超聲加工為美國國家航空航天局的工程師們使用以前難機(jī)加工材料帶來了新的可能性隙姿。

當(dāng)你考慮無人駕駛太空探索的技術(shù)挑戰(zhàn)時僚洋，考慮到的是如何安全地發(fā)送航天器到軌道上或另一個世界的某個精確位置的困難藏澳。工程師有能力做到這個计寇，實(shí)在是一個奇跡娇豫。

然而匙姜，挑戰(zhàn)遠(yuǎn)沒有結(jié)束。無人駕駛的飛船也需要探索冯痢。特別需要采取措施——通常是要精確測量微小物質(zhì)或輻射的離散波長氮昧。飛船的設(shè)備必須足夠敏感，同時也足夠堅(jiān)固以保證在溫度極端變化的情況下正常運(yùn)轉(zhuǎn)浦楣。對于美國國家航空航天局而言袖肥，空間儀器車間作為加利福尼州亞帕薩迪娜的噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室（JPL）一部分，是制作這些靈敏元件的地點(diǎn)之一振劳。

此車間的主要專業(yè)領(lǐng)域就是微機(jī)械加工椎组。精密加工中心，包括兩個顯微鏡裝備Bostomatic機(jī)器历恐，可以銑削和鉆削細(xì)小的儀表元件寸癌，通常對一般的肉眼幾乎不可見。另一臺計(jì)算機(jī)數(shù)控銑床由DAC International為車間定制弱贼，操作甚至更細(xì)的工作——使用110000rpm的主軸和定位10微英寸的分辨率兰捣。車間生產(chǎn)的典型零件是通常小于0.010英寸寬和幾乎小至0.001英寸寬的具有磨銑波導(dǎo)通道的微波塊槐骂。

Peter Bruneau是從事這項(xiàng)工作的加工專家之一。他說俘巡，此車間專業(yè)技能的另一個區(qū)域—他看到重要性增長的區(qū)域—是特殊材料的加工聊树。實(shí)際上，他看到這個重要性不斷增長变抛，特別是與微機(jī)械加工有關(guān)峦筏。外加來自DMG/Mori Seiki的一個Sauer“超聲波”五軸加工中心，此車間最近增強(qiáng)了生產(chǎn)能力涡拾。具備生產(chǎn)以前不能機(jī)加工陶瓷的精密電子相關(guān)部件的能力蒂鹏，此機(jī)器將增加美國國家航空航天局工程師可用的設(shè)計(jì)可能性。

高頻率

美國國家航空航天局的設(shè)計(jì)工程師和科學(xué)家們定期與空間儀器車間磋商胆褪，依賴其全體職員（不僅是機(jī)械師艳禁，而且是制造顧問）。此車間通常通過建議對零件設(shè)計(jì)作改進(jìn)幫助他們狰绪，以確倍Ａ可制造性。有時棍鳖，在關(guān)鍵部件需要時炮叶，此車間找出新的生產(chǎn)能力。一個例子是用于軌道碳觀測衛(wèi)星Ⅱ的一套鏡子由超低膨脹玻璃（一種細(xì)粒透鏡產(chǎn)品）制成渡处。在坡度研磨操作之前镜悉，鏡子被磨削，但是磨削是緩慢和昂貴的医瘫，傾向于留下表面裂紋侣肄。JPL尋找到了一個替代方案，發(fā)現(xiàn)超聲波加工會更有效和可靠地制作鏡子醇份。

此過程有點(diǎn)像銑削稼锅，又有點(diǎn)像磨削，但是最終與這兩種方法不同僚纷。此超聲波機(jī)床配備了一個42000rpm的主軸缰贝，可容納一個加工中心的刀柄和刀具。然而畔濒，在超聲去除材料期間剩晴，該機(jī)采納一個研磨刀具作為代替。通過以嚴(yán)格控制的振幅快速搖動刀具恬皆，此機(jī)器以每秒數(shù)以萬計(jì)的敲擊速度砰声，利用顯微作用鑿掉材料。

此過程需要有一點(diǎn)點(diǎn)習(xí)慣众附，Bruneau先生說沉南，就只有一點(diǎn)點(diǎn)甘直。這種方式加工包含不同于其他過程的至少一個參數(shù)，因?yàn)榈毒弑弧罢{(diào)整”以找到一個穩(wěn)定振蕩頻率劣晾。此頻率在20000和50000Hz之間的某處呐蹂。如果此過程不使用熟悉的參數(shù)，他說莫诺，那些參數(shù)值挑戰(zhàn)他的期望伐种。起初，他根據(jù)磨削經(jīng)驗(yàn)選擇進(jìn)給率和切割深度畸玲，但發(fā)現(xiàn)這樣做使切口保守得多啡罗。例如，一個細(xì)200砂粒刀具容易以比40ipm(英寸/分)更快的進(jìn)給率揭胶，允許加工陶瓷鏡子骤视，而一個迅速移動的60砂粒刀具不允許以此進(jìn)給率磨削加工零件。

