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| 高效微孔加工技術(shù) |
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| 作者：Derek Korn |
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激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)使一些承包商花費(fèi)很大氣力尋找一些難以加工，但卻能帶來(lái)利潤(rùn)的機(jī)械加產(chǎn)業(yè)務(wù)。National Jet公司（位于馬里蘭州的 Lavale）就是這樣的一家承包商。
該公司從事機(jī)械加工承包生意已有67年的歷史。據(jù)先容，它在微小型鉆孔方面享有聲譽(yù)，能加工小至0.001英寸(為人頭發(fā)直徑的三分之一) 的微小型孔。這種能夠加工具有多達(dá)數(shù)千個(gè)微小孔的金屬零件的加工能力，為公司在紡織業(yè)和醫(yī)療器械產(chǎn)業(yè)贏得了大量的業(yè)務(wù)，由于很少有其他公司能具備這樣的加工能力。
而且，交托給National Jet公司的大多數(shù)零件已由其他承包商進(jìn)行了預(yù)加工。于是National Jet公司成為一家在半成品零件上增鉆微小孔的專業(yè)切削公司。
而這似乎與該公司一向主張自己動(dòng)手加工的方針有沖突。在一般情況下它們都由手工刃磨硬質(zhì)合金微小型鉆頭。并使用它自己公司以前自己制造和銷售的微小型鉆孔機(jī)床加工。同時(shí)它們還加工EDM電極模具，用以配合各種各樣的獨(dú)特的內(nèi)孔外形。這正符合了該公司決定努力往實(shí)現(xiàn)整機(jī)產(chǎn)品加工的大目標(biāo)，而不僅只局限于孔加工。
National Jet公司在已引進(jìn)的CNC加工設(shè)備中, 包括了有裝備有空氣主軸的瑞士車床和通過(guò)主軸內(nèi)孔冷卻的立式加工中心，以進(jìn)步一般的機(jī)械加工和微小型孔的加工能力。
該公司除了微小型鉆孔專長(zhǎng)仍然吸引著大量用戶之外，還通過(guò)宣傳實(shí)行一次性加工的優(yōu)點(diǎn)：以最快速度加工，交付產(chǎn)品, 減少零件加工工序和降低生產(chǎn)本錢等贏得整個(gè)零件加產(chǎn)業(yè)務(wù)。
National Jet公司銷售經(jīng)理Chuck Condor和總經(jīng)理James Odom擁有該公司微小孔加工和如何從用戶那里獲得市場(chǎng)信息，以及進(jìn)一步進(jìn)步生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益的有關(guān)情報(bào)。以下先容的資料主要由他們提供。
不斷發(fā)展的微孔加工技術(shù)
National Jet 公司于1937 年由微型鉆孔技術(shù)的開拓者 John Cupler建立。多年前，一個(gè)外國(guó)鉆頭制造商把自己所生產(chǎn)的最微型鉆頭送給Cupler，并問(wèn)他是否能生產(chǎn)出如此小的鉆頭。而Cupler 先生回答他們的方式是在這個(gè)鉆頭上鉆了個(gè)孔并將它送了回往。
這些微型小孔只有在高倍顯微鏡下才能看到，很多微小型鉆孔的決定因素也類似于標(biāo)準(zhǔn)尺寸的鉆削加工。每當(dāng)對(duì)一項(xiàng)新任務(wù)進(jìn)行評(píng)估時(shí)，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(jù)加工零件種類、內(nèi)孔直徑、幾何外形、尺寸精度要求和深度、加工零件的批量大小，以及原來(lái)采用的加工方法等。
裝有顯微鏡的手控機(jī)床經(jīng)常被用于科研項(xiàng)目、小批量生產(chǎn)或只需要極少數(shù)的微小孔加工。一些致力于微小孔加工機(jī)床開發(fā)的制造商，大多提供是手控式機(jī)床，這一加工方法要追溯到上世紀(jì)的三十年代。其它的盡管已經(jīng)用CNC工作臺(tái)加以改造，但仍然保持著用手工控制鉆頭的進(jìn)給，手動(dòng)進(jìn)給這樣的微小直徑鉆頭，需要熟練的工人進(jìn)行手工感覺(jué)。National Jet公司已經(jīng)總結(jié)的很多微小孔鉆削的經(jīng)驗(yàn)。“我們的熟練的工人操縱者事實(shí)上都能由“感覺(jué)”確認(rèn)微小型鉆頭是否已被磨鈍。”Condor 先生說(shuō)。
