切割具有0.001英寸的立铣刀

位于加利福尼亚州帕萨迪纳市的喷气推进实验室(JPL)是美国国家航空航天局(NASA)首屈一指的研发设施。它由加州理工学院(Caltech)，一所领先的私立大学管理和配备。卫星、太空望远镜和行星探测器都是在这里设计和建造的。喷气推进实验室拥有国内一些最先进和最强大的机械车间。其中一个，太空仪器商店，非常小。它有三名机械师，拥有十多台机床，并配备了各种检测和测量技术。

该商店的使命是生产用于科学仪器的组件，允许空间车辆收集，分析和传输有关地球和太阳系的其他部分的信息 - 或者超越。通常，这些是JPL之外的其他商店无法或不愿意生产的组成部分。这是因为这些部件上的加工特征可以具有人头宽度的尺寸，并且具有低至100百万英寸（小于公制术语的微米）的公差。

典型的例子是用于混合或增强的微波信号从600千兆赫至2.5太赫兹的频率子毫米微波块。它们是在仪器和应用，如检测和测量CO 2和其它气体的在高层大气中存在的关键组件。这些信息有助于监测气候变化或预测的天气模式。

成品块大致大小为矩形糖立方体或一对骰子的大小。这些块作为一组完美匹配的一半产生。组装时，配合表面的内部特征包括微观的小通道和口袋，必须在1000亿英寸内排列。最重要的特征是波导通道。这些是方形底部通道，其形成信号通过的轮廓路径。通道的壁必须精确地反映信号，以便根据预期修改频率。这种通道的平均宽度为0.002英寸。

对于这种工作，商店经常使用Spade型端铣刀小至0.001英寸宽，尽管偶尔使用了更小的工具。用这种尺寸的端铣刀切割是该商店的能力，它在微观规模上瞥见了加工世界。作为医疗应用的零件，掌上电脑设备和消费产品变得越来越小，其他工作商店和加工实验室必须学习空间仪器商店已经掌握的许多课程。

根据HAL Janzen，商店铅，生产零件只有放大倍数只能看到普通机器店运营的世界。设置，工具长度设置，去毛刺和其他生产步骤的程序相当不同。店铺团队的习惯，前景和纪律也是明显的特色。用于加工参数的公式，拇指规则和期望在平均商店应用通常不适用于此处。在本店工作是必要的技能，经验和洞察力，但也许更重要的是实验的意愿，创造性地思考的能力和慷慨的耐心能力。“耐心，耐心，耐心”是Janzen的Mantra先生。

节奏定义了这个地方

空间仪器车间拥有168大厦在喷气推进实验室的广泛的校园，有超过5000采用了自成一体的区域。这家商店的工作团队由除了简森先生，谁拥有42多年的机械加工经验两个人的。皮特布诺是高级机械师拥有超过25年的机械加工经验，和大卫·埃文斯是“新手”，在店内今后15年作为一个机械师工作了仅两年。

该商店分开，因为加工技术和设备在JPL的其他机器商店中使用的加工技术是独一无二的。其位置还可以更易于工程师和科学家，其项目涉及空间仪器店。有趣的是，没有一个专门的设备是如此不寻常的是，其他商店将被商店的立式加工中心，铣床和磨床的外观或配置成为神秘的。在许多方面，空间仪器店看起来很像日常工作店。

值得注意的是这个车间工作的进度。很激烈，但不仓促。“你做任何事情都要有时间，”简森说。他和他的团队必须有条不紊地、始终如一地、非常认真地执行他们的程序。成功的结果永远无法保证，预测刀具的性能往往是不可能的。“这不是一个容易受挫的地方，”Janzen先生说。

