一家专门从事小型零件加工的车间表示,成功地将“微小”的加工特点融入到了微型的工件之中,但实际上与加工工艺的关系不大,却与加工技巧有直接的联系。
按照位于康涅狄格州Killingworth市的East Coast精密制造公司Mark Rohlfs先生的说法,耐心、轻柔和真正锋利的刀具是加工小型零件的三大要素,只有将这些要素考虑在内,才能将肉眼看不清楚的微小特点加工到专用微型零件之中(图1)。
图1 车间通常加工的零件实在是太小了,不易控制,如
果不用放大镜观察,用肉眼可能看不清加工的微小细节
他说,该公司采用的并不是专用设备或专门工艺。他的车间专门为各种客户和最终用户生产极小的塑料零件。该车间通常使用的钻头和立铣刀直径只有0.020in(1in=25.4mm),并常常使用直径只有0.008in的刀具。然而,一切工作都是在标准的加工中心上完成的,其所使用的工件夹具是标准的台钳。微型刀具的夹座也不是Rohlfs先生所说的那种“优质产品”。按他的话说,只要小心谨慎地使用设备,那么采用普通的设备也可以加工出优质的工件。
尽管对设备没有更高的要求,但从更深一层的意义来说,该车间还缺少非接触式工具测量装置。对加工这么小尺寸的零件而言,有些车间认为,应用这种非接触式工具测量装置是至关重要的,因为刀具在很小的压力下很容易弯曲折断。然而在East Coast精密制造公司,他们在加工中心上使用的所有刀具(甚至包括0.008in的刀具)的偏置量,均采用“非接触式”物理方法进行调试,即用一张纸作为塞规,轻轻地将其进给到实体表面上。
按照Rohlfs先生的说法,这么小的刀具可以像较大的刀具那样,在同一类型的机床上安装,并采用同样的方法进行加工,对这些小刀具只要小心处理就行,不要像通常对大部分刀具那样粗鲁对待。其最重要的不同就在于需要小心处理。
对待零件也是同样的情况。用力稍大可能会损坏零件,所以必须小心地、轻柔地处理这些零件,这是这个车间的工作特点。不能突然运动、不能用力过大和不能碰撞——这些都是该加工车间的雇员们需要注意的事项,也是他们的工作目标。
nextpage使刀具保持锋利的状态
“实际上,East Coast精密制造公司有时候可以与习惯于按常规进行金属加工的车间相匹敌。该车间可以成功地生产其他一些车间难以加工的零件,在这样的情况下,其他车间甚至还要采用相应的设备。”Rohlfs先生说,习惯于切削金属的加工车间,当其看到加工塑料件的时候可能会有这样的想法:“它将会面临什么样的挑战呢?”他说,加工柔性好并带有弹性的微型零件和加工含有塑胶的材料,同时又要保持其精密的公差尺寸,确实会面临很大的挑战。
图2 对这一车间的许多零件来说,去毛刺加工
是一个无法回避的现实。如果必须去除毛刺时,
Cavanaugh先生和Jeff Lindquist先生则会利
用机床运行的时间来完成这一加工步骤
他说,获得成功的其中一个关键因素是采用锋利的刀具。如果刀具不够锋利,不但无法提高刀具的切削力和偏转力,而且会使毛刺增加。毛刺问题是加工微小塑料零件过程中所经常面临的一大挑战。而手工去除毛刺往往是不可避免的,其消耗的时间甚至可能会超过加工周期。然而,在许多情况下,将锋利的刀具与战略性刀具路径结合使用,可以消除在加工周期中所造成的毛刺现象。即使是加工塑料工件,车间也应频繁地更换刀具,使它们尽可能保持锋利(图2)。
精密和有效加工的另一个关键是,采用非同寻常的刀具几何形状。除了数控机床外,East Coast公司的另一台最重要的加工设备是台式手工刀具磨床。采用这台磨床,可以很快地将刀具的刀刃磨削成不同寻常的几何形状,以便更有效地切削特殊的零件。当采用标准的刀具几何形状无法工作时,Rohlfs先生试验采用非同寻常的几何形状,以便找到一种有效的加工方法。他注意到,大约在工件完成一半加工以后,机床就要停止运行,它至少得使用一把专用刀具。
