(shí)的EDM放電加工機(jī)床的需求。Magaro先生說(shuō)：“隨著編程員Jim Cecchetti先生與Ball先生的再一次密切合作，建立了一個(gè)在淬火狀態(tài)下對(duì)粉末冶金模具組件進(jìn)行微加工的穩(wěn)定一致的工藝。”為了使這類材料中銑削微細(xì)部分的公差尺寸保持在小至0.0001in的范圍之內(nèi)，加工工藝的各個(gè)方面，包括立式加工中心機(jī)床、CAM軟件包、刀柄和刀具都必須同心協(xié)力。這是因?yàn)樵谶@么一個(gè)小比例工件上銑削加工時(shí)，諸如切屑負(fù)荷、跳動(dòng)誤差和整體工藝穩(wěn)定性等問(wèn)題都會(huì)被放大。這里讓我們快速地瀏覽一下Quala-Die公司采用微加工方法加工的一些關(guān)鍵部件。

（1）機(jī)床

該車間對(duì)粉末冶金模具的微加工工作是在轉(zhuǎn)速高達(dá)32000r/min的HC-658型機(jī)床以及在另一臺(tái)Roku-Roku VMC立式加工中心上執(zhí)行的，后者是一臺(tái)轉(zhuǎn)速高達(dá)30000r/min的VS-652型四軸加工機(jī)床，該車間在購(gòu)買前一臺(tái)機(jī)床的一年半之后購(gòu)置了這臺(tái)機(jī)床（圖2）。這兩臺(tái)機(jī)床都具備了硬質(zhì)材料微加工所需的主軸轉(zhuǎn)速和功率，其各自的靜態(tài)定位精度和重復(fù)精度分別為±0.000060in和±0.000020in。Magaro先生說(shuō)：“每臺(tái)機(jī)床配有油霧冷卻液輸送系統(tǒng)，這兩臺(tái)機(jī)床都提供有均勻的微加工所需的油霧傳送功能和微調(diào)功能。

此外，這些機(jī)床的Z軸上還帶有熱膨脹補(bǔ)償功能，以滿足車間內(nèi)環(huán)境溫度微小變化的需要。”在這些機(jī)床上，采用測(cè)量長(zhǎng)度和直徑的激光來(lái)執(zhí)行刀具的測(cè)量，是非常重要的。

（2）刀柄

Quala-Die公司首次將熱套刀柄應(yīng)用于微加工工藝，據(jù)說(shuō)這種方法的跳動(dòng)誤差極小。然而，該車間發(fā)現(xiàn)由于反復(fù)加熱和循環(huán)冷卻，因此隨著時(shí)間的推移，這類熱套刀柄會(huì)逐漸變形。變形的結(jié)果會(huì)導(dǎo)致微加工工作時(shí)的跳動(dòng)誤差過(guò)量?，F(xiàn)在，這個(gè)車間使用來(lái)自Rego-Fix公司的powRgrip刀柄系統(tǒng)。該系統(tǒng)由精密套筒式刀柄和用于套筒從夾座插入和拆卸的臺(tái)式液壓機(jī)組成（圖3）。標(biāo)準(zhǔn)的刀柄經(jīng)過(guò)25000r/min的轉(zhuǎn)速平衡，雖然該車間也經(jīng)常使用經(jīng)42000r/min轉(zhuǎn)速平衡的專用刀柄。

除了提供0.00012in的TIR和1100N.m的夾緊力之外，這種刀柄系統(tǒng)還能夠?qū)崿F(xiàn)刀具的快速更換。采用熱套系統(tǒng)方式換刀需要花費(fèi)4min時(shí)間，而操作員采用powRgrip系統(tǒng)換刀，只需24s時(shí)間（圖4）。Magaro先生指出：“這是非常重要的，因?yàn)椴僮鲉T每天必須完成很多次的換刀作業(yè)。”現(xiàn)在，這個(gè)車間在執(zhí)行足夠量的微加工工作時(shí)，每天將消耗高達(dá)90把的微型刀具。