他在这里工作非常有益，他争辩。这家商店履行的角色之一是建议一些JPL的顶级科学家，研究人员和工程师。他们不断努力开发更强大，更敏感或更有能力的系统。他们来到空间仪器店，咨询新设计的可制造性。这意味着空间仪表团队在最早的阶段参与项目，并且经常看到它们最终在自己的商店投入生产。“我们从摇篮到坟墓中的一些创新，”Janzen先生说，但如果他从“剪影垫”到“发射垫”中所说，那将更加准确。

由于喷气推进实验室的科学家对微波器件的频率越来越高感兴趣，微波块的设计变得越来越复杂，必要的内部波导通道必须越来越小。太空仪器商店目前正在为下一代微波块做准备。事实上，生产技术已经很极端了。以下是加工这些工件的一些关键步骤。

相同却又不同

在模块中加工波导通道和凹槽有点自相矛盾。正如Janzen先生指出的，在普通加工操作中发现的所有元素都在这里。您需要正确的刀具、正确的机床、正确的设置、正确的CNC程序和正确的冷却液加注方式。然而，这些元素中的每一个都特别适合在微观尺度上进行加工。

该块以两个主要步骤产生。首先，匹配的一组半块在一个商店的两个Bostomatic VMCS和较旧的汤普森表面磨床上的两个突出的vmcs和精密地上加工。该材料通常是高等级的海军黄铜合金。块的每一侧必须平行，垂直于0.00005英寸内，每个块必须平方到0.0001英寸或更好。作为右图所示，块的准备非常重要。Janzen先生强调它为下一步中成功加工的基础。

在第二步中，波导通道和凹槽在Bostomatics或DAC International（加利福尼亚州Carpinteria）改进的三轴铣床上进行加工。最小通道在DAC上加工。该机器最初设计用于研磨通过手术植入眼睛进行视力矫正（人工晶状体触觉）的晶状体。机器基于花岗岩表面板，安装在焊接钢框架上的隔振器上。航天仪器车间用高精度的Schneeberger滑轨替换了X、Y和Z滑轨，并安装了更大的伺服电机，以在不过热的情况下以较慢的进给速度运行。海德汉玻璃秤以10纳米的增量提供位置反馈。布鲁诺先生是这台机器的首席操作员，他负责大部分的改装和改进。

两个显微镜是一些每个磨粉机的最重要的特征。一个显微镜被集成到机器的列，以便其焦点位于从主轴中心线的固定的，已知的距离。这种单目镜显微镜用于对准块半部和找到相对于切削工具的尖端它们的位置。在机器点动模式，操作者触摸工具与工件表面以产生一个验证标记的尖端。到在显微镜下观察区域慢跑工件后，操作者可以将在此验证标记的十字准线和偏移点坐标，以检查刀具刀头中心线和中心线显微镜的关系。类似的程序是用来寻找块的边缘使它们对齐，使块对称于程序的起始位置。此步骤确保在工件的任何变化将产生在加工特征镜像效应而仍然实现这些特征的精确对准，当块被组装。

另一台显微镜安装在可调节的摆动臂上，摆动臂位于垂直于机器工作台的立柱上。这个双筒望远镜式的显微镜摆动到合适的位置来放大切割区域的视图。它用于设定刀具在主轴中的长度，类似于对工件的过程。在DAC上，每点击一次慢跑按钮，Z轴就会向前移动100万分之一英寸(在Bostomatics上是200万分之一英寸)。每一个进展都可以通过显微镜观察到。当旋转的刀尖与工件表面接触时，它会留下一个圆形标记，在50倍放大时几乎看不见。在那一点Z的高度被设置为零刀具长度和适当的偏移可以应用到编程的刀具路径。该显微镜还用于观察机械加工过程，并监测刀具破损或负面切削条件，如提高重毛刺。

该商店生产其自身的端铣刀直径小于0.002英寸（较大的尺寸从供应商中获取。）从商业上可获得的超细粒碳化物碎片开始，这些端铣刀在ewag ws11工具磨床上研磨（团结磨削，俄亥俄州迈阿密斯堡）。所有都是双槽，铲式型铣刀，在侧面切割边缘和底部边缘的中心，以避免死点。照片（如下，右图）显示了这款终端磨机设计的轮廓。研磨后，在尼康测量显微镜上检查工具，以检查过多的跳动（任何总量高于0.0001英寸是不可接受的）。

