微加工概述

微銑削和微車削

• 微銑削基礎

• 回顧一下德州農工大學(WayneHung)最近的微加工演示的一部分

• 回顧南加州大學DohenyEyeInst做的微加工演示的幻燈片。

• 哈斯辦公室工廠的概述

• 型車削基礎

• 哈斯辦公室車床概述

微銑削基礎

• 微小與介子與納米（比較）

• 微制造-參考文獻。國際輔助研發(fā)(WTEC)

• 行業(yè)/應用

• 機器的選擇-審查辦公室的機器

• 編程-一些更新的策略

• 切削工具-有多種選擇

• 零件的工作固定和固定件-實例

• 查看和測量成品零件

• 小端磨機（0.014”）在316SS，200ipm視頻

精密微加工

行業(yè)及應用：

• 醫(yī)療：復雜生產部件或第二操作。

• 牙科：牙科實驗室，掃描>CAD>CAM>牙齒

• 相關的電子產品：鉆孔、銑削、PCB等。

• 快速原型設計：模型，模具，所有材料

• 雕刻，微加工，電極

• 珠寶：生產，模具，研發(fā)，蠟制成

• 教育背景：學校和大學

一級市場=普通客戶，生產小的精密零件和/或使用非常小的工具（由于30-40,000+轉速主軸，顯著減少了周期時間和更好的完成）

微加工基礎知識

微加工：包括直徑.125至004英寸的切割工具/鉆孔

介子加工：直徑從0.003”至0.000039”（1微米）

納米：沒有芯片制造技術存在，因為10億分之一米（或0.001微米）對我們來說太小了！1微米（μ）=1,000納米(nm)或0.0001英寸=2,540nm

微機加工-表面英尺/最小值，材料去除率，潤滑情況

由于小直徑端磨和鉆頭（.125英寸）1/8英寸，低于（.0.0625英寸）1/16英寸（1.58mm）

• 切割明礬的例子。-SFM為500(152m/分鐘)，使用。0625”(1.5mm)端磨機需要~33,000rpm

• 就像上面這樣的1毫米直徑的例子。（剛好超過1/32英寸）在明礬中需要大約48000轉/分鐘。

• 較小的體積或研發(fā)項目可能會得到不適當?shù)霓D速，但生產和/或更多的奇異的材料需要精確的SFM，DOC/WOC，潤滑，以達到良好的完成面和可接受的工具壽命。

• “Nano”來自于希臘語中的“小矮人”。在公制系統(tǒng)中，它被用來指“十億分之一米”——一納米（納米）是十億分之一米。換句話說，這大約是人類頭發(fā)寬度的十分之一五萬。普通的辦公紙大約有10萬納米厚。納米技術人員通常會在1-100納米的范圍內工作。

  壁虎可以爬上玻璃，甚至可以倒掛著。它腳上的毛（鏟子）很小，它們可以利用一些力量把分子拉在一起，把壁虎粘在天花板上。納米技術可以制造出內襯類似壁虎的合成毛發(fā)的膠帶，這樣也可以做同樣的工作。

  
  

  

• 納米技術涉及在原子和分子規(guī)模上設計的材料和工作設備。納米技術的進步將影響電子和計算、醫(yī)藥、化妝品、食品、軍事、各行各業(yè)的能源。到2020年，價值1萬億美元的產品可以以某種方式進行納米工程

  視頻CMM設備的示例

  OPTEKVideoMICVSA系列

  
  

  

• VSA系統(tǒng)有一個全空氣軸承運輸

• VSA系統(tǒng)在X軸和Y軸上使用真正的、平衡的“直線電機”

• VSA系統(tǒng)在所有三個軸上都使用了1/10微米分辨率的線性尺度

• VSA系統(tǒng)要快得多，速度可達每秒30英寸

• VSA系統(tǒng)要精確得多（視為亞微米，整個舞臺為3-4微米）

• VSA系統(tǒng)的可重復性更強（通常為2-3微米）

• VSA系統(tǒng)要安靜得多（大多數(shù)情況下，你只能聽到電腦上的風扇的聲音）

微制造應用：醫(yī)療、電子、航空航天、機床、汽車、石油等。

問題：

• 需要合格的工程師來進行設計和制造

• 需要集成和多功能的系統(tǒng)

