随着应用的增加，微型切削工具选项不断扩展

需要小孔、通道和其他特征的零件数量正在增长，能够创建这些特征的工具也变得越来越强大和复杂。

硬质合金微型切削工具的直径约为人发的直径或更小——一些生产零件只能在显微镜下才能看到——正在对制造高度先进的电子产品、汽车产生巨大影响和航空航天燃料喷射系统，以及医疗器械和植入物。

在高达 150,000 rpm 的主轴速度下保持越来越严格的公差，微型钻头、立铣刀、刳刨机和其他工具由于改进的夹紧而打破了加工障碍通过物理气相沉积 (PVD) 应用的技术和专有涂层。更多内冷钻头和特定应用的硬质合金牌号和槽型正在成为工具制造商的标准。

“随着更严格的公差要求和零件小型化的增加，我们的客户需要更多选择，”说RobbJack Corp.（加利福尼亚州林肯）的工程副总裁 Mike MacArthur。 “我们必须以千分之一英寸的增量提供工具，从 0.005 英寸 [0.13 毫米] 开始，到 0.062 英寸 [1.57 毫米] 结束。微型刀具制造商还必须提供能够解决特定问题的几何形状，以及遵循高效刀具路径的能力，“使用与全尺寸刀具相同的啮合角度和 Z 轴切削深度。”

新时代Micro

工程经理 David Paquette 表示，Richards Micro-Tool（马萨诸塞州普利茅斯）的 2018 年目录展示了 2200 种新产品，这标志着对微型加工工具的依赖程度越来越高。重点是更长的凹槽长度和面积ch 长度和特殊涂层，如氮化铝钛 (AlTiN)。在这些新工具中，有一个新的锥形肋骨切割器系列，可以在硬化机器材料的模具上产生拔模。

该公司的工具可以加工从铂金到 PEEK（聚醚醚酮）塑料的所有材料，他说。虽然 Richards 一直是微铣削的先驱——一直提供直径为 0.005 英寸的立铣刀，并且总是在他们的设施中使用显微镜来评估他们的刀具——Paquette 指出，今天的刀具库包括直径小至 0.0005 英寸（0.013 毫米）的刀具。

公司正在试验减少工具振动和颤振的方法，Paquette 解释说，包括奇数个出屑槽和各种前角和后角——有时不包括后角。 “传统上你不会修整所有的牙齿，所以它几乎可以让你在某种程度上平衡刀具的工作方式。”

虽然“我们没有我们的头脑在沙子里”关于激光和电火花加工对旋转切割业务的竞争，微型工具制造商发现更广泛的切削业务中的其他参与者之间存在共生关系，Paquette 指出。 “我们有一系列专为 EDM 行业制造的工具系列。”

Kyocera Precision Tools Inc.（北卡罗来纳州亨德森维尔）“在钻孔领域拥有历史悠久的实力”，其 Titan AX 已取得成功6 毫米刀柄上的三刃和即将推出的五刃微型铣刀，圆形刀具产品经理 Joe Negron 说。 “有了三个长笛，你总是有一个切削齿啮合，”他说。五刃铣刀已被证明可以使用 Kyocera 的可转位刀具进行高速铣削，将为该公司的整体圆形刀具带来该功能。

切削直径从 0.06 英寸（1.5 毫米）降至 0.02 英寸（0.5 毫米），它们用于加工“超坚韧材料，如殷钢或任何 s不锈钢，他说。 “当我们推出它时，有点意外。我们知道它在精密工具和模具应用中会有很好的表现，但事实证明它被用于多个市场，例如医疗和航空航天。”

同时，Kyocera 的内冷 10×D Hydros 钻头将很快就会加入 5×D 和 7×D 版本。 “我们最初推出的钻头切削直径小至 3 毫米，”Negron 解释说。

“现在我们的双刃钻头切削直径降至 1 毫米，8×D 或 15×D。” Kyocera 的技术应用经理 Brian Wilshire 表示，这些钻头特别适用于 17-4 PH、钛和 Inconel 等航空航天材料。

