它需要坚定的决议来掌握微观

尽管小零件偏军，但微精密零件制造（MPPM）从未见过这样的工作。没有比匹配头更大，手术动脉瘤夹将需要100万刀具路径，横跨少于半英寸的区域。如果这不够令人生畏，请考虑剪辑由地球上最硬的材料制成。

除了十几个制造商之外，将MPPM除以十几种制造商，将工作视为不可能是不可能的，该决议是设计一种可行的方法，可以在20微米内产生难以产生的耐受性。所有者史蒂夫棉花知道他努力发展这种方法会导致对不同意义的解决方案更深入了解。也就是说，从CAD模型到CAM系统和CNC输出的过程中涉及所有工具的分辨率如何影响他的机床精度容量的界限。

Cotton先生说，特别是在CAM方面，超高分辨率的能力“打开了世界的大门”，因为工厂有能力加工复杂、微小的部件。下面将介绍该车间是如何获得这种能力的，促使它这样做的艰巨工作，以及该工作说明的一些对精确度至关重要的问题，特别是在微观层面上。

在地下室购物

他在25年前开始了他的手表制造业务的职业生涯。在完成瑞士钟表制造商培训和教育项目后，他在他的祖国新西兰开始了钟表维修服务，他说这是“世界上最受尊敬和最高等级的课程”。没过多久，他就去了澳大利亚，在劳力士公司任职，然后回到瑞士，在这家公司接受额外的培训。在随后的几年里，他搬到了加拿大，在那里他创建了另一家修理店，并最终担任了劳力士技师的另一份工作。

2003年的严重车祸导致棉花先生在2004年英国哥伦比亚·哥伦比亚QualiCum海滩的地下室建立MPPM之前，在创造MPPM之前，纯粹的措施。今天，设备包括碎片和牧师的车床（Vista，加利福尼亚州（California）是来自Haas的OL-1办公室车床（奥纳德，加利福尼亚州）和两个Haas om-2a办公用厂房，每个磨坊都配备了来自雷尼绍的激光工具瓶盖（伊利诺伊州霍夫曼庄园）。棉花先生Matthew，Matthew，使用来自数控软件的MasterCam CAM系统（Tolland，Connecticut）进行大部分编程。

与科顿之前创立的公司不同，MPPM已经超越了高端钟表零部件的维修和制造。事实上，该公司大约80%的业务是由微小的、精确的组件组成的，如电路板、医疗组件，甚至是NASA下属的加州理工学院的微型喷嘴。在很大程度上，这种视野的扩大是由于在不列颠哥伦比亚省温哥华市Concept Solutions公司设计的一种新型手术动脉瘤夹的机器原型中，该店实现了能力。科顿说，卡尔加里大学的医学博士加内特·萨瑟兰(Garnette Sutherland)曾表示，如果获得批准，该设备可以将神经外科手术推进30年。

从守时到拯救生命

这款新卡的重点在于它的材料:氮化硅陶瓷。就像钛一样，这种物质很容易被人体吸收。与钛不同的是，它在核磁共振和CT扫描中几乎是看不见的，可以看到动脉瘤本身(基本上是动脉夹持壁的隆起，防止其破裂和颅内出血)。虽然这对神经外科医生来说是件好事，但对于任何试图生产这种零件的人来说，问题是氮化硅陶瓷极其坚硬，以钻石的硬度衡量，它的硬度是9.4(钻石本身是10)。再加上20微米的公差，复杂的3D轮廓和微小的特征，需要切割工具的直径小到0.017英寸，有人可能会说，这是可以理解的，为什么那么多制造商在MPPM出现之前就放弃了这个项目。

棉花先生说概念解决方案在线找到了他的商店，并指出，作为他这样的认证的劳力士技术人员提供了一定的精心技能，以至于客户可能预期的跨越他的加工工作。尽管部分困难，棉花先生相信他可以通过他的技能和加工资源完成工作。他说，这种解决方案在说服他可以处理的概念解决方案方面发挥了关键作用。“我们不是机械师，所以我们在盒子外面思考，”他解释道。“I thought, ‘if there were a super-hard material in my field, how would I handle that?’ I can’t talk much about what we did because there’s a lot of stuff that no one else knows how to do, but we came at it from a totally different angle, and that really helped us.”

