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(WTEC)

• 行業/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

行業及應用：

• 醫療：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，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。

• 較小的體積或研發項目可能會得到不適當的轉速，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、醫藥、化妝品、食品、軍事、各行各業的能源。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系統有一個全空氣軸承運輸

• VSA系統在X軸和Y軸上使用真正的、平衡的“直線電機”

• VSA系統在所有三個軸上都使用了1/10微米分辨率的線性尺度

• VSA系統要快得多，速度可達每秒30英寸

• VSA系統要精確得多（視為亞微米，整個舞臺為3-4微米）

• VSA系統的可重復性更強（通常為2-3微米）

• VSA系統要安靜得多（大多數情況下，你只能聽到電腦上的風扇的聲音）

微制造應用：醫療、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

• 需要測試、制造的標準

• 需要多功能系統

• 需要有效的教育項目

• 需要新的理論來模擬微/納米系統

介紹：微系統

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：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（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)。

• 在穩態流量下，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

節選自南加州大學多赫尼眼學院。微機加工介紹

規劃

• 一些CAD/CAM為微加工應用開發工具路徑

•  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

• 重新思考傳統的機械加工技術

• 固定裝置是一個有趣的和具有挑戰性的過程

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。任何低于~.020“的工具都不應該通過正常的觸摸觸發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/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。)

• 醫療-生產+研發部件，薄壁和/或小的

• 珠寶-戒指原型和生產

一級市場=我們的正常客戶(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