微孔加工技術的介紹和發(fā)展

   National Jet公司于1937年由微型鉆孔技術的開拓者John Cupler建立。多年前，一個外國鉆頭制造商把自己所生產的最微型鉆頭送給Cupler，并問他是否能生產出如此小的鉆頭。而Cupler先生回答他們的方式是在這個鉆頭上鉆了個孔并將它送了回去。

    這些微型小孔只有在高倍顯微鏡下才能看到，許多微小型鉆孔的決定因素也類似于標準尺寸的鉆削加工。每當對一項新任務進行評估時，National Jet公司首先必須確定最為有效的孔加工方法。這很大程度上還得根據加工零件種類、內孔直徑、幾何形狀、尺寸精度要求和深度、加工零件的批量大小，以及原來采用的加工方法等。

    裝有顯微鏡的手控機床經常被用于科研項目、小批量生產或只需要極少數的微小孔加工。一些致力于微小孔加工機床開發(fā)的制造商，大多提供是手控式機床，這一加工方法要追溯到上世紀的三十年代。其它的盡管已經用CNC工作臺加以改造，但仍然保持著用手工控制鉆頭的進給，手動進給這樣的微小直徑鉆頭，需要熟練的工人進行手工感覺。National Jet公司已經總結的許多微小孔鉆削的經驗。“我們的熟練的工人操作者事實上都能由‘感覺’確認微小型鉆頭是否已被磨鈍。”Condor先生說。

圖1 微小孔加工成了National Jet公司的技術專長。

圖示是一根0.003英寸直徑的人的頭發(fā)，被一個

0.001英寸的微小鉆頭鉆穿通過的圖示。

    啄鉆的加工程序在幾乎每一個微型鉆孔操作中都被用到，以保證順利排屑，保證微小孔的質量，表面粗糙度和最佳化鉆頭使用壽命。

    冷卻液或輕質油用以冷卻和從鉆尖排除切屑。根據Condor先生介紹，National Jet公司生產的大多數扁平型微小鉆頭所具有的長徑比（L/D）為7:1，而10:1通常被認為是仍能保證提供緊密公差的最大比率。

    在一個曲面上鉆一微小孔，需要在零件上預鉆一微小盲孔進行導向，以防止孔的彎曲或“偏斜”。進行預鉆的導向微小鉆頭一般需設計得很短，具有的最大長徑比（L/D）為２:1。公司擁有一種專利的加工方法，可以在很尖銳的工件邊緣上加工微小型導向孔。

    對于高生產率加工或對于有許多微小孔需要加工的零件，National Jet公司將使用他們的CNC加工中心或車床。手動機床經常用來在將任務交付新的CNC機床之前，對加工的工件進行試鉆。這樣主要是為了確定在加工的過程中需要更換微鉆刀具的頻率。

    該公司新購置的2215 VMC由Fadal Machining Center公司（加利福尼亞州的 hatsworth）生產，經主軸孔注入冷卻液，可鉆小于2.5 mm的小孔。這種加工方式，取消了啄鉆方法，因為切屑可通過冷卻液從切削區(qū)順利排除。更小的直徑鉆頭即使沒有冷卻液通道，也可以在這一機床上使用。零件的定位狀態(tài)可利用傳統(tǒng)的刃口尺或專門設計的直線度測試儀進行檢查和對零件進行定位調試。

    L32型瑞士車床由Marubeni Citizen-Cincom公司（新澤西州的 Allendale）生產，能提供圓柱體零件的完整加工，包括在一次裝夾中，實行微小孔鉆削。該車床具有兩個最高轉速達30000r/min的氣動主軸，驅動微小鉆頭加工。氣動主軸實際上被更多地用來進行精密加工小直徑鉆孔而不是超高速加工。該車床還裝備有一個棒料進給器，提供較長久的無人化零件加工。

圖2 使用一臺裝備有氣動主軸的瑞士車床

進行一般車削、銑削操作和微小孔鉆削。

    Condor先生承認許多人對微小孔能夠在相對較低的速度下被加工完成感到驚訝，“我們對于直徑為0.005英寸的微小孔，選擇在500～3000r/min的主軸轉速下加工獲得了巨大成功,”Condor先生說，“在進給量很小的情況下，沒有必要用數千轉每分的主軸轉速來加工微小孔。”

    鉆好微小孔后的去除孔口毛剌，也是完成好孔加工的一個重要因素。每次鉆孔都有需要清除孔出口處的毛刺。National Jet公司通常都采用拋光內孔表面和使用一微小鉆頭捅出孔口毛刺至外的手工去毛刺方法。

    National Jet公司對于難以去除的毛刺，例如小直徑通油孔和非圓形的小孔都運用小直徑的鋼絲或通過EDM設備進行去除。“但對于小深孔加工，我們一般不使用EDM，因為電極容易燒傷小孔底部和產生錐度。”Odom先生說。

圖3 微型 EDM 用于管材或其它的去毛

刺和鉆孔都比較困難或無法加工的場合。

    National Jet公司的EDM機床能夠加工小至0.001英寸直徑的微小孔。除了進行微小孔加工，微型的EDM機床還能夠從零件中清除已折斷在小孔內的小鉆頭。鉆頭的直徑非常微小，因而折斷是可以理解的。