解决细节

尽管科顿先生很有信心，但当MPPM开始用氮化硅陶瓷加工齿颚时，生产遇到了障碍。该项目最终历时6个月，涉及多次设计迭代，最早的一次是将零件从相对容易加工的钛上切割下来。接着，这家商店又转向玛瑙，这是一种较硬的材料，钻石级别为7级，没有问题。然而，最后的材料非常坚硬，MPPM花了一个月的时间才制作出第一组小颚。

客户担心这一过程的速度，这是可以理解的，因为它急于将新视频进入监管测试的第一阶段。科顿担心自己在速度和进料方面过于激进，这很容易导致一个细长的工具断裂，并在漫长而昂贵的加工过程结束时刮掉其中一个齿爪。科顿决心以任何可能的方式加快速度，他开始打电话给他的机器、工具、CAM软件和其他供应商，寻求帮助，寻找切割这种无情材料的最佳方法。

所有人都开始行动了，但将整个过程整合在一起的输入来自公司内部解决方案，总部位于不列颠哥伦比亚省萨里的Mastercam供应商。MPPM的主要问题是，尽管有合适的刀具、机床和技能，车间无法得到其CAM软件输出足够精确的刀具路径的复杂轮廓和零件所需的0.01毫米的步进。对于微小的零件特征，例如0.007英寸的半径，Mastercam在计算常规刀具路径时所执行的标准圆角可能是一个误差来源。虽然这种困难可能不会让一些机械师感到惊讶，但对科顿来说却是新鲜事。“作为钟表制造商，我们总是与小零件打交道。所以我的第一反应是‘为什么它不能这样做?’”

Cotton先生的问题的答案在于一个对刀具轨迹精度至关重要的问题:CAM系统的分辨率，这是由一组调节刀具轨迹公差的参数定义的。公司内部建议修改程序，以更高的分辨率运行，可能有助于更快地产生夹爪。在大约两天的时间里，来自内部的代表帮助MPPM调整软件的默认参数，以便程序能够以比传统加工中通常使用的更高的分辨率渲染刀具路径。

这些变化使MPPM能够在合理的时间内渲染更精细、更详细的工具路径，以使零件达到最终的几何形状和规格。然而，这也给系统带来了额外的压力，因为它需要执行大量的计算。为了加快这一进程，这家商店投资了一台四核氮冷电脑，配备了Jewel服务器和众多风扇。从那以后，事情进展得比较顺利。

“我们有太多的工具路径，直到你放大40或50次，你根本看不到它们——它看起来就像一片蓝色的混乱，”科顿说。“我们的旧电脑可以完美地计算出正常的Mastercam工具路径，但一旦我们进入这个部分，改变参数设置，就需要半个小时来加载程序。”

Cotton先生说，通过内部解决方案所做的修改，该工厂可以将夹钳的生产时间从一个月的24/7工作时间减少到大约12天。他补充道，高分辨率编程也极大地提高了可重复性。“我现在可以扮演一个角色，并一次又一次地重复它，因为我知道我们每次都会近乎完美。”

把它放在一起

虽然推动MasterCam以更高的分辨率工作是MPPM与原型作业成功的主要因素，但这将简单旨在表明这可以在所有类似的情况下工作。Ben Mund，MasterCam的营销经理解释说，只有在制造过程中涉及的所有工具具有相似的能力时，才能利用高分辨率。例如，如果机器本身不能以编程增量插值或原始CAD模型不够精确，则高分辨率凸轮输出是缺点的。“你可以把你想要的凸轮弄下来，但机器会战斗它，”Mund先生说。

作为一个从一开始就开始生产小零件的工厂，MPPM对其机床的分辨率没有任何顾虑。用于切割夹爪的四轴Haas OM-2A办公铣床采用了5毫米间距的丝杠，分辨率为0.00015毫米，或略高于十分之一微米。蒙德说，相比之下，典型的机器分辨率可能在5微米。

然而，这台机器的雷尼绍激光刀具设置器则是另一回事。MPPM的一些切割机太小，激光无法探测到。虽然科顿对小工具并不陌生——他最大的工具是只有3 / 4英寸的面磨机——但他的刀具尺寸经常引来商店游客的评论。他说:“有些人只是来看看我的工具，因为他们不相信。“很多人只是笑着说，‘你一定是在跟我开玩笑。’”

科顿说，被请来重新校准工具设置器的Renishaw技术人员在看到一个只有0.001英寸的问题刀具时也做出了类似的反应。尽管如此，重新校准该装置使其能够投射一个12微米的光束，可以检测0.001英寸的工具，并反复将Z的高度和宽度设置在±0.00025英寸内。

当然，如果原始CAD模型不够精确，那么这些功能都没有什么区别。许多工作的初始阶段涉及到与客户的反复协商，以确保模型达到标准，每个设计都是可加工的。例如，商店可能会建议更改半径或其他尺寸。“我们得到的一些零件，你可以随心所欲地绘制，但这并不一定意味着有一种可行的方法来加工它们，”科顿说。

这就是为什么MPPM要求每个客户提交一份PDF图纸，详细说明每个部件的所需规格。然后，商店对模型进行全面检查。科顿说，客户对改进需要调整的模型的参与程度各不相同，但Mastercam的嵌入式CAD功能足够强大，如果有必要，商店可以自行进行调整。

最弱的一环?

