提高微型刀具加工效率的三個(gè)相關(guān)要素包括微型刀具的優(yōu)化設(shè)計(jì)、采用低粘度冷卻液和高速切削技術(shù)。
（1）微型刀具的設(shè)計(jì)
簡(jiǎn)單地將較大直徑刀具的幾何參數(shù)按比例縮小而獲得的微型刀具通常難以實(shí)現(xiàn)進(jìn)給和達(dá)到令人滿意的加工精度。因?yàn)殡S著刀具直徑的減小和主軸轉(zhuǎn)速的提高，對(duì)刀具的要求也在發(fā)生變化。采用機(jī)夾刀片的常規(guī)刀具設(shè)計(jì)并不適合微型刀具的加工要求。這主要是因?yàn)樘岣咿D(zhuǎn)速對(duì)刀具的要求并不僅僅局限于刀具直徑的縮小。轉(zhuǎn)速的提高要求刀具具有更好的平衡性和更大的容屑空間，以確保順利排屑和防止產(chǎn)生積屑瘤。采用微型刀具進(jìn)行有效的高速切削加工需要對(duì)刀具進(jìn)行專門的優(yōu)化設(shè)計(jì)。微型刀具正確的幾何參數(shù)加上高速主軸機(jī)床和合理的冷卻方式，就能夠*取消為去除毛刺而進(jìn)行二次加工。
（2）冷卻方式的優(yōu)化
用微型刀具進(jìn)行高速加工時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量切削熱，因此需要采取一些措施來冷卻降溫。雖然高速切削在減少切削熱方面具有某些優(yōu)勢(shì)，但僅靠高速切削技術(shù)有時(shí)還不足以完*冷卻問題，因此對(duì)于某些加工仍然需要一套有效的冷卻系統(tǒng)。
冷卻系統(tǒng)能消除切削熱，同時(shí)還可以起到潤(rùn)滑作用，使刀具能夠在工件表面進(jìn)行快速切削。嘗試用一把冷卻的餐刀切一塊冷黃油是一件相當(dāng)困難的事，因?yàn)椴偷肚羞^黃油表面時(shí)缺乏潤(rùn)滑。但如果將餐刀加熱后，它就能夠融化少許黃油，從而為餐刀提供潤(rùn)滑，使其很容易地切割黃油。用刀具進(jìn)行高速切削也是相同的原理。微型刀具需要使用粘度比水更低的潤(rùn)滑劑，這是因?yàn)樾枰估鋮s液能夠到達(dá)高速旋轉(zhuǎn)刀具的切削刃處。乳基冷卻液的粘度比水基冷卻液大，因此不適合用作微型刀具高速切削加工的潤(rùn)滑劑。
加工中使用的微量噴霧冷卻系統(tǒng)可以采用酒精（乙醇）作為冷卻液，它對(duì)于有色金屬和某些塑性材料加工的冷卻潤(rùn)滑效果十分理想。但在加工鋼鐵類材料時(shí)則需要使用油基冷卻液，即酒精冷卻液的優(yōu)點(diǎn)并不適用于鋼鐵材料的加工，因?yàn)橛操|(zhì)合金刀具在鋼鐵表面可能會(huì)引起瞬間放電，如果暴露于乙醇基冷卻液中則可能產(chǎn)生相當(dāng)高的動(dòng)態(tài)電勢(shì)。
常用的噴淋冷卻液通常都是石油基制品，這些冷卻液使用后需要進(jìn)行適當(dāng)?shù)幕厥仗幚?，?huì)產(chǎn)生附加費(fèi)用。而酒精使用后就全部蒸發(fā)了，因此無需處理或回收再利用。雖然酒精具有易燃性，但它很低的揮發(fā)點(diǎn)使其成為一種對(duì)高速切削加工非常有效的冷卻潤(rùn)滑劑。由于酒精是一種天然化合物，對(duì)環(huán)境無害，無廢棄物，無需清掃，因此也不會(huì)產(chǎn)生相關(guān)費(fèi)用。此外，用酒精作為冷卻潤(rùn)滑劑不會(huì)在工件上殘留任何油漬，從而可以避免對(duì)工件再進(jìn)行去油污的二次操作，而這些工序的成本都相當(dāng)高。
（3）高速切削技術(shù)
刀具直徑越小，有效切削工件所需的主軸轉(zhuǎn)速就越高。用微型刀具進(jìn)行銑削、鉆削、銑螺紋和雕銑加工時(shí)，采用轉(zhuǎn)速范圍6000～60000r/min的高頻主軸zui為理想。高速切削技術(shù)采用了高轉(zhuǎn)速、小步距、大進(jìn)給的加工策略。試想，移動(dòng)你的手通過燃燒著的蠟燭火苗，如果你的手移動(dòng)緩慢，火苗就有足夠時(shí)間灼傷你的手;而如果你的手快速掠過，火苗就來不及灼傷皮膚。用微型刀具進(jìn)行高速切削加工的原理也與此類似，當(dāng)?shù)毒呖焖僖苿?dòng)時(shí)，切削熱就來不及傳入工件中并造成各種問題。
在切削加工過程中，刀具不斷將切屑切離工件。所產(chǎn)生的切削熱約有40%來源于刀具每一個(gè)刀面與切屑的摩擦發(fā)熱，另有約20%來源于切屑的變形（彎曲）發(fā)熱。因此，總共有約60%的切削熱來源于切屑內(nèi)部。高速切削技術(shù)嘗試?yán)们行紟ё叽蟛糠譄崃浚詫?shí)現(xiàn)更為清潔的切削。較高的加工質(zhì)量是基于良好的刀具冷卻、較低的切削力和因此而減小的加工振動(dòng)。