nextpage在有效地加工微型塑料零件的过程中,另一个需要考虑的问题是注意操作顺序。零件的强度本已微弱,而切削将会进一步削弱该工件的强度和刚性,所以这样的工艺应该放在后面。这种思路也适用于其他较轻柔的大型零件加工。例如,铝制飞机元件的加工顺序,仍需按加工区域,并应该以尽可能保持零件的刚性为目标来进行考虑。Rohlfs先生说:“这种思考问题的类似性表明了小型零件加工的某些重要特性。”
只要刀具足够锋利,其切削效果将会与加工大型零件一样。换句话说,在加工微型零件中所发生的一切并不神秘。其主要的不同在于微型零件的加工细节是看不见的。East Coast公司的工作人员依靠放大10倍的显微镜观察成品。因此,在确定正确的专用刀具几何形状和正确的操作顺序时,一般来说,Rohlfs先生不得不想象每一道加工程序的走向。如果他想象特殊刀具上有一个较陡峭的间隙角能够以某种方式有效地工作,如果他的工件比例扩大了譬如说10倍、20倍或50倍,那么他可以确信,那道加工程序也将按照其所看到的同样方式加工。
在这里,通过显微镜观察仍然不是唯一的非寻常程序。因为零件和刀具的比例较小,而实际的对象要比这个大得多。这个车间总是坚持着使用比其他车间更为繁琐的程序,实践证明这些程序对客户零件和车间微型刀具是至关重要的。
一些微小的考虑
这一车间的日常规程包括以下几个方面。
1.刀具
刀具总是由手工拿来使用,而不是放在小车里搬运。刀具的保管是相互隔离的,因此不同刀具的刀刃不会互相接触。这些做法可帮助刀具不会接触到肉眼看不见的很小切屑,或碰到容易使刀具变钝的较大切屑,以免加工的零件报废(图3)。
图3 Mark Rohlfs先生评论说,加工微型
零件的优点是,车间内使用的全部刀具都
可以存放在一个柜子内。如该车间的全部
立铣刀都存放在图中所示的这一抽屉内
nextpage2.刀具夹座
零件被夹持在柔性夹爪之中,这些夹爪也是由塑料加工而成。台钳上有一个扭矩扳手,保证不会使台钳拧得过紧(图4)。
图4 在加工过程中,使用图中所示的塞规定
位和支持零件。零件和塞规在塑料台钳的夹
爪中装配。扭矩扳手可保证零件轻松地夹紧
3.机床
Fanuc Robodrill加工中心是非常精密的机床,但其定位可能会在白天发生变化。尽管这种变化不会太大,但在加工微小的零件时,该变化足以产生一定的影响。在加工一个关键的微型零件时,必须十分了解每台机床在早晨逐渐变热后需要调整多大的偏置值。同样的工作原理也适用于车间内的CNC车削加工中心。
4.检验
刀具制造商放大30倍的显微镜在这里是一个非常重要的测量和检验工具,但很多微型工件是采用手控的量规检验。一般来说,车间认为量规要比零件更为灵敏,但这里的情况恰好相反。显微镜需要逐渐缓慢地拧紧,这样圆筒内的过量动能不会导致量规“夹紧”零件。同样的原理也适用于测量小孔的塞规。即使是微小的推力,其力度对塞规来说可能也是太大了,会使塞规滑入到孔内。
5.清洁
零件的清洁往往涉及到一蚌壳式的过滤器和一小股流水。车间应特别关注让清水自由地清洗,不需要晃荡,否则可能会损坏零件。
看见绿色
Rohlfs先生想使车间里的每一位操作人员都能够控制自己的工作节奏,尽量谨慎细致地完成每一步,但似乎并不是所有人都能够做到。但令人惊喜的是一名当初来工作时没有任何数控机床加工经验的员工,却在很短时间内出色地适应了该项工作。这是他之前从事的珠宝行业的经验背景奠定了他在该车间的立足基础。为了让大家可以更安心地工作并尽可能完美地完成任务,Rohlfs先生将车间的四周墙壁都漆成了绿色,因为他认为这是可以让人镇静的颜色。