事实上，MPPM需要调整Mastercam的分辨率设置并不意味着软件存在任何缺陷，Cotton先生强调说。相反，他所要求的细节水平远远超出了典型用户所需要的水平。更不用说，即使没有内部解决方案所做的软件修改，商店也可以使用mastercam的标准功能，根据工作要求调整分辨率——这是一项很有价值的功能，Cotton先生说。他指出:“该软件的美妙之处在于，我们可以告诉它我们需要它有多精确，它将生成一个刀具路径，我们为每个工作定义的精度。”

系统的分辨率由参数定义，参数包括弦高等函数;表面偏差;直线、弧线和跨越的精度;和其他可接受的最大刀具路径公差带。用户可以在一定的默认范围内调整这些设置，不过据蒙德先生说，许多人并没有意识到他们可以这样做。

他解释说，设置Mastercam的默认设置范围基本上是精度和计算速度之间的折衷。随着刀具轨迹精度的提高，计算时间也随之增加——这就是MPPM必须购买一台新计算机的原因。蒙德说，大多数用户没有支持超高分辨率计算的硬件，也不需要软件来实现这一水平。开箱即用，Mastercam的所有可用设置都足够精确，可以处理绝大多数应用程序，而不会大幅延长计算时间。

然而，对于MPPM来说，即使最小的默认公差值对于产生夹爪所需的刀具路径来说也太大了。当内部解决方案与MPPM合作调整软件时，它并没有永久性地提高分辨率。相反，供应商帮助扩大了商店可以选择的公差范围的低端。内部技术人员Ajmer Gill表示，具体来说，它向MPPM展示了如何在岗位内调整全局参数，这控制了所有的工具路径。
虽然软件自带的默认刀具路径公差为4位小数，但MPPM现在可以将精度设置为5位小数。Gill先生说，这使得商店可以为每一个刀具路径设定特定的设置，例如，在任何水平下，直到新的全球最小值。

MPPM广泛使用这一功能，根据给定部件以及该部件的特定操作所需的精度来调整分辨率。例如，加工车间可能会在降低分辨率之前进行一次粗加工，以实现更精确的刀具轨迹和更好的表面光洁度。当然，生产零件所需的分辨率越高，MPPM对该工作的收费就越高。“如果你想要接近镜面的效果，我们就必须降低分辨率，”科顿先生解释道。“所以我们可能会做一两次粗切和三次精切，对于每一次操作，我们都会降低转换的分辨率，更换工具，用激光预调器检查每一个新工具。归根结底，这需要时间，而时间就是金钱。”

外界的帮助

为了在合理的时间内制造动脉瘤夹，科顿先生
除了CAM软件分辨率，还有更多的问题来处理。处理这些问题需要大量的时间和精力，并广泛依赖他自己的技能和聪明才智。然而，如上所述，内部解决方案不是唯一一个借助其专业知识来帮助发展最终过程的供应商，而棉花先生则非常乐意提供信贷到期的信贷。

哈斯建议在OM-2A办公轧机上安装一个辅助NSK空气主轴。这将提供20万转/分的速度，比标准的4万转/分快得多，足以让车间的小工具切割坚硬的氮化硅。配合Mastercam的3D堆焊和扇形刀具轨迹策略，高速切削有助于将横向载荷保持在足够低的水平，以避免破坏细长切削齿。

这些切割工具首先是昂贵的。棉花先生设计了他们自己和他的工具供应商，DiaMonburrs.net，每次约40美元的钻石浸渍（未涂层）版本。但是，一旦加工设计完善，供应商就制定了一个批量定价安排，使价格降至不到1美元。

科顿还指出，如果没有雷尼肖激光刀具设置器，他无法指望达到所需的精度。工厂几乎没有其他选择来设置工具的偏移量——比如，用传统工具设置器的钢板触摸0.005英寸工具的尖端，然后压下弹簧，就会压碎刀具。然而，更重要的考虑是，工具越小，由磨损或偏转引起的误差幅度就越小。Cotton先生说，对于MPPM的微型切削齿来说，哪怕是直径、Z高度或宽度上的百分之一毫米的误差都可能导致零件报废。这就是为什么车间在每次更换刀具后都使用激光定影机，以确保一致的切割。虽然这增加了更多的时间，过程中，它确保准确性较小的部分。

新年决心

虽然不是使MPPM能够快速生产动力蛋白的唯一因素，但对于客户的要求，高分辨率编程对整个商店的操作产生了深远的影响。By making a firm resolution to push his shop—and himself—to the limit in order to produce a tough part that others had dismissed as beyond their ability, Mr. Cotton increased the company’s capacity to pursue the other cutting-edge work that comprises an ever-increasing portion of business.

此外，2010年对这家商店来说是激动人心的一年，很大程度上是因为它可能还没有看到最后一个mri看不见的动脉瘤夹。该设备正处于监管测试的初始阶段，MPPM预计将在今年开始全面生产。这与制造原型机相去甚远，但科顿决心进一步完善流程，以更快的速度生产该部件。