机械加工在癌症“历史”中的作用

在德克萨斯州的休斯顿，医疗和金属加工技术在努力治愈。在安德森医学博士新建的质子治疗中心，这两个学科正在合作，以创造癌症的“历史”，该中心位于孤星州最大城市的中心。

美国仅有四个质子辐射中心，M.D.Anderson的1.25亿美元的设施将多于任何其他中心服务，每年达到全部容量3,500美元。为了支持这种侵略性的治疗时间表，设施包括其自己的机器店，包括四个网络的CNC垂直加工中心（VMC）。

这些机器的主要任务是为中心的机架或放射光束传输设备生产两个患者专用组件。其中一个组件是一个黄铜孔，它接收一个窗口，以塑造光束，以匹配肿瘤区域的轮廓。另一种是亚克力补偿块，它被加工成一个腔来塑造光束，以便在患者体内适当深度释放能量。质子治疗之所以能成为如此精确而有力的癌症治疗手段，是因为它能够在不伤害附近健康组织的情况下，对光束进行操纵，从而损害癌变肿瘤。

大多数基于医院的机器商店都配备了用于生产一次性夹具或仪器的工具室型铣刀和车床。M.D. Anderson的质子治疗中心的商店确实有这种工作的设备。然而，它是首先是生产商店，因为John Barr指出。Barr，Shop的主管先生选择了大多数商店的机床和相关设备。四个Mazak Nexus 410 VMC将承担商店的生产工作的命运。当中心达到全部容量时，这些机器每年将产生数千个孔径和补偿器。

现代机器店was invited to tour the center and its dedicated shop a few months in advance of the official opening in June 2006. During the visit, Mr. Barr and Paul Wisdom, a deft machinist who is currently “on loan” from M.D. Anderson’s nearby instrument shop, explained the role that machining technology plays in support of an effective cancer treatment procedure.

质子包装一拳

94,000平方英尺的设施顶部是一个开放的、邀请众多办公室和考场的入口。然而，这座建筑就像一座冰山，因为它有42英尺深在地下。在这个掩体中有四个质子辐射治疗室和一个紧凑的机械车间，尺寸为36英尺× 44英尺。这些房间被8英尺厚的水泥墙和12英尺厚的天花板包围着。在治疗期间，地下位置和结实的外壳需要包含杂散辐射。

孔和补偿器是子束递送过程中的最终两个部件。喷射器首先从氢原子的核中剥离质子，并将它们递送至同步辐射或颗粒促进剂。同步rotron基本上是磁性“赛道”，将质子在真空中加速到接近2.5亿电子伏特的能量水平。然后，质子以几乎光速行进到位于四个处理室中三个的旋转梁输送龙门。虽然巨大的喇叭龙头直径35英尺，但重量为190吨，它们在患者周围平稳，静静，精确地旋转，并将质子梁引导至0.5毫米的定位精度。孔板（可能需要多达四个相同的2厘米厚的板），并且补偿器插入龙门的鼻子中以形状并将光束聚焦，因为它离开龙门途径到靶向肿瘤。

质子以较低的能量水平进入病人的身体，在肿瘤内达到最高的能量水平，并有效地在那里停止，这样周围的健康组织就不会受到伤害。孔径和补偿器是针对每个患者和每个不同的光束传输角度的匹配集。虽然没有两套孔径和补偿器是相同的，但创建这些组件的过程是相同的。

从猫扫描加工

黄铜孔径板和亚克力补偿块首先是正方形和面铣削尺寸。黄铜被机械加工干燥;压克力是用高压冷却剂加工而成。每个组件的一个角落都有一个缺口，这是一个关键，以确保组件安装在龙门井口时是正确的方向。

孔径窗和补偿腔的形状由患者肿瘤模型决定，该模型是通过计算机断层扫描或CAT扫描获得的。CAT扫描每次捕获一薄层二维切片的肿瘤体积。在整个肿瘤的离散深度上拍摄的二维图像叠加在一起，形成了一个本质上是肿瘤的三维模型。电子肿瘤模型是IMPAC治疗计划系统中每个患者文件的一部分，商店可以通过网络访问该系统。

孔径有三种标准的平方尺寸，都是2厘米厚。窗口形状与肿瘤的周长相匹配，使用来自Iscar (Arlington, Texas)的0.25英寸高螺旋角立铣刀加工，这种铣刀通常足够小，可以产生最紧密的窗口半径。工具首先插入窗口位置的中间，然后螺旋向外形成净形状。通常需要三个通道/切割深度来加工整个窗口。然后通过去除0.005至0.01英寸的光洁度来生成高质量的墙面光洁度。

CAT扫描数据的格式基本上决定了补偿器的加工方式。扫描数据排列在一组X、Y位置和z轴深度串中。因为CAM包不能识别这种格式，所以需要一个中间软件。该软件由制造龙门的日立公司与质子治疗中心联合开发，将扫描数据转换成带有X、Y和Z坐标的文本文件格式，以便吉布斯和联合公司(Moorpark, California)的吉布斯坎姆(GibbsCAM)生成加工代码。