采用高主軸轉(zhuǎn)速可將切屑載荷（切深）減小到0.005′（0.13mm）以下，如此小的切深能顯著減小刀具與工件材料之間的切削力。高速/小切削力加工產(chǎn)生的熱量較少，可減小刀具偏差，并可實(shí)現(xiàn)對(duì)薄壁工件的加工。由于具有這些優(yōu)點(diǎn)，采用高速切削可以獲得較好的加工表面質(zhì)量，切削溫度較低，工件易于夾持，加工精度也較高。
正確選用加工機(jī)床
基于使用微型刀具進(jìn)行高速切削的加工機(jī)床所具有的動(dòng)力學(xué)特性，上述高速切削技術(shù)的相關(guān)原理是*可以實(shí)現(xiàn)的。此類機(jī)床通常重量較輕，因此運(yùn)動(dòng)范圍較大，具有較好的靈敏性、柔性、多功能性以及很高的速度。常規(guī)的數(shù)控機(jī)床重量較大，因此其速度和機(jī)動(dòng)性難以達(dá)到輕型機(jī)床的水平，但它們能夠采用較大的刀具進(jìn)行加工。常規(guī)數(shù)控機(jī)床有點(diǎn)像suv（皮卡），雖然動(dòng)力強(qiáng)勁，但機(jī)動(dòng)性不足或無法在狹小空間停放。而跑車的設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)使其不但馬力十足，而且具有高水平的可控性和靈敏性。用于微型刀具高速切削的數(shù)控機(jī)床就與跑車的特點(diǎn)非常相似。正如你不可能在suv上安裝一個(gè)擾流板和漆上賽車條紋，然后就期望它能像跑車那樣飛馳一樣，你也不可能在笨重的常規(guī)數(shù)控機(jī)床上換裝一根高速主軸，就期望它能完成使用微型刀具的高速切削加工。
在設(shè)計(jì)一臺(tái)機(jī)床時(shí)，你可以在兩種思路中任選其一。你可以制造一臺(tái)功率強(qiáng)大的大型機(jī)床，使其能用大型主軸來驅(qū)動(dòng)大型刀具進(jìn)行加工。驅(qū)動(dòng)大型刀具需要強(qiáng)勁的動(dòng)力，這就意味著必須采用質(zhì)量較重的大電機(jī)。另一方面，你也可以制造一臺(tái)專門用于微型刀具的輕型機(jī)床。為采用微型刀具進(jìn)行高速切削而設(shè)計(jì)的機(jī)床需要承受的切削力較小，因此設(shè)計(jì)重點(diǎn)應(yīng)放在速度和靈敏性上，而不需要采用大電機(jī)驅(qū)動(dòng)。
為了使一架飛機(jī)完成飛行，哪一邊的機(jī)翼更重要，左翼還是右翼?回答當(dāng)然是：要使飛機(jī)飛起來，兩翼同樣重要，同樣*。與此類似，為了實(shí)現(xiàn)微型刀具的高速切削加工，三要素（微型刀具、冷卻方式和高速切削）中的每一要素都同樣重要，缺少了其中任何一個(gè)環(huán)節(jié)，都不可能實(shí)現(xiàn)率、高可靠性和高柔性加工。反之，如果將三要素地結(jié)合在一起，就能達(dá)到令人驚喜的加工速度和高水平的加工質(zhì)量。其加工優(yōu)勢(shì)還不止于此，它還能*取消如去毛刺、去油污等后續(xù)二次操作。
加工實(shí)例
下面列舉兩個(gè)在datron機(jī)床上用微型刀具進(jìn)行高速切削的加工實(shí)例：①用直徑1/4′（6.35mm）的單槽銑刀高速銑削厚度為1/8′的6061鋁板，加工轉(zhuǎn)速為45000r/min，采用酒精冷卻，機(jī)床進(jìn)給率為250ipm;②用直徑1/8′（3.175mm）的小螺旋角雙槽高速銑刀（hsc+）銑削1/8′厚的6061鋁板，加工轉(zhuǎn)速為50000r/min，采用酒精冷卻，機(jī)床進(jìn)給率為200ipm。
對(duì)于高速切削加工，有一些經(jīng)驗(yàn)值得注意：①應(yīng)避免在主軸上加裝襯套，因?yàn)檫@樣會(huì)增大磨損和破損，大大縮短主軸壽命;②采用具有較小步距和較高進(jìn)給率的機(jī)床;③快速移動(dòng)刀具，利用切屑帶走熱量。
結(jié)論
綜上所述，要地完成任務(wù)，就必須使用正確的工具。一個(gè)高爾夫球手既不會(huì)使用長(zhǎng)打棒在草地上擊球，也不會(huì)使用輕擊棒在球座上開球。同樣，在常規(guī)數(shù)控機(jī)床上換裝高速主軸，也很難期望它能達(dá)到高速切削所要求的高標(biāo)準(zhǔn)。只有專門為微型刀具的高速切削而設(shè)計(jì)制造的機(jī)床才能滿足這種加工的嚴(yán)苛要求。
用微型刀具進(jìn)行高速切削加工的優(yōu)點(diǎn)包括：切削力小，刀具不易損壞，加工溫度低，表面光潔度好，可取消后續(xù)去毛刺、去油污操作和刀具振動(dòng)小等。高達(dá)60000r/min的主軸轉(zhuǎn)速使加工速度比過去大大加快，同時(shí)工件加工質(zhì)量也得到了提高。