同时，Kyocera 的超微型钻头小于 0.003 英寸（0.08 毫米） ） 在直径上。 Kyocera 生产的钻头直径小至 0.0015 英寸（0.038 毫米），立铣刀直径小至 0.002 英寸（0.05 毫米），Wilshire 补充道。 “我们发现更多的电话Negron 指出，在先进电子行​​业和使用殷钢等金属的芯片测试台制造中，尤其是在亚洲。

在汽车燃料喷射系统中，在较小程度上，“我们”我们看到很多人要求直径介于 0.008 和 0.010 英寸（0.20 和 0.25 毫米）之间，最高可达 0.060 英寸（1.52 毫米）。他说，虽然这些直径在微观意义上并不是特别值得注意，但“重要的是他们要求正负一微米的超精密直径公差。”

这样的工具不容易制造制造，Negron 继续说道。 “您可以从 100 个开始，但最终不会有很多，因此做好空白准备工作并确保准备好最准确的空白”至关重要。 “凹槽一直是它的诀窍。”

Horn USA Inc.（田纳西州富兰克林）的产品经理 Steve Boss 指出了几项关键改进：

• 凹槽设计具有材料规格fic 切削几何形状和带有颈部间隙的极短凹槽，以及用于 S 和 N 组材料的高抛光凹槽。
  材料：新的硬质合金等级，可以是特定材料以优化磨损。
磨削工艺：现代多轴工具磨床和精细磨削工艺——高公差毛坯和夹持、砂轮和磨削油过滤——使工具一致性成为常态。
• 由于当今工具磨削的精度RobbJack 的 MacArthur 说，机器、微型工具与它们的大直径对应物一样详细，从开槽到切口再到后角和主角。该公司的 Mirror Edge 颤振减少几何结构适用于铝制的深口袋或长距离微型模型，使工具的振动与零件的振动相匹配，从而消除颤振和振动。

定制是King

在当今复杂的微加工世界中，30% 到 60% 的加工成本并不少见公司的工具是定制的，麦克阿瑟说。 RobbJack 约 60% 的业务是定制业务。 “我们有幸看到一些非常了不起的项目，”他说。 RobbJack 将在其实验室中重新创建客户的应用程序，运行测试切割，然后返回报告以指明正确的工具和工艺参数。
与此同时，Paquette 表示 Richards Micro-Tools 的产品组合中可能有 15-20% 是工程解决方案.此类项目“不会在一夜之间发生”，而是随着与客户建立关系而发展多年。

在 Kyocera，一系列特殊的立铣刀满足了医疗行业的需求，Wilshire 说：“我们使用阶梯钻头来尝试节省循环时间，”旨在一次通过加工零件。

“我们的重点超出了一般目录线……变成了提高性能的三重过程，”Paquette 解释说，他磨练了材料、几何形状和涂层的适当组合，“这不会削弱我们已经完成的工作切削工具和我们的几何形状。”

正如 Paquette 在最近的一个案例中所说明的那样，通过选择正确的工艺和材料可以实现非凡的吞吐量收益。 Richards 的一位客户在印刷行业使用的层压塑料材料线轴上加工一个特征，在必须更换刀具之前会得到大约 200 英寸（5.1 米）的材料。通过使用类金刚石涂层改进圆角立铣刀，并将顺切切削切换为顺切切削，Richards 的刀具产生了 800% 以上的线性长度。 2018 年 Richards 目录包括两个新级别的金刚石涂层。

专为匹配许多独特的黑色金属和有色金属的最高切削温度而定制的涂层Kyocera 的 Negron 指出，金属和碳纤维允许更高的工作温度，并且可以将切割速度提高多达 20%。为找到气体、温度和沉积速率的最佳工艺组合而进行的 PVD ​​涂层设备实验比比皆是。

航空不锈钢等专有材料通常需要专有涂层，以通过保持钻孔的润滑性来延长刀具寿命并促进排屑据 Kyocera 的圆形工具产品专家 Kevin Jackson 说。 Kyocera 的 Megacoat 系列等涂层的应用厚度取决于工具直径。
Negron 说，在工具直径低于 0.008 英寸（0.20 毫米）的超微世界中，涂层无济于事。