圖1.微小孔加工成了National Jet公司的技術(shù)專長(zhǎng)。
圖示是一根0.003英寸直徑的人的頭發(fā)，被一個(gè)
0.001英寸的微小鉆頭鉆穿通過(guò)的圖示。
裝有顯微鏡的手控機(jī)床經(jīng)常被用于科研項(xiàng)目、小批量生產(chǎn)或只需要極少數(shù)的微小孔加工。一些致力于微小孔加工機(jī)床開發(fā)的制造商，大多提供是手控式機(jī)床，這一加工方法要追溯到上世紀(jì)的三十年代。其它的盡管已經(jīng)用CNC工作臺(tái)加以改造，但仍然保持著用手工控制鉆頭的進(jìn)給，手動(dòng)進(jìn)給這樣的微小直徑鉆頭，需要熟練的工人進(jìn)行手工感覺(jué)。National Jet公司已經(jīng)總結(jié)的很多微小孔鉆削的經(jīng)驗(yàn)?！拔覀兊氖炀毜墓と瞬倏v者事實(shí)上都能由“感覺(jué)”確認(rèn)微小型鉆頭是否已被磨鈍。”Condor 先生說(shuō)。
啄鉆的加工程序在幾乎每一個(gè)微型鉆孔操縱中都被用到，以保證順利排屑，保證微小孔的質(zhì)量，表面粗糙度和最佳化鉆頭使用壽命。
冷卻液或輕質(zhì)油用以冷卻和從鉆尖排除切屑。根據(jù)Condor先生先容，National Jet公司生產(chǎn)的大多數(shù)扁平型微小鉆頭所具有的長(zhǎng)徑比（L/D）為7:1，而10:1通常被以為是仍能保證提供緊密公差的最大比率。
在一個(gè)曲面上鉆一微小孔，需要在零件上預(yù)鉆一微小盲孔進(jìn)行導(dǎo)向，以防止孔的彎曲或“偏斜”。進(jìn)行預(yù)鉆的導(dǎo)向微小鉆頭一般需設(shè)計(jì)得很短, 具有的最大長(zhǎng)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沿上加工微小型導(dǎo)向孔。
對(duì)于高生產(chǎn)率加工或?qū)τ谟泻芏辔⑿】仔枰庸さ牧慵?, National Jet公司將使用他們的 CNC 加工中心或車床。手動(dòng)機(jī)床經(jīng)常用來(lái)在將任務(wù)交付新的CNC機(jī)床之前，對(duì)加工的工件進(jìn)行試鉆。這樣主要是為了確定在加工的過(guò)程中需要更換微鉆刀具的頻率。
該公司新購(gòu)置的 2215 VMC由Fadal Machining Center公司( 加利福尼亞州的 hatsworth) 生產(chǎn)，經(jīng)主軸孔注進(jìn)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，由于切屑可通過(guò)冷卻液從切削區(qū)順利排除。更小的直徑鉆頭即使沒(méi)有冷卻液通道，也可以在這一機(jī)床上使用。零件的定位狀態(tài)可利用傳統(tǒng)的刃口尺或?qū)ｉT設(shè)計(jì)的直線度測(cè)試儀進(jìn)行檢查和對(duì)零件進(jìn)行定位調(diào)試。
L32型瑞士車床由Marubeni Citizen-Cincom公司 ( 新澤西州的 Allendale) 生產(chǎn)，能提供圓柱體零件的完整加工,包括在一次裝夾中，實(shí)行微小孔鉆削。該車床具有兩個(gè)最高轉(zhuǎn)速達(dá) 30,000 轉(zhuǎn)/分的氣動(dòng)主軸，驅(qū)動(dòng)微小鉆頭加工。氣動(dòng)主軸實(shí)際上被更多地用來(lái)進(jìn)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(gè)棒料進(jìn)給器，提供較長(zhǎng)久的無(wú)人化零件加工。
圖2. 使用一臺(tái)裝備有氣動(dòng)主軸的瑞士車床
進(jìn)行一般車削、銑削操縱和微小孔鉆削。