“我繼續(xù)對我們可以用硬質(zhì)材料實(shí)現(xiàn)的材料去除率感到驚奇鹃觉，”他說专酗，他經(jīng)常提醒自己：“我們嘗試督促一下〉辽龋”

他接著說祷肯，一個額外挑戰(zhàn)是保持住零件的精度，足以使設(shè)置錯誤不會與機(jī)器的準(zhǔn)確性潛力妥協(xié)粱玲。此工件夾緊挑戰(zhàn)是用超聲波機(jī)器比用Bostomatic機(jī)器更大，因?yàn)槲遢S工件繞軸旋轉(zhuǎn)可能導(dǎo)致用復(fù)合三角學(xué)方法的定位錯誤拜轨。因此此車間使用在此機(jī)器上來自Erowa的精刀具系統(tǒng)——由一個托盤和接收器組成的系統(tǒng)——可以嚴(yán)格地夾緊工件并確背榧酰可重復(fù)定位。

除了這些考慮橄碾，Bruneau先生說卵沉，超聲波機(jī)器實(shí)際上表現(xiàn)得像另一個加工中心》ㄉ可以使用跟車間里其他機(jī)器相同的CAM軟件編制程序史汗。

實(shí)際上，目前它主要充當(dāng)一個常規(guī)加工中心牡泡。車間購買的高壓冷卻系統(tǒng)可以有效地清潔鏡子表面加工的切屑姥勤。通過一臺捕獲切屑的冷卻劑離心機(jī)，此車間能夠無需更換冷卻劑而轉(zhuǎn)換到常規(guī)金屬加工尔产。目前施俩，那些常規(guī)操作——五軸磨銑或鉆削——負(fù)責(zé)在機(jī)器上做的大多數(shù)工作，都會改變每此，他說披蛔。

硬加工

然而截纹，JPL校園的另一個專業(yè)領(lǐng)域在微型器件實(shí)驗(yàn)室被發(fā)現(xiàn)。除了其他方面幻役，該部門是一個保證微處理器性能的芯片代工廠贬屹，而外行業(yè)卻無法實(shí)現(xiàn)成本效益。當(dāng)這些芯片必須橫跨溫度極端范圍而完好執(zhí)行時伦秀，容納這些芯片的微型結(jié)構(gòu)也必須保持橫跨相同大溫度范圍的精度月锅。越來越多的芯片設(shè)計(jì)師正尋找特殊陶瓷材料，以獲得熱穩(wěn)定性省咨，但是Bruneau先生說肃弟，這個選擇對設(shè)計(jì)造成了限制。金屬可以加工成精確形狀零蓉，但是最硬的陶瓷材料歷史上不能被加工——因此它們不是通過精確度較差的一個添加劑過程建造笤受。添加劑過程不適合于建造豎墻，例如敌蜂，使這些結(jié)構(gòu)的緊裝配成為可能箩兽。那么答案又是什么呢？

答案是超聲波加工章喉。Bruneau先生說汗贫，直徑小至0.015或0.020英寸的研磨刀具可能用于在非常小的硬陶瓷零件上實(shí)現(xiàn)精密加工的特征。實(shí)際上秸脱，因?yàn)榇藱C(jī)器有五軸落包，多個表面可以用這種方式精確地加工，以產(chǎn)生確實(shí)空間有效的新穎芯片結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)摊唇。不久咐蝇，空間儀器車間將開始其第一個項(xiàng)目，調(diào)查用來制作這些芯片結(jié)構(gòu)的新陶瓷材料的超聲波加工巷查。

此工作的報償之一是改變與設(shè)計(jì)工程師談話的方式法雄。在制造業(yè)顧問的角色中，此車間人員通常提出否定式問題神肖。也就是說白叫，他們問，“你真的需要這個功能嗎排憨？” 或者“這個公差是必要的嗎队装？”現(xiàn)在，那些問題變?yōu)榭隙ǖ姆场ＴO(shè)計(jì)師仍然不知道超聲波加工將給出的自由度沛四，因此Bruneau先生很快詢問“你考慮過這種材料嗎？”或者“你意識到可以生產(chǎn)這種挑戰(zhàn)性形狀嗎？”發(fā)現(xiàn)這個車間新能力的可能性將擴(kuò)大航天器可以做的事情糊晋，Bruneau先生正期待著探索缤媒。

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