（3）刀具

該車間使用的大部分Jabro Mini立銑刀直徑在0.004~0.019in。這些實(shí)心硬質(zhì)合金刀具的直徑公差在+0/-0.0004in的范圍之內(nèi)，其跳動(dòng)誤差可以忽略不計(jì)。這種微晶粒結(jié)構(gòu)的硬質(zhì)合金刀具帶有耐熱抗磨的AlTiN涂層和雙溝槽設(shè)計(jì)，以方便排屑和提供足夠的幅面強(qiáng)度。方頭立銑刀的幾何形狀是中性的，傾角為0°，螺旋角也為0°，而球頭立銑刀的傾角為0°，螺旋角很小。

（4）編程

該車間采用了一套中等價(jià)位的CAM軟件包，用于“標(biāo)準(zhǔn)尺寸”的工件編程，這種軟件在這樣的應(yīng)用領(lǐng)域中執(zhí)行得很好。然而，情況很快變得十分明朗，微加工需要更強(qiáng)大的功能，因?yàn)榈毒呗窂降募?xì)微差別，例如坡道角度和參與加工的速率，對(duì)最大程度地延長(zhǎng)小直徑刀具的使用壽命是非常關(guān)鍵的。Quala-Die公司現(xiàn)在使用來(lái)自西門子公司的NX CAM軟件，Cecchetti先生承認(rèn)，此種軟件對(duì)編程具有更大的挑戰(zhàn)性，但卻具有微加工所需的靈活性和編程選項(xiàng)。該車間擁有這一軟件的四個(gè)席位，而每個(gè)編程員的每個(gè)工作站擁有兩臺(tái)計(jì)算機(jī)。一種手動(dòng)開(kāi)關(guān)箱可以使編程員設(shè)置一臺(tái)計(jì)算機(jī)，讓其驗(yàn)證一個(gè)程序（這項(xiàng)工作可能需要花費(fèi)長(zhǎng)達(dá)2h的時(shí)間，此時(shí)，該計(jì)算機(jī)基本上無(wú)法執(zhí)行其他任務(wù)），然后切換到另一臺(tái)計(jì)算機(jī)上工作。

在建立粉末冶金模具的編程參數(shù)時(shí)，該車間假定每個(gè)工件的硬度明顯地超過(guò)額定硬度值。Ball先生指出：“對(duì)那些材料進(jìn)行微加工期間，切削深度和跨步不要過(guò)分，這一點(diǎn)非常重要。”螺旋插補(bǔ)和螺旋傾斜是有效工作的微加工刀具路徑策略。Ball先生建議：螺旋斜坡的傾角在粗加工時(shí)不應(yīng)該大于1°，精加工時(shí)不應(yīng)大于0.5°。這可以最大限度地減少刀尖所受的壓力，以防止其斷裂。

Ball先生說(shuō)：“高效微加工的關(guān)鍵之一是，使整個(gè)切削過(guò)程保持一致的切屑負(fù)荷。”這就是為什么它很重要的原因，以確定編程進(jìn)給速度是否與機(jī)床能夠保持的實(shí)際進(jìn)給速度相匹配。他指出，如果一臺(tái)立式加工中心機(jī)床不能使可編程進(jìn)給速度，至少保持80%的周期時(shí)間，那么該可編程進(jìn)給速度應(yīng)該下調(diào)到該機(jī)床保持的進(jìn)給速度，以幫助確保一致的切屑負(fù)載。例如，如果該程序要求調(diào)用40000r/min的轉(zhuǎn)速和100in/min的進(jìn)給速度，但立式加工中心機(jī)床只能保持50in/min的進(jìn)給速度，那么該主軸速度必須削減一半，以確保其一致的切屑負(fù)荷。

 圖5  一套視頻測(cè)量系統(tǒng)可以讓機(jī)床操作員通過(guò)鑒別微型刀具上涂層的磨損狀況或平直度來(lái)監(jiān)控微加工工藝