Condor先生承認(rèn)很多人對(duì)微小孔能夠在相對(duì)較低的速度下被加工完成感到驚奇?！拔覀儗?duì)于直徑為0.005英寸的微小孔，選擇在500-3,000轉(zhuǎn)/分的主軸轉(zhuǎn)速下加工獲得了巨大成功,”Condor先生說(shuō)?！霸谶M(jìn)給量很小的情況下，沒(méi)有必要用數(shù)千轉(zhuǎn)每分的主軸轉(zhuǎn)速來(lái)加工微小孔。”
鉆好微小孔后的往好孔口毛剌，也是完成好孔加工的一個(gè)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(nèi)孔表面和使用一微小鉆頭捅出孔口毛刺至外的手工往毛刺方法。
National Jet 公司對(duì)于難以往除的毛刺，例如小直徑通油孔和非圓形的小孔都運(yùn)用小直徑的鋼絲或通過(guò)EDM設(shè)備進(jìn)行往除。“但對(duì)于小深孔加工，我們一般不使用 EDM，由于電極輕易燒傷小孔底部和產(chǎn)生錐度。”O(jiān)dom先生說(shuō)。
圖3. 微型 EDM 用于管材或其它的往毛
刺和鉆孔都比較困難或無(wú)法加工的場(chǎng)合。
National Jet公司的EDM機(jī)床能夠加工小至 0.001英寸直徑的微小孔。除了進(jìn)行微小孔加工, 微型的EDM 機(jī)床還能夠從零件中清除已折斷在小孔內(nèi)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(jī)床都有配備直線電機(jī)，用于X和Y軸的工作臺(tái)快速運(yùn)動(dòng)。同時(shí)還配備了托盤夾具系統(tǒng)，提供機(jī)外的零件快速裝夾和更換。EDM機(jī)床經(jīng)常整夜和周末都在進(jìn)行無(wú)人化作業(yè)。最新的EDM機(jī)床具有一套基于PC的機(jī)床控制系統(tǒng)，使原來(lái)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(jī)床上加工。
微小孔的檢測(cè)
National Jet公司不是對(duì)每個(gè)零件上的每個(gè)微小孔都進(jìn)行檢測(cè), 它實(shí)際上是通過(guò)Nikon視覺(jué)系統(tǒng)對(duì)每個(gè)微小孔進(jìn)行檢測(cè)的。該視覺(jué)系統(tǒng)能對(duì)精密微小孔的尺寸精度和粗糙度進(jìn)行檢測(cè)，并將檢測(cè)結(jié)果通過(guò)E-mail傳遞給用戶。
但對(duì)于一些上設(shè)計(jì)有微小孔的零件，例如噴絲頭中有幾個(gè)幾何外形精度要求很高的微小孔，用Nikon 視覺(jué)系統(tǒng)是不能檢測(cè)的，為此，公司設(shè)計(jì)了一個(gè)能精確檢測(cè)小孔幾何外形的新方法。為了檢查微小孔幾何外形和微小孔的外形輪廓，National Jet公司向孔中注進(jìn)一個(gè)分成兩部分的橡膠泥，當(dāng)橡膠泥成型后，會(huì)被從孔中取出，微小孔輪廓和幾何外形等有關(guān)信息能通過(guò)在丈量顯微鏡下觀察橡膠模而得到。
圖4. 經(jīng)預(yù)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(yàn)復(fù)雜微小孔幾何外形。
以前對(duì)于微小孔的幾何外形精度是無(wú)法檢查的。
在一次裝夾中加工
National Jet公司所具有的很強(qiáng)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，公司以為它必須將這一能力擴(kuò)展范圍到其它的產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域，以創(chuàng)造出更好的商機(jī)?！拔覀兊奈⑿】足@削能力已在開始目標(biāo)外的產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域獲得成功，例如無(wú)線電通訊和航空和航天產(chǎn)業(yè), 它能支持我們完成很多其他的R & D項(xiàng)目。”Condor 先生說(shuō)。“我們的重點(diǎn)還是不斷增長(zhǎng)著的微小型零件的加工市場(chǎng)?！?