• 需要測試、制造的標準

• 需要多功能系統(tǒng)

• 需要有效的教育項目

• 需要新的理論來模擬微/納米系統(tǒng)

介紹：微系統(tǒng)

微機加工：316/316L不銹鋼

應用

• 食品制備設備

• 藥品設備

• 海洋應用

• 醫(yī)用植入物

• 煉油廠設備

•  渦輪機

• 電子設備

目標

• 尋找微機加工的必要條件，

• 研究了316L不銹鋼的微銑削，

• 確定工具故障模式，和

• 將研究結果與已發(fā)表的文獻進行比較。

微加工：關注事項

• 超高溫合金和不銹鋼是在宏觀尺度上“難以加工”的材料。如何在微觀層面上加工這些產品？

• 機床：必要條件嗎？

• 切削液：類型、用途？

• 測試：標準、程序、理論嗎？

• 機械加工參數(shù)：宏觀和微觀？

• 微型工具：可用性、幾何形狀、偏移量、磨損/芯片/斷裂、材料、涂層與未涂層？

理論3：累計刀具磨損情況

• 刀具磨損主要是切割速度，切削力受進料和切割尺寸的影響。

• 傳統(tǒng)的使用泰勒方程以恒定的切割速度進行測試可能是很耗時的。

• 在實踐中，刀具機在不同的切割條件下，直到達到失效標準。

• 累積刀具磨損模型為刀具提供了“等效”的速度和刀具壽命

微機加工：機床要求

• 主軸跳動：< 5% of tool diameter

• 主軸轉速：>6krpm

• 可重復性：<為零件公差的10%

• #軸：≥3為復雜的三維形狀

• 剛性：

微加工：刀具偏轉

主軸跳動、堆積邊緣、不受控制的芯片和/或切割力使微型工具周期性偏轉，并導致工具過早故障。

圖14。銑削時彎曲應力的有限元分析

端部偏轉度為=，刀具直徑為17%

彎曲應力=50%刀具強度

端部偏轉度為=，刀具直徑為34%

彎曲應力=100%刀具強度

微加工：結果

微銑削316L不銹鋼與WC工具：

1. 刀具失效模式：切割、磨損和磨料磨損。

2. 累積磨損模型適用于沒有刀具切削/分層的宏觀/微觀加工。

3. 宏觀加工參數(shù)（速度、進料、深度等）不能用于微加工。

4. 由于建造邊緣、刀具切削和磨損，不建議進行干式加工。

5. 微磨削過程中形成的過多毛刺會導致工具斷裂，并需要后續(xù)的去毛刺操作（Bissano等，2005；Lee等，2002）

6. 大量和適當應用的MQL提高了可加工性，但不足的MQL促進了建立邊緣和過早的工具失效。

• MQL在鋼的微粒填充中的特定設置減少了毛刺的形成，提供了洪水冷卻的類似結果(Rahman等人，2001年)。

• MQL在Ti6Al4V的微銑削中顯著提高了刀具壽命(~8x)，并減少了切割力(Sunetal，2006)。

• 在穩(wěn)態(tài)流量下，本研究中2210EP微霧確實濕了刀具/工件，顯著提高了刀具壽命。

總結

• 累積刀具磨損模型可應用于微加工。

• 激光被推薦用于微工具偏移，并量化工具/主軸跳動。

• 刀具撓度（>為刀具直徑的17%）的應力超過刀具強度的50%，并導致刀具疲勞或斷裂。

• 使用低表面能量流體的最佳微霧(MQL)擦拭工具/工件，顯著提高工具壽命。

建議

1. 微加工中銑削和高切削力可能(i)切割易碎的微刀具邊緣，或(ii)分層刀具涂層。需要進一步對微銑削技術、刀具涂層、刀具材料和刀具幾何形狀進行研究。

2. 將該研究擴展到?<100μm（0.004英寸）和Inconel高溫合金的銑刀。