我们接到了很多“要求对这些工具进行涂层处理”的电话，但是“[那个尺寸] 的东西不可能产生足够的热量”以需要 3-4 微米厚的保护层。

在 RobbJack，每个微型工具都MacArthur 说，以 0.0002 英寸（0.005 毫米）的增量提供的材料有氮化钛、碳氮化钛、AlTiN 和更新的类金刚石碳。他指出，在切割不锈钢或镍合金等发热金属时，AlTiN 是理想的选择，因为它会形成氧化铝隔热罩，防止热量进入工具。
最终，涂层可以节省成本，理查兹的帕奎特说。例如，在医疗生产场景中，性能增强的工具可以处理 200 英寸的材料，只需 10% 的时间检查零件。

当然，微型工具的精度只有

更精确的铣床的发展是一个循环过程，RobbJack 的 MacArthur 解释说：“我们将推出比机床更好的工具，然后机床制造商将推出更好的机器，最大限度地发挥工具。然后，您将拥有所有新的 CAD/CAM 刀具路径，这些刀具路径可以控制啮合角以及刀具与切削的接触程度。”

加工成功的关键“是设备及其夹紧方式，”Kyocera 的内格隆说。 “最好的夹紧方式是热缩。最终用户正专注于购买具有出色夹紧力的非常好的机器设备。”

低跳动是购买高端设备的主要目标之一，这得益于极其稳定的主轴/刀具组合。 “你不能有很多斜坡和高跳动，因为这些工具不能忍受它，”他建议道。 “使用更大的工具，您会在不太理想的条件下听到咆哮”，“而微型工具就会坏掉。”

主轴速度是另一个关键的性能因素，Jackson 补充道。 “工具越小，您需要的转速就越高。”为了优化其工具，Kyocera 使用主轴 spWilshire 指出，其实验室中的种子倍增器。金属切削通常需要 10,000 到 15,000 rpm，而生产印刷电路板的工具必须以 120,000-150,000 rpm 的速度运行。 MacArthur 将绝大多数应用主轴速度定为 30,000–60,000 rpm。

Wilshire 指出，一些较新的机器可以使用高压冷却液，这就是 Kyocera 将其冷却液直通钻孔线扩展到更小直径的原因。冷却液“非常有助于将切屑从孔中取出，并确保我们保持孔质量和刀具寿命。”

同时，当前的 CAM 软件无论刀具是否处于车削状态，都能保持相同的切屑负载或角落，内格伦说。许多客户通过编程来预览他们的软件，例如高速铣削例程，并确保“无论您在零件中的哪个位置”都优化了流程。

对于铣削，“大多数 CAM 软件内置了某种版本的高效加工，”Wilshire 说.这有利于更小的径向切削宽度，保持强劲的进给率，并减轻刀具在拐角处切削载荷增加时的颤动或破损。 Jackson 补充说，对于钻孔，更新且更易于编程的 CAM 软件有助于改变钻孔深度、缩短循环时间和排屑。

Horn USA 的老板说，“新的刀具路径选择控制径向啮合，确保刀具不会进入一个材料多于程序设计的区域。”他说，更重要的是，受过更好教育的程序员“正在了解刀具路径的选择以及选择的方式和参数。”

Richards 的 Paquette 说，大多数工具公司都拥有专用于刀具路径选择的专有软件他们的 CNC 磨床模拟了最佳工具设计和性能。两年前，他的公司购买了一台微型铣床用于测试几何形状，特别是 PEEK 应用。

用户提示

为了保护Boss 说，对于这些有价值的工具，使用前和使用后的检查对于防止破损与遵守正确的使用参数同样重要。在使用之前，他建议使用带有实时取景摄像头和自动化功能的微米精度工具预调仪来检查跳动和形状。这不仅可以确认刀具几何形状和适当的跳动，而且无需接触即可实现刀具长度偏移。

为了进行适当的加工，Boss 强调使用 Horn USA 的 Fahrion 和主轴等高精度刀具夹持系统调速器，如有必要。他建议，保持正确的切削速度、径向和轴向深度以及每齿进给量，并在操作期间通过适当放置压缩空气或冷却液清除切屑，以避免双重切削切屑。

之后，车间应使用循环、预调仪或数码显微镜检查均匀磨损、碎裂或破损。 “使用 3D 扫描仪或干涉仪检查成品部件，以评估表面光洁度和最终形状，”Boss 说。