在醫(yī)療和牙科、電信、模具和航空航天工業(yè)，一些零件的尺寸越來越小，使微型切削刀具的需求增加，一些刀具的直徑甚至比人的頭發(fā)絲還細(xì)（平均直徑僅為0.09mm）。這些適用于鉆削、銑削和車削的微型刀具取決于亞微米顆粒硬質(zhì)合金和涂層的開發(fā)，尤其需要重視刀具夾頭、主軸和機床剛度，以形成有效的金屬切除系統(tǒng)。小型或微型刀具的分類是一種相對的說法，通常是指直徑范圍0.05－2mm的刀具。目前并不缺少能夠滿足旋轉(zhuǎn)刀具最小徑跳要求的機床，以及能夠安全、精確地夾持這些刀具的刀柄。Makino、Roku Roku（MC Machinery）、Roeders、Kern、Chiron、Mikron、Hermle、Yasda等公司生產(chǎn)的高速機床已經(jīng)證明了其微加工能力。作為一種加工類型，瑞士式車削中心具有用微型刀具加工超高精度微小零件的能力。在使用這些微型刀具進(jìn)行加工時，需要特別小心謹(jǐn)慎。要注意以下要點：（1）控制刀具的徑向跳動極具挑戰(zhàn)性；（2）刀具的夾持和操作要注意剛度和清潔度；（3）機床和主軸需要精心維護(hù)。由于零件尺寸越來越小，加工要求也越來越嚴(yán)，更多的難加工材料（如鈷鉻合金、鈦合金、不銹鋼等）需要采用亞微米牌號硬質(zhì)合金刀具以及為加工定制的涂層，而且刀具必須保持必要的鋒利度。醫(yī)療器件、模具和印刷線路板（鉆削）的加工仍然在微型切削刀具的應(yīng)用中占據(jù)主導(dǎo)地位?？s短加工循環(huán)時間、消除對微細(xì)結(jié)構(gòu)采用二次電火花加工的必要性，仍然是微型切削刀具（包括鉆頭、立銑刀和瑞士式加工刀片）創(chuàng)新的首要任務(wù)。山高刀具公司擴展了用于加工硬金屬（如淬硬鋼、鈦合金）和軟金屬（如鋁、銅）的Jabrom迷你立銑刀產(chǎn)品系列。Jabro產(chǎn)品經(jīng)理William Bogue解釋說，“直徑為0.1－2mm的新刀具擴展了我們加工由鈦合金、鈷鉻合金以及高溫合金制成的醫(yī)療裝置的能力。對淬硬模具材料的加工也獲得了成功，刀具壽命延長且可預(yù)測，同時獲得了更好的加工表面質(zhì)量。”這兩種新型Jabro迷你整體硬質(zhì)合金立銑刀系列包括用于加工硬度達(dá)HRC65的淬硬鋼的JM100系列和用于加工鋁和銅的400系列。Bogue說，“我們正在持續(xù)進(jìn)行研發(fā)，并努力培訓(xùn)用戶使用小直徑刀具加工復(fù)雜形狀零件的能力。用微型刀具進(jìn)行加工時，需要采取一種完全不同的心態(tài)和注意力來對待加工能力，包括機床剛性、刀具夾持以及非接觸式激光預(yù)調(diào)等。”與日本或歐洲相比，美國業(yè)界在微型切削刀具技術(shù)的廣泛應(yīng)用方面可能稍微滯后一些，但是，醫(yī)療/牙科、電子和光學(xué)領(lǐng)域的加工應(yīng)用正成為已成功應(yīng)用于模具加工的微型刀具的目標(biāo)領(lǐng)域。美國尼亞加拉刀具公司的MicroTool微型立銑刀有2槽、3槽或4槽的方頭、球頭、短粗型、常規(guī)型和加長型等多種型式，直徑尺寸范圍為0.13－3mm。