3. 應該進行詳細的研究，以找到最佳的MQL設置

節(jié)選自南加州大學多赫尼眼學院。微機加工介紹

規(guī)劃

• 一些CAD/CAM為微加工應用開發(fā)工具路徑

•  軟程序設計-反映固定裝置

• 高速工具路徑：低切屑負載、 多程

• 高進給工具路徑：更大的切屑負載、用切屑去除熱量

• 錐銑：直線代替不變半徑的“曲線”圓形移動

材料

• 任何可以用12mm端磨機進行加工的東西都可以用0.12mm端磨機（0.0047”）進行加工

• 高達62RC金屬，玻璃，陶瓷

• 塑料、復合材料、木材

例如，在工具鋼與NSK主軸運行50,000rpm

案例1，蝴蝶

• 如何制造一只比生命還小的蝴蝶：薄翼、觸角

• 固定裝置：兩側設置、三維形狀

• 小塊切割

• 中心零位

• 用銷釘固定裝置或停止

• 切割頂部輪廓，粗糙和整理

• 用蠟填充腔體

• 翻轉部件

• 定位（檢查z高度）

• 粗底（球端磨機）

• 完成兩次通過，間隔90度

• 取出部分，放入肥皂沸水中

• 用礦物酒清理

• 不要碰！

上蠟

• 填充剛性零件：薄壁零件、吸收振動

• 安裝零件：像雙桿

• 安裝困難的三維形狀

（最后一張幻燈片）來自南加州大學Doheny的微加工演示

• 微加工的前景廣闊

• 重新思考傳統(tǒng)的機械加工技術

• 固定裝置是一個有趣的和具有挑戰(zhàn)性的過程

辦公室車床和磨床

舊辦公機器

非生產型

新的

HAAS辦公機器的高生產導向，精度，緊湊的足跡！

辦公加工中心

OM-1A & OM-2A

• 30,000rpm哈斯主軸帶驅動(RTAPstd.)40k是可能的

• ISO20錐形主軸

• 20組自動工具更換器

• 5馬力（3.9Kw）峰值

• 剛性咬合

ISO20工具支架

ISO20上的典型夾頭是ER16，最大允許3/8”(10mm)。工具柄部

20錐度對30T和40T

總是需要盡量減少夾具的延伸（如有必要，切割刀柄）

OM-1/2A-潛在的工具化問題

• 跳動（主軸、工具夾、夾頭）：較小的工具不太容易磨耗、在小型鉆孔應用中，每小時磨耗，即使0.0002英寸（0.005mm）也可延長高達50%的刀具壽命、-時鐘（旋轉）ISO20可以幫助減少損耗、特殊的DNA接頭/螺母提供NTE0.0002”(0.005mm)

• 平衡：平衡機被限制在只有0.5克/毫米，這意味著ISO20工具仍然不完美

• 振動（皮帶、電機、主軸、工裝）：哈斯監(jiān)控每臺機器上的振動圖，并努力將其降到最低

辦公室磨床探索

哈斯并沒有在價格表上直接提供WIPS，但是。

您可以從服務部門訂購，WIPS-CT40-MM，從雷尼肖公司訂購ISO20刀柄適配器。

只要確保客戶了解TS27只能測量最小外徑~0.5mm的工具。

OM建設

鑄鐵A型框架柱

• 1600 lbs.(680 kg)

• 鑄鐵底座及臺面

• 良好的芯片流過渡到基礎和冷卻液罐

• 熱穩(wěn)定主軸（如下圖所示）

辦公室磨機-售后市場

通過主軸安裝支架，將老式OM-2型號的主軸添加到OM-1/2A主軸箱的右側。

• 通過NSK美國主軸升級到60000或80000轉。

• 主軸扭矩增加器（4倍和16倍）

• 150,000rpm空氣軸承主軸(通過ISO20適配器安裝)