    一些公司的EDM機床都有配備直線電機，用于X和Y軸的工作臺快速運動。同時還配備了托盤夾具系統(tǒng)，提供機外的零件快速裝夾和更換。EDM機床經常整夜和周末都在進行無人化作業(yè)。最新的EDM機床具有一套基于PC的機床控制系統(tǒng)，使原來供CNC加工中心上使用的CAM匯編程序，現(xiàn)在能迅速地變更到EDM機床上加工。

    微小孔的檢測 

    National Jet公司不是對每個零件上的每個微小孔都進行檢測，它實際上是通過Nikon視覺系統(tǒng)對每個微小孔進行檢測的。該視覺系統(tǒng)能對精密微小孔的尺寸精度和粗糙度進行檢測，并將檢測結果通過E-mail傳遞給用戶。

    但對于一些上設計有微小孔的零件，例如噴絲頭中有幾個幾何形狀精度要求很高的微小孔，用Nikon視覺系統(tǒng)是不能檢測的，為此，公司設計了一個能精確檢測小孔幾何形狀的新方法。為了檢查微小孔幾何形狀和微小孔的形狀輪廓，National Jet公司向孔中注入一個分成兩部分的橡膠泥，當橡膠泥成型后，會被從孔中取出，微小孔輪廓和幾何形狀等有關信息能通過在測量顯微鏡下觀察橡膠模而得到。

圖4 經預加工的噴絲頭零件，能提供很快的零件交付

圖5 用橡膠泥檢驗復雜微小孔幾何形狀。

以前對于微小孔的幾何形狀精度是無法檢查的。

    在一次裝夾中加工 

    National Jet公司所具有的很強微小型鉆孔能力已幫助公司走出最近的制造業(yè)不景氣的低谷。然而，公司認為它必須將這一能力擴展范圍到其它的工業(yè)領域，以創(chuàng)造出更好的商機。“我們的微小孔鉆削能力已在開始目標外的工業(yè)領域獲得成功，例如無線電通訊和航空和航天工業(yè)，它能支持我們完成許多其他的R & D項目。”Condor 先生說。“我們的重點仍是不斷增長著的微小型零件的加工市場。”

    最近的經濟衰退也重新堅定了在進入微小孔加工市場后繼續(xù)前進的決心。我們的微小孔加工，經常是整個零件的最終加工�；蛘甙才旁诹慵�的接近最終加工工序。”Odom 先生說。National Jet公司最近作了不少努力，向用戶宣傳在一次裝夾中，完成整個零件加工（也稱一次性加工）的優(yōu)點。并購置新的CNC加工中心，將其計劃付諸于生產實際。

    這對一個已在制造業(yè)占有一席之地的制造商，跨過以往的專業(yè)界限進一步走向柔性化，總是有幫助的。以下是National Jet公司總結出的一次性加工將給用戶帶來的經濟和生產效益：

    ◆使產品迅速交付。由一家公司在一次裝夾中，完成整個零件加工，意味著只需很少運輸和搬運，加工時間集中，使加工產品能迅速交付。National Jet公司采用一次性加工方式的第一個零件是一個需要車螺紋加工和有一個關鍵的直徑為0.005英寸通孔的小體積汽化器。公司是在先進行完所有要加工的工步后，最后在零件上鉆出微小孔的。National Jet公司為用戶證明了，它只用了原來加工時間的一半，就能在瑞士車床上加工好整個零件，最終為公司贏得這項生產任務。

    ◆快速適應新產品設計變化，這一點也很重要�？焖龠m應新產品設計變化，National Jet公司為它的主要的紡織業(yè)用戶，庫存了大量的噴絲頭等零件的粗制品。因為毛毯制造商不能為新的噴絲頭等待一個月的時間。公司采取了預先下料和粗加工毛坯，一旦接到訂單，能夠迅速地在粗制品上增加微小孔和零件所需的其它幾何特征。

    ◆一次性加工帶來高的加工精度，極大地減少了多次裝夾造成的安裝誤差，穩(wěn)定地保證了零件的加工精度。避免了以往因零件滿足不了指定規(guī)格而遭用戶的指責。

    另外，那些進行整體零件生產的用戶車間可能不會考慮到那些在二級工序中重要的問題，比如微鉆的深度。

    ◆特殊經驗。National Jet公司在其微小孔鉆削方面，積累了許多寶貴經驗，它建議，有時通過設計結構的改造，能使加工變得容易并使生產成本下降。“如果一用戶需要在零件上鉆出一個很難達到設計要求的微小孔，建議將圖紙設計成由一個大孔錐度過渡到微小孔的結構形狀，將會使加工變得容易并不會影響產品性能。”Condor先生說。

    一個公司在制造業(yè)占有一個固定的專業(yè)位置固然重要。但是專業(yè)性很強的車間會很快發(fā)現(xiàn)，根據用戶的市場需要，研究開發(fā)新技術新工藝，靈活地為用戶提供多種技術服務，將對企業(yè)的發(fā)展有很重要的作用。這一多種技術服務的繼續(xù)發(fā)展，將會極大地提升企業(yè)在市場的競爭力。