直徑0.13－1.4mm的刀具尺寸增量為0.03mm。直徑小于0.13mm的刀具可以特殊訂貨。使用微型刀具時，刀具、機床和刀具夾持的質(zhì)量非常重要。尼亞加拉刀具公司的William Sebring解釋說，“主要的影響因素是徑向跳動，即從刀柄到切削刃的量表讀數(shù)值（TIR）。對于一把直徑13mm的銑刀，1/2000的徑跳誤差也許可以接受，但如果一把直徑為0.25mm的刀具徑跳達(dá)到5/10，則是不能接受的。將刀具安裝到刀具夾頭上時的清潔度，以及在高剛性機床上使用徑跳小、重復(fù)性好的合適刀具夾頭，對于使用微型刀具進(jìn)行高速加工非常重要。對加工過程加速/減速信息的控制能力（即控制器可以提前預(yù)讀還有多少程序塊的能力）也至關(guān)重要。”Emuge公司新推出的微型刀具旨在擴展微加工的特定應(yīng)用，如注塑模具、擠壓模具或石墨和銅電極的銑削加工。該公司銑削產(chǎn)品專家Stephen Jean說，“這些微型立銑刀的特點是，幾何參數(shù)經(jīng)過優(yōu)化的切削刃與纖細(xì)的內(nèi)凹錐形頸部相結(jié)合，可對從HRC65的淬硬鋼到石墨等材料進(jìn)行高效銑削。頸部設(shè)計的允許懸伸比是10∶1。刀具的這種外形設(shè)計結(jié)合了德國高校的研究成果，該研究采用有限元參數(shù)法進(jìn)行刀具建模，開發(fā)和整合了理想的頸部形狀，以便在最大限度地減少振動的同時，使刀具的長度和剛度最大化。”微型刀具也很適合用于常規(guī)零件和微機械零件的高精度表面結(jié)構(gòu)加工。已經(jīng)證明，微型刀具在加工鑄幣模具和醫(yī)療器件（模具和設(shè)備）時具有很高效率，尤其是在采用電火花加工后還需要將零件移至其它機床進(jìn)行精細(xì)結(jié)構(gòu)加工的場合。Jean相信，微型刀具可以幫助制造商克服加工復(fù)雜零件時遇到的困難。Emuge公司的微型立銑刀直徑尺寸為0.2－2mm，有效切削長度與直徑之比分別為2.2∶1、5∶1和10∶1，有球鼻銑刀、環(huán)面銑刀、平頭銑刀等24種不同的結(jié)構(gòu)型式，分為不涂層、TiAlN涂層或金剛石涂層銑刀。該公司的整體硬質(zhì)合金微型立銑刀適用于加工從石墨、鋁到硬度達(dá)HRC66的淬硬鋼等各種材料。Walter Titex公司的X-treme DM20和DM25高效內(nèi)冷卻整體硬質(zhì)合金微鉆可滿足鉆削孔徑更小的深孔的加工需求。該公司產(chǎn)品經(jīng)理Patrick Nehls介紹說，“DM20和DM25微鉆可用于光纖、模具和液壓行業(yè)的加工，例如，可能需要在液壓閥上加工多個小孔，或需要用具有較長鉆削深度或較大懸伸量的鉆頭在曲軸上鉆削油孔。”DM 20微鉆的直徑范圍為2－2.9mm，可鉆削的孔深達(dá)20倍孔徑；DM25的直徑范圍2.5－2.9mm，可鉆削孔深為25倍孔徑。刀具夾持對于減小徑跳誤差非常重要，采用熱裝夾頭可以獲得最高的夾持精度，采用液壓夾頭和高品質(zhì)彈簧夾頭也能獲得不錯的夾持效果。DM系列微鉆的優(yōu)勢是可以縮短加工循環(huán)時間。