了解微铣床技术

技术转型以及走出舒适区可能是相当痛苦的，尤其是在制造业。管理人员、工程人员、搬运工和车间里的实干家对任何引入公司的新技术并不总是意见一致。

但在当今竞争激烈的生产市场，为了生存，变化是不可避免的。你今天在做什么，你怎么做，在5到10年内都不会一样。然而，这并不是要为未来的工作创造一个直接的范式转变，而是随着时间的推移，在新技术和新市场上产生微妙的变化。

其中一项技术恭维瑞士型生产加工是微铣削。微铣削传统上扎根于欧洲市场，但在过去几年中，它已经迅速扩展到美国市场。对于那些已经在瑞士型机器上进行小零件生产的人来说，微铣削是一个正在发展的市场，与那些很少或没有小零件生产经验的人相比，它可以提供有竞争力的领导地位。

不幸的是，微铣削的机械技术是不同的。此外，它超越了传统铣削设备的边界，像任何技术一样，它可能是一个丛林。为了迈出微铣削的第一步，揭开设备背后的一些机械技术以及配套技术是很重要的。

圆的技术

任何公司的成功都高度依赖于每个部门。如果一个部门不能100%运转，就有可能影响整个公司。影响潜力取决于公司的商业模式及其生产的产品。

同样，机器也是由各个部件组成的。如果一个部件不是100%，机器可能无法生产出质量好的部件。机器是如何使用的，它生产什么，自然会决定对部分的影响潜力。

然而，与传统铣削不同的是，微铣削需要在每个机器部件之间建立更紧密的质量关系。换句话说，如果主轴有一个轻微的质量问题，就有可能对零件质量产生负面影响，并可能导致全部故障。对于微铣削，每个部件是成功生产一个良好的微加工零件的关键。

机器结构
和几何

机器的几何形状对机器的整体性能起着重要的作用。它将决定刚度，精度，热稳定性，阻尼性能，工作体积和操作的易用性。两种最流行的立式机器几何类型是桥式和c形框架结构，每种结构都有不同的优点和缺点。

然而，c框架结构通常为微加工提供最好的刚度，因为刚度直接影响精度。在一个c框架设计，唯一的移动轴是主轴或Z轴，因此有更少的重量提供更好的动态刚度。

c框架的刚度随着Z行程长度的增加而减小。理想的c型框架结构是在设计意图和Z行程长度之间有一个适当的平衡。在桥结构中，X轴和Z轴都悬挂在X轴表的上方。因此，桥承载了更大的重量，为微铣削提供较少的动态刚度。大多数桥梁结构更适合高速加工中型到较大的部分，最大Z行程通常是需要的。

振动是铣削小、精细、精确零件的最具破坏性的加工特性之一。和刚度一样，阻尼也是微铣削过程中需要控制的关键因素。增加阻尼的机床将吸收更多切削引起的振动。许多机器的框架是用铸铁或钢焊接而成的。

不幸的是，这些类型的结构材料不适合微铣削。最适合微铣的机架材料是聚合物混凝土。聚合物混凝土对振动的吸收能力通常是铸铁的10倍。聚合物混凝土还提供了比铸铁更好的动态和静态刚度，并具有更好的热稳定性性能，这对实现小零件精度至关重要。

导轨系统

机床导轨系统包括支撑主轴和工作台以及引导其运动的承重部件。主要有两种导轨系统:箱形导轨(有时称为流体动力导轨)和直线导轨。每种制度都有其积极和消极的特点。

不幸的是，有一种方式系统并不适合所有的应用程序。箱形加工方法在很大比例的机器上使用，在大型金属去除加工中心最常见。由于它们的设计，盒形方式是有问题的，频繁的轴逆转需要和低摩擦运动需要极端的精度。直线导轨系统是微型铣床的选择。它们提供低的静态和动态摩擦，非常适合高程度的多轴和复杂的运动。

驱动与运动技术

一个商店可以加工的零件有多小，一个商店有多成功，这取决于商店的微型机器中内置的驱动和运动技术。目前市场上有几种驱动和运动技术。然而，在大多数机床上，滚珠丝杠技术仍然是轴传动机构背后的驱动力。

滚珠丝杠由伺服电机驱动。这种滚珠丝杠和伺服电机的组合技术仍然适用于微铣床。与传统的滚珠丝杠微铣削技术相比，直线电机等技术并没有显著的进步。重要的是驱动和伺服电机如何共同工作，以提供精确的运动，以产生微型尺寸的3D特征。反馈装置，如玻璃秤和电机编码器，被放置在机床上以确定位置。

许多机床制造商只使用旋转编码来确定轴的实际位置。然而，旋转编码器仅决定行程距离或行程速度，而不考虑齿隙、磨损或与滚珠丝杠的热变化。任何这些几何变化与滚珠丝杠将导致误差的实际位置。为了抵消这些几何变化，并确保最精确的轴位置，玻璃秤被放置在导轨附近，以提供额外的反馈控制。

玻璃秤有一定的精度范围，但大多数精密高端机床通常使用0.5微米的增量与旋转编码器。由于微铣削的许多应用都是小而精细的——需要最小的增量运动，0.5微米的玻璃尺度对于生产小型、超精密零件可能并不重要。在这种情况下，0.1微米的玻璃鳞片可以生产甚至最详细的微机械零件。

