新型的工件夾緊裝置實(shí)現(xiàn)無人值守

當(dāng)在立式機(jī)械加工中心中進(jìn)行部件的安裝和精準(zhǔn)制造時(shí)，需要進(jìn)行緩慢的、仔細(xì)的定位，并且操作員需要時(shí)刻監(jiān)督這一過程。因此，要想實(shí)現(xiàn)規(guī)模運(yùn)營，位于Oak Harbor的Idex Health and Science公司就需要改善這一工藝。然而，借助位于Minneapolis的Kurt公司制造的Cluster Tower工件夾緊設(shè)備上的DoveLock卡爪裝置，以及另一種方向的機(jī)械加工中心，該公司能夠更高效、更精準(zhǔn)地對定制玻璃零件進(jìn)行加工。

與采用立式加工中心相比，在采用了德馬吉森精機(jī)的臥式機(jī)械加工中心（其中配備了Kurt Cluster Tower臺鉗和DoveLock卡爪）之后，Idex Health and Science公司能夠以更高的生產(chǎn)率制造其Slipstream系列的玻璃流通池

名為Slipstream的流通池是一種扁平的玻璃裝置，主要功能是令其中的液體樣本流動(dòng)到測量區(qū)域，以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)分析。這種流通池和其他加工過的玻璃部件，通常用于生命科學(xué)、工業(yè)和醫(yī)療設(shè)備以及分析儀器領(lǐng)域。這種流通池玻璃厚度為0.125?in(1?in=25.4?mm)，能夠測量3.875?in(精度為1.25?in)。銑成的流體通道需要達(dá)到5?μm的精度。

最初，這些流通池的流體通道都是在立式加工中心進(jìn)行精密機(jī)械加工。這是一個(gè)精細(xì)的工藝，并且每次只能加工一個(gè)通道，所采用的是鋁制安裝板，小型夾鉗以及單點(diǎn)式臺鉗來進(jìn)行工件夾緊操作。整個(gè)安裝及機(jī)械加工流程都進(jìn)行得十分緩慢。

為了解決這一問題，Idex公司轉(zhuǎn)而使用安裝在Cluster Tower臺鉗上的DoveLock卡爪，并且將立式加工中心更換成了德馬吉森精機(jī)制造的NHX 5000臥式機(jī)械加工中心(配備了SpeedMaster主軸)。新的機(jī)床和工件夾緊裝置不僅能在無人值守的情況下實(shí)現(xiàn)機(jī)械加工，而且也大大提高了這一加工流程的效率。

生產(chǎn)經(jīng)理兼數(shù)控程序員Scott Utley說道：“在臥式加工中心中，主軸端面和托盤之間的距離較短，這使得公司能夠利用定制的短小工具(甚至接近托盤)來實(shí)現(xiàn)更穩(wěn)定的機(jī)械加工操作。這些工具插在CAT 40刀架上，并且在使用時(shí)更接近流通池表面(與標(biāo)準(zhǔn)工具相比)，因此能夠確保實(shí)現(xiàn)充分的接觸，同時(shí)最大程度地減少振動(dòng)。”為適應(yīng)不同的表面修整要求，在這些工具中，有些是電鍍金剛石類型的，有些是復(fù)合金剛石類型的。

“我們所設(shè)計(jì)的工具是用來在頂部、底部和流通池斜切出輪廓線的。按照應(yīng)用規(guī)范，每種工具都能對500～3000個(gè)此類零件進(jìn)行加工，并且期間無需進(jìn)行維修或更換。”Utley說道。

在對玻璃流體通道進(jìn)行凹坑銑削時(shí)，采用工件夾緊裝置還能提高這一工藝流程的穩(wěn)定性，同時(shí)又通過對玻璃部件進(jìn)行離線設(shè)置而提高了它的產(chǎn)量，這在以前都是不可能完成的。部件被裝配在可加工的卡爪上，然后插入配套的DoveLock卡爪座中(安裝在加工中心的Cluster Tower上)?？ㄗψ膬?nèi)置鳩尾快速加緊裝置，能夠精確地夾住和鎖緊這些快速更換的可加工型卡爪，并將其固定到位。在初始設(shè)置中，每個(gè)卡爪座上有兩個(gè)螺栓能夠輕松地將Cluster Tower上的活爪固定牢固。一旦卡爪座就位，可加工的卡爪會精準(zhǔn)地安置于卡爪座上，并且使用其上的三個(gè)六角頭螺栓進(jìn)行快速鎖緊。