最近的經(jīng)濟(jì)衰退也重新堅(jiān)定了在進(jìn)進(jìn)微小孔加工市場(chǎng)后繼續(xù)前進(jìn)的決心。我們的微小孔加工，經(jīng)常是整個(gè)零件的終極加工。或者安排在零件的接近終極加工工序。” Odom 先生說(shuō) 。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(gè)零件加工（也稱一次性加工）的優(yōu)點(diǎn)。并購(gòu)置新的CNC加工中心，將其計(jì)劃付諸于生產(chǎn)實(shí)際。
這對(duì)一個(gè)已在制造業(yè)占有一席之地的制造商，跨過(guò)以往的專業(yè)界限進(jìn)一步走向柔性化，總是有幫助的。以下是National Jet公司總結(jié)出的一次性加工將給用戶帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)和生產(chǎn)效益：
◆ 使產(chǎn)品迅速交付。由一家公司在一次裝夾中，完成整個(gè)零件加工，意味著只需很少運(yùn)輸 和搬運(yùn)，加工時(shí)間集中，使加工產(chǎn)品能迅速交付。National Jet 公司采用一次性加工方式的第一個(gè)零件是一個(gè)需要車螺紋加工和有一個(gè)關(guān)鍵的直徑為0.005英寸通孔的小體積汽化器。公司是在先進(jìn)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公司為用戶證實(shí)了，它只用了原來(lái)加工時(shí)間的一半，就能在瑞士車床上加工好整個(gè)零件，終極為公司贏得這項(xiàng)生產(chǎn)任務(wù)。
◆ 快速適應(yīng)新產(chǎn)品設(shè)計(jì)變化，這一點(diǎn)也很重要?？焖龠m應(yīng)新產(chǎn)品設(shè)計(jì)變化，National Jet公司為它的主要的紡織業(yè)用戶，庫(kù)存了大量的噴絲頭等零件的粗制品。由于毛毯制造商不能為新的噴絲頭等待一個(gè)月的時(shí)間。公司采取了預(yù)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(lái)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(zé)。
另外，那些進(jìn)行整體零件生產(chǎn)的用戶車間可能不會(huì)考慮到那些在二級(jí)工序中重要的題目，比如微鉆的深度。
◆ 特殊經(jīng)驗(yàn)。 National Jet公司在其微小孔鉆削方面，積累了很多寶貴經(jīng)驗(yàn)，它建議，有時(shí)通過(guò)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的改造，能使加工變得輕易并使生產(chǎn)本錢下降?！凹偃缫挥脩粜枰诹慵香@出一個(gè)很難達(dá)到設(shè)計(jì)要求的微小孔，建議將圖紙?jiān)O(shè)計(jì)成由一個(gè)大孔錐度過(guò)渡到微小孔的結(jié)構(gòu)外形，將會(huì)使加工變得輕易并不會(huì)影響產(chǎn)品性能?！盋ondor先生說(shuō)。
一個(gè)公司在制造業(yè)占有一個(gè)固定的專業(yè)位置固然重要。但是專業(yè)性很強(qiáng)的車間會(huì)很快發(fā)現(xiàn)，根據(jù)用戶的市場(chǎng)需要，研究開發(fā)新技術(shù)新工藝，靈活地為用戶提供多種技術(shù)服務(wù)，將對(duì)企業(yè)的發(fā)展有很重要的作用。這一多種技術(shù)服務(wù)的繼續(xù)發(fā)展，將會(huì)極大地提升企業(yè)在市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)力。(end) |
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