主轴

近年来，主轴技术取得了长足的发展。市场上的锭子有很多种:齿轮传动、皮带传动、电动、空气传动和液压传动。更常见的高转速锭子是电动锭子。仅在几年前，160K-rpm的电动主轴是闻所未闻的。虽然160K主轴有其应用，但更常见的高速主轴更适用于转速高达50K的情况。

在微铣削中，刀具的尺寸与应用有关。通常，直径为6毫米的工具被认为是大的，直径为0.3毫米的工具被认为是非常小的。在这个范围内，50K rpm的主轴将提供足够的解决方案。

电动锭子有两种基本形式:开环或闭环。闭环纺锤体通常称为矢量纺锤体。开环主轴通常用于切削力相对较小的情况下，如微铣削。它们也比较便宜，但也有一些缺点。开环主轴没有编码器反馈。因此，不支持刚性攻丝和主轴定位等操作。此外，最小和最大主轴转速之间的比率是有限的。例如，一个高达40K rpm的开环主轴可能只有2K的低端rpm。小于2K rpm的主轴不能产生足够的扭矩进行切割。

理想的微铣削主轴是闭环或矢量控制主轴。他们提供的转速范围，全扭矩低速，刚性攻丝能力和主轴定位。在微铣床上设计良好的矢量控制主轴将提供很大的灵活性，甚至可以切割最难以切割的材料。

刀柄与主轴接口

刀柄与主轴接口是主轴与刀柄之间的设计构型。铣削有许多不同的刀柄接口。一些更常见的被称为陡峭的锥形工具，如CAT, BT和ISO。这些是用于大多数铣床和来在不同的尺寸。另一种类型的接口叫做HSK。HSK刀具已迅速被用于高速主轴和高精度加工中心。

锥形刀柄通过两个锥形的配合来确定其在主轴中的轴向位置。这种界面的缺点之一是，当主轴转速增加时，由于离心力和热效应，主轴轴趋于膨胀。当这种情况发生时，刀柄的锥度可以被进一步拉入主轴，从而导致一系列问题，包括z轴运动的不准确性。

因为微铣削使用高转速，锥形刀柄不是理想的刀柄类型。HSK刀柄为高转速主轴提供了许多优势，因此是微铣床的首选。HSK刀柄通过位于主轴内的一组内部夹具保留在主轴内。

随着转速的增加，刀柄和主轴之间的金属-金属接触得以保持，因为离心力使刀柄内部的夹爪在刀柄内膨胀，使其牢牢地压在主轴轴内部。HSK工装也是一种双接触接口。它位于浅锥度和法兰上，为轴向和径向切削力创造了刚性精密配合。

这种精密配合使接口具有优越的跳动条件比陡峭的锥形工具。当使用非常小的刀具时，跳动不准确会导致刀具过早失效。此外，过度跳动也会降低主轴的寿命。对于微铣床，理想的跳动误差应该是1微米或更少。

数控技术

控制技术是机床领域中另一个取得进步的领域。由于先进的硬件和软件技术，今天的数控控制速度快，功能强大。不幸的是，数控控制技术的课题是复杂的。关于这个主题的书已经写完了。

然而，这里可以指出控制技术的一些重要方面——控制界面、运动控制和反馈、处理速度和支持。控制界面似乎不是一个逻辑问题，但高科技机床需要高科技的控制，而且大多数高科技的控制都包含许多功能。

对于终端用户来说，这些特性可能非常难以承受，从而创建了一个令人生畏的工作环境。接口应该逻辑布局和使用简单，但足够灵活，可以处理任何CAD/CAM系统中最复杂的刀具路径输出。

由于微铣刀路径可能很复杂，包含数千块信息，因此控制能够接受多种类型的存储介质以及以太网连接是很重要的。运动控制和反馈是精密微铣削应用的关键。该控制必须能够快速处理高密度复杂数据，并能够以精确的方式将运动命令到轴上。

控件能够多快做到这一点取决于一些超出本文范围的内部因素。最好的解决方案是选择一家受人尊敬的知名公司的控制技术成熟的微铣床。在这种情况下，支持将成为一个自然的副产品，提供多年的优秀支持。

辅助组件

使用小零件和小工具有时会令人沮丧。在铣削过程中，刀具需要测量长度和直径尺寸。该信息反馈到控制系统，对刀具路径进行偏移补偿。

肉眼几乎看不见的测量工具几乎不可能机械地测量。许多机床都使用激光测量装置，利用小激光束自动测量机床的长度和直径。有了足够的激光测量系统，小到40微米的工具能够以可靠和简单的方式测量。

小零件和夹具也很难安装。使用触摸探头可以使设置微铣床更容易。可采用自动定心、零件调零和零件对准，快速建立零件定位。此外，部件测量也可以使用许多在特征探测控件上常见的触摸探头例程来完成。

完成圆

单靠一台好的微铣床并不能保证微零件制造的成功。工作环境包括温度控制工作区域，清洁度和组织都是重要的领域，需要注意过渡到微铣削。此外，使用小到50微米的工具需要一点知识和大量的经验。确保机床制造人员有知识和经验，充分支持和指导您走向成功的微铣削。

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