然而，單靠DoveLock工件夾緊裝置并不能有效地夾住玻璃部件，因?yàn)檫@些部件易于破裂、粉碎、劃傷或失效。為了解決這一問題，Idex公司使用了特殊的軟化蠟，用作夾具裝置上的中間材料，以便為部件提供保護(hù)和緩沖。當(dāng)在可加工卡爪的夾持面上添加了軟化蠟，并且玻璃部件已在頂部就位后，夾具上的兩個(gè)夾鉗就會變緊。大部分蠟都被去除了，留下一層均勻的軟化蠟涂層，為部件提供足夠的緩沖，并且以一定的剛度和精度夾住部件。

“我們進(jìn)行了多次創(chuàng)造性的反復(fù)試驗(yàn)，才開發(fā)出這種方案，即在這一工藝中使用軟化蠟。”Utley說道，“在使用軟化蠟時(shí)，無法真正地在零件上施加較大的橫向機(jī)械加工力度。因此，為了制造流通池，我們設(shè)計(jì)的加工工藝更像是一種側(cè)面磨削操作。”

磨削操作會產(chǎn)生熱，因此務(wù)必要使用適當(dāng)級別的軟化蠟，來為玻璃提供充足的保護(hù)和夾緊功用，避免因蠟未能融化或過分軟化而產(chǎn)生振動(dòng)，進(jìn)而影響磨削(銑削)操作。

由于生產(chǎn)的零件數(shù)量有所增加，新裝置據(jù)稱能在特定的流程設(shè)計(jì)中，減少四次操作流程。需要注意的是，Idex公司生產(chǎn)的流通池有時(shí)會需要在單面或雙面都進(jìn)行機(jī)械加工。為了解決這一點(diǎn)，DoveLock的可加工卡爪采用了180°的旋轉(zhuǎn)設(shè)計(jì)，這就使得Idex能夠在需要的情況下，先加工完成流通池的單面，然后將其重新安裝，并對另一面進(jìn)行機(jī)械加工?？ㄗψ系目ㄗδ軌蛟跓o需測量的情況下，快速、精確地對零件進(jìn)行重復(fù)放置，其精確性達(dá)到了±0.001?in。針對各種不同的零件尺寸，還提供了各種寬度的卡爪(分別為6?in、7?in、8?in、10?in)進(jìn)行更換。

在機(jī)械加工過程中所使用的大量冷卻液，會在加工中形成油泥。由于在加工過程中不會產(chǎn)生切屑，混合著冷卻液的小型玻璃顆粒(2～4?μm)輕易地就被沖出了流通池和工件夾緊裝置。

據(jù)Idex稱，使用Cluster Tower大約能夠在4.5?h內(nèi)加工出24個(gè)完整的流通池，而與之相比，立式加工中心僅能在每個(gè)裝置負(fù)荷下生產(chǎn)出15個(gè)零件。此外，由于臥式加工中心的運(yùn)行速度快于立式加工中心，故整個(gè)加工時(shí)間足足縮短了30?min。臥式加工中心的主軸轉(zhuǎn)速范圍為9000～15?000?r/min，并且在輪廓線和直線區(qū)域的進(jìn)給速率分別為6?in/min和10?in/min。在該公司每天的最后一次輪班中，會對Cluster Tower加滿負(fù)載，并設(shè)置成無人值守的連夜加工模式，為第二天清晨由值班人員開始輪班做好卸載/重新裝載準(zhǔn)備。

“據(jù)我們所知，目前有很多工廠也在將原先使用的立式加工中心轉(zhuǎn)換成臥式加工中心，并且在其中使用DoveLock卡爪系統(tǒng)，就像我們生產(chǎn)流通池的操作一樣。”Utley說道，“該系統(tǒng)生產(chǎn)出的產(chǎn)品，其質(zhì)量都維持在較高水平。我們從開始使用DoveLock系統(tǒng)到現(xiàn)在已經(jīng)超過9個(gè)月了，在此期間該系統(tǒng)一直表現(xiàn)十分出色。總而言之，它是一個(gè)操作簡單又十分高效的系統(tǒng)。”