Nehls解釋說，“對于小直徑鉆削，通常的方式是采用高速鋼麻花鉆，以稍慢的轉(zhuǎn)速進(jìn)行啄擊循環(huán)加工，特別是在不能采用內(nèi)冷卻鉆頭的情況下；或者也可以采用槍鉆加工，但它需要特殊的機床和夾具。一般來說，DM鉆頭的加工速度比高速鋼鉆頭快5－10倍，從而可以縮短加工循環(huán)時間。”不過，Nehls指出，高速鋼刀具對加工條件具有更好的包容性，尤其是在安裝和夾持剛性較差時。對于螺紋加工，特別是昂貴工件的螺紋加工，Nehls推薦采用圓周螺紋銑削，“在加工價值昂貴的工件時，人們總是希望使因螺紋加工導(dǎo)致工件報廢的風(fēng)險最小化，因為螺紋加工通常是傳統(tǒng)工藝中的最后一道工序。采用Walter Prototyp整體硬質(zhì)合金圓周螺紋銑刀，用戶就擁有了通過CNC程序控制加工過程的優(yōu)勢：可以控制螺紋中徑，加工具有相同螺距和不同直徑的螺紋，用同一把螺紋銑刀加工左旋或右旋螺紋，與使用成形絲錐或切削絲錐相比，該銑刀還能加工出更接近孔底部的螺紋。”Walter Prototyp螺紋銑刀有兩種類型：一種可以加工大多數(shù)工件材料，另一種用于加工硬度高達(dá)HRC65的硬材料。瓦爾特美國公司可免費提供用于計算攻絲、銑削和螺紋銑削參數(shù)的CCS軟件和用于鉆削加工的TEC軟件。BIG Kaiser精密工具公司Sphinx鉆頭產(chǎn)品助理經(jīng)理Mike Bojanowski認(rèn)為，制造商一直期盼能像使用其它鉆頭一樣用微鉆進(jìn)行加工，“長期以來，普遍的看法是，當(dāng)孔徑小到某一尺寸以下，就不可能以可接受的鉆頭壽命實現(xiàn)精密鉆削。其實，如果使用得當(dāng)，微鉆完全可以擁有與大鉆頭一樣的加工性能，包括刀具壽命、重復(fù)性和尺寸精度。”該公司的Sphinx微鉆由細(xì)顆粒高強度硬質(zhì)合金制成，鉆頭的直徑尺寸從0.05mm（比人的頭發(fā)絲還要細(xì)一點）到2mm，標(biāo)準(zhǔn)長度為6倍直徑，還可以提供直徑0.3－1mm、長度為2倍直徑的中心鉆或定心鉆。Bojanowski介紹說，微鉆良好的加工效果首先來自于高精度的彈簧夾頭。此外，定期保養(yǎng)機床，包括檢查和潤滑軸承，可以長時間地保證精密鉆削效果。BIG Kaiser公司提供了可以減小徑向跳動的“New Baby”彈簧夾頭。M.A. Ford制造公司為醫(yī)療器件加工開發(fā)了直徑小至0.13mm的微型立銑刀，包括雙槽、四槽的方頭和球頭立銑刀。該公司目前正在開發(fā)的微型鉆削技術(shù)意在將用戶從老式的印刷電路板鉆削平臺引向?qū)ｉT適合金屬加工的微鉆。該公司制造和設(shè)計總監(jiān)Joe Kueter解釋說：“我們正在為更關(guān)注醫(yī)療設(shè)備和金屬加工業(yè)的用戶開發(fā)截然不同的刀具幾何設(shè)計、硬質(zhì)合金材料和涂層技術(shù)。在某些情況下，我們還可以生產(chǎn)直徑小于0.08mm的刀具和直徑公差0.003mm、最大單點徑跳0.0025mm的鉆頭。”印刷電路板鉆頭以其價格低廉著稱。