通过DP技术（Camarillo，California），使用ESPRIT CAM软件生成机器的刀具路径。该商店使用此软件，因为刀具路径必须已后处理到六个小数位。否则，固有的编程错误将超过机器定位系统的分辨率。根据Janzen先生的说法，通道的刀具路径几何形状通常被编程为0.00015英寸，以允许终端磨机中的跳动。

虽然DAC有一个电动空气轴承主轴能够120,000 rpm，商店发现90,000 rpm是一个实际的上限。对于0.001英寸的立铣刀，进料速率低至0.1 ipm。植物油基冷却剂的雾化雾提供润滑、冷却和切屑去除。简森说，正确使用喷雾不是一件小事。

机加工完成后，块在显微镜下的长凳上用手释放。毛刺用竹筷子或其他类型的木材的地面拆下。所有边缘都必须尖锐。不允许缺口或边缘翻转。Janzen先生说，人类手中无法被人手触及边缘，因为当组装块时留下的皮肤颗粒可以损坏配合表面。

去毛刺之后，块被超声清洗和检查在尼康测量显微镜。“这是当我们发现，其中切割工具可能有过冲在试切削内角或侵犯和边缘，”简森先生解释说。编程的进给速率可以调整，以纠正错误。即使当团队有信心的过程中，几个块组可以具有被加工，以产生一个是用于递送到最终装配是可接受的。

七个有效的习惯

尽管这种对微波块加工的简化描述似乎很简单，但Janzen先生对这种假设提出了警告。当遇到不熟悉的切割条件或熟悉的条件产生意外结果时，没有任何手册或表格可供参考。他说，反复试验有时是唯一的选择。

尽管如此，简森先生强调，良好的生活习惯需要进行培养，以最大限度地提高店铺的整体成功率。该店为取得好成绩了自己的技巧和严格跟随他们。一些最重要的项目是：

1.检查，检查，检查。Janzen先生和他的团队有目的地审查每个程序的每个步骤，以确保其正确执行。遵循心理检查表成为第二天性。团队成员一起回顾活动，以获得新的视角。”一切都很重要；任何细节都不能忽视，”詹森先生说。

2.清洁度很重要。例如，每次拆卸工具组件或安装时，每个组件在重新组装之前都要经过酒精擦拭。

3.保持机器校准。车间里的每台机床至少每六个月进行一次激光校准。甚至布里奇波特用于简单工作和公用事业工作的膝部和柱状磨机也定期“激光”。调整和调整的目的是保持新的或更好的性能。Janzen先生说:“你必须有一个理解这一目标的服务提供商。”这家商店一直在与附近的加州格伦多的激光公司合作，提供这项服务。

4.把工作分散开来。为了避免磨损集中在机器工作区的某一部分，工作安排在工作台的不同位置。不要将重型台钳或夹具留在机器有突出部分的地方。

5.测试、检查、分析和调整。这就是商店如何从各种关键加工操作中学习，而商店从未错过学习机会。项目计划并审查并审查，以便整个团队福利。日志和文档可以捕获重要信息，但经验是最好的老师，Janzen先生。

6.保持灯光。太空仪器店从未熄灭，因为从天花板灯的热量会影响环境温度店。在不需要的时候，因为小工具和工件能迅速吸收热量，高强度的工作照明快速关闭。保持一个恒定的温度是最主要的。

别担心。要谦虚。

7.有很多要谦虚。“我们一直在寻找新工具、新技术和新思维，”詹森先生说。他和他的团队意识到，他们只比研究人员和科学家希望他们生产的产品领先一小步。然而，总是处于边缘状态从来都不无聊。