所有OM模型-主軸和刀具設置探頭

• 雷尼肖NC4-115激光器可以測量工具下0.0027”(0.07mm)直徑。+刀具破損至直徑為0.0016“(0.04mm)。NC4激光可重復性=+/-1.0μ

• 雷尼肖通過WIPS+適應，馬波斯有ISO20主軸探頭+都提供std。接觸式和非接觸式激光工具設置系統(tǒng)。任何低于~.020“的工具都不應該通過正常的觸摸觸發(fā)器類型的工具設置探頭進行設置！

刀具：微型到小型刀具

比普通工具和供應商更有限的選擇（但在增長），從典型的普通群體到廣泛的專業(yè)公司。

• 從3/8英寸（10mm）柄到0.0004英寸直徑。端磨機?NS工具制造了0.01mm（0.00039”）1個長笛球端磨機

• 從?”（6.35毫米）鉆頭到0.0004”

NTK>Mini3F殼磨機。75“外徑(20mm)

辦公室磨機-微加工

• 鉆孔0.1MM孔（0.0039“）

• 微型鈦凸輪（第4軸）

• 微單元用于高生產非常小的精密部件（+靈活性，可在腳輪上移動）

應用

微型車削基礎

許多相同的基本原理也適用于銑削中使用的微銑削

• 行業(yè)/應用

• 機器選擇-辦公室實驗室的檢查

• 刀具-許多瑞士項目可供選擇！

• 工作：小柱（ID/OD），磨耗

• C軸和從動工具

OL-1生產車床

• 緊湊

• 精確

• 快捷

小部件的車削，1英寸（25毫米）及以下

*Customers 12mm dia.部分在OL-1vs上運行了一半的周期時間。SL-10 (31 sec.和62秒。)

團伙工具生產車床

行業(yè)及應用：

• 第二操作零件用螺旋機械車間

• 小部件的快速車削，1英寸（25毫米）及以下：客戶?”（12毫米）直徑。部分在OL-1vs上運行了一半的周期時間。SL-10 (62 sec.和。31秒。)

• 醫(yī)療-生產+研發(fā)部件，薄壁和/或小的

• 珠寶-戒指原型和生產

一級市場=我們的正?？蛻?OEM的)，生產小的精密零件和/或沒有地板空間！

顯著減少了周期時間，由于團伙工具和非常快的Accel./Decel。主軸(伺服驅動和感應型電機，允許M19和c軸標準)。

夾條主軸的好處

5C夾頭軸，帶標準2 3/16-10螺紋和肩部（即臺階夾桿等）

與液壓尾臺相比

• 無離心力損失

• 質量更小，=，速度更快。& Decel.=減少了周期時間

• 更好的濃度

與主軸鼻部（螺栓連接）相比

• 沒有主軸鼻懸垂=更剛性和更少的質量

• 更少的“磨耗”容忍度，哈斯規(guī)格的NTE0.0001”

施工OL-1

通過伺服電機的皮帶驅動5C主軸（因此C軸Std）

• 鑄鐵主軸頭、底座和臺

• 精密線性導向器和滾珠螺絲釘

• 0.0000061”分辨率(0.00015mm)

OL-1生產車床

添加NSK美國

    電動驅動工具，適用于各種銑削，鉆孔應用！

右翼顯示的角度最多有30,000個值。轉速1.5：1比，所以電機在30K，主軸在20K=增加扭矩

C軸-標準。NSK主軸

OL-1設置與各種工具，包括酒吧拉桿/部分組合

移動實驗室-CNC的拖車！

在明尼蘇達州和北部進行（團隊工廠）

剛在南加州（山谷學院）

其他計劃

辦公機械和微機加工

4軸

OM-1/2A-3、4、5軸

5軸

OL-1與CA外部+驅動工具