不過，Kueter認(rèn)為，對于用戶而言，鉆頭與鉆頭、孔與孔之間的一致性，以及這種新鉆頭可用于金屬切削、陶瓷和醫(yī)療器件加工的事實正變得更為重要。用于制造某些直徑刀具的硬質(zhì)合金牌號既可以提供更高的橫向斷裂強度，同時又可以提供在小直徑鉆削中保持鋒利切削刃所需的硬度。當(dāng)為小直徑鉆頭涂覆涂層時，涂層必須很薄，以保持切削刃的鋒利。我們正在測試一種專為微切削開發(fā)的TiAlN涂層，它既是能保持鋒利切削刃的薄涂層，又能耐高溫。”為了滿足瑞士式車削加工的需要，Tungaloy美國公司開發(fā)了螺釘緊固的ISO正前角刀片，包括涂覆TiAlN涂層、切削刃有0.013mm倒棱的AH725新牌號，以及切削刃完全鋒利的SH73刀片。這些雙向切削刀片可用于直徑小至0.25mm零件的端面車削、車削和仿形車削。據(jù)該公司車削總監(jiān)Brian Sawicki介紹，這些刀片具有切削力低、能雙向切削、采用加工鎳基合金用耐高溫涂層、斷屑排屑能力強以及適合小進(jìn)給率加工等優(yōu)點。包括DSM迷你鉆頭在內(nèi)的小直徑鉆頭的直徑尺寸范圍為0.1－3mm，尺寸增量為0.01mm。Sawicki說，“這些鉆頭被稱為印刷電路板鉆頭或微鉆。它們也采用了微米晶粒硬質(zhì)合金和TiAlN涂層，在加工中（尤其是300系列不銹鋼、碳合金鋼和鎳基合金的加工）具有提高刀具壽命的能力。”實際加工是在瑞士式車床上進(jìn)行小直徑鉆削。加工醫(yī)療零件時，不需要鉆預(yù)孔，鉆頭140°的鉆尖角使其可以很高的可靠性在平面上直接鉆孔（取決于機床的精度），但在球面或極不規(guī)則表面上鉆孔則是例外。此類鉆頭可加工的典型零件包括噴氣發(fā)動機過濾器、燃油過濾器、分離器或其它像篩子一樣有許多小孔的零件，以及計算機電路板。在醫(yī)療行業(yè)，需要在設(shè)計要求有縱向或交叉孔的牙科零件或人體植入件上加工許多Z軸方向的小孔。該鉆頭在這些加工中表現(xiàn)良好。三菱材料美國公司的微小刀具產(chǎn)品門類包括小直徑微鉆和短柄整體硬質(zhì)合金立銑刀，這些刀具通常用于在瑞士式機床上進(jìn)行精密加工。該公司的CBN刀具和小刀具產(chǎn)品專家Chris Wills 介紹說，“我們剛剛推出了11°P型VPET、VPGT系列刀片和SVLP、SVPP刀具外夾頭，它們是采用11°正前角和35°菱形刀片的公制或英制標(biāo)準(zhǔn)車刀，用于在醫(yī)療、航空和其他行業(yè)中加工高精度零件，或在較大的零件上加工一些微小結(jié)構(gòu)。”這些涂層整體硬質(zhì)合金刀片的特點是采用了SRF和SMG斷屑槽。采用11°正前角和35°菱形刀片的仿形加工可獲得良好的表面質(zhì)量和切屑控制，而這正是這種高端E級和G級刀片所期望的。與模壓或磨制刀片相比，E級SFR刀片可以保持較高的尺寸精度，并在從一個刀尖轉(zhuǎn)位到另一個刀尖時可以保持較高精度。Wills說，“當(dāng)采用微小刀具加工零件時，我認(rèn)為有兩點需要‘老生常談’：此類刀具適合用于無人值守的大批量加工，刀具必須具有很高的可靠性，盡管成本略高，這樣的話，一個人就可以運行整條自動加工線。另一個需要考慮的重要問題是刀具供貨能力。為此，三菱材料公司剛剛在美國加州新開了一個分銷中心。