因为补偿器腔的数据是具有特定Z轴深度的一组X-Y位置，所以通过从GAR工具（ALMA，MICHIGAN）从GAR工具（ALMA，MICHIGAN）中释放到每个位置的适当深度来产生空腔。锥形铣刀几出原因使用。首先，尽管锥形工具可以具有仅测量的尖端直径，但是它们的锥形柄部刚度地提供刚性，而不会破坏材料。这可能无法使用具有高L / D比的小直径直端铣床。其次，锥形工具自动创建必要的3度壁角，而补偿器在机器台上保持固定装置。在这种钻孔状运动中加工在补偿器的典型“像素”腔面上留下。质子放射疗法不需要平滑，轮廓饰面。

补偿腔可以具有几千x-y位置，这取决于肿瘤场和切削刀具直径的尺寸。这些机器不切割到特定的Z轴深度，本身，而是高于所有补偿器共用的1-mm基准的高度。在接口创建带加工代码的文本文件后，智慧先生在将零件程序稍微编辑到一个网络VMC之前。这是因为位于补偿器的顶部平面上的每个点，包括不需要为腔切割的那些需要加工的位置，在零件程序中表示。在不编辑的情况下，机器将切削工具驱动到方形面上的每个列出的X-Y位置，将工具降低到块的顶部表面，用于腔外周边的那些区域。为了消除这种浪费的工具运动，智慧先生在实际加工开始之前在补偿器的顶部平面上选择单点（距离腔的顶部最左侧的点）然后删除所有其他位置点，使切割器移动到所选点以开始加工周期。

有没有更好的办法？

在我们访问时，Barr先生和智慧先生拥有所有基本规划，工具和设备，以支持该中心的生产需求。根据Barr先生的说法，过程细化是下一步，特别是在一些遵循的领域。当您阅读了商店可能的改进领域时，请致意自己的加工实践，并询问所有的问题，并询问Barr先生和智慧先生问自己：“有更好的方法。。。“

。确保工件?该中心的车间目前使用钳子作为其主要的工作保持方法的孔和补偿器。这种策略可能会改变。因为所有的补偿块都是相同的尺寸，只有三个不同的孔径板尺寸，商店可能会开发专用夹具与某种快速释放夹具，以更快地转换。真空工作台是补偿器的另一种选择，因为这些部件的底部是完全平坦的，所有组成空腔的点都位于相对于底部(即z轴零点)的位置。真空夹具将确保零件完全拉下在桌子上，而操作员必须确保零件不倾斜或提升时，收紧虎钳。

替代性工作方法是否适合您的商店？如果您正在加工大量的黑色金属材料，那么也许磁性工件将提供对部件的五面。如果可以使用专用夹具，那么创建它们会有所帮助，使得工件只有一种方式可以安装在夹具中（这称为Poka Yoke），以避免缺乏经验的员工将确保的可能性部分不正确。

。选择和使用切割工具？Barr先生和Wisdom先生一直紧跟切削工具和涂层相关的最新趋势和技术。他们通常不会让初始价格成为决定因素。他们为每个VMC购买了Renishaw TS27R工具设置器，这样当需要时，工具转换器中的所有工具都可以测量并准备切割。

专门的刀具是否适合您的工作？考虑到更长的刀具寿命，表面处理和增加的生产而不是仅关注工具价格的回报。

。处理材料？考虑到商店的地下室位置和黄铜光圈空白的重量，中心必须解决材料运输和处理问题。2厘米厚的板，每次重约40磅，当它们装入机床时，在操作员的下背部对操作员的较低压力施加大量压力。BARR先生正在考虑某种支持推车和滚轮输送机，不仅可以缓解工件装载到机床中，而且还要用于处理工人将孔向龙门喷嘴装入龙舌兰喷嘴。

在您的商店中是否有交替的方式运输库存和工作（WIP）？你能更好地利用工作车吗？关于机器布局，是否有更好的方法来允许零件从机器流到机器？有拖车的空间是否需要在哪里运转？

。安排工作？随着该中心的车间提高产量，有效的工作调度将变得更加重要。每个孔的循环时间可能只有5分钟，而补偿器的循环时间可达3小时，所以巴尔先生将不得不决定如何最好地安排工作和使用机器。

是否有一种方法来安排工作，以方便组装，使组装的所有部件可以一起加工并运送出去?设置多个工件并将零件程序链接在一起以允许更长的无人值守加工是否有价值?

。提供一点额外的东西?该中心有一个ProtoTrak Lathe和Trak Mill（这些机器可从位于加利福尼亚州Rancho Dominguez，加利福尼亚州的西南工业提供），用于原型，夹具和其他杂项工作，以支持该中心。BARR先生选择了这些混合机器，因为它们可以手动运行或通过CNC程序运行。为了最佳回应各种设备的各种制造需求，曾经的途径，BARR先生用设备的设备，包括地表研磨机，膝盖铣刀，台锯，带锯，TIG焊机和热处理烤箱。

同样的，除了传统的芯片制造设备，你的工厂还有其他的能力吗?也许你的机器零件也需要二次加工，如标记，阳极氧化或热处理。提供这些额外的服务或可能的一些组件组装也可能对客户有帮助，并利用机器操作员在等待机床完成切割时可能存在的任何停机时间。