呼吸是生物的自然现象，但对于一台机床设备来讲则是一件非常复杂的事情。人类的呼吸过程是非常重要的氧气供应过程，这一过程取决于人体内CO2的极限值、每分钟呼吸次数、呼吸的气体量、呼吸频率以及呼吸时的压力大小等因素。Hamilton公司这一高科技企业清楚地知道该如何做，该集团公司在瑞士Bonaduz和Domat/Ems两地的生产制造厂主要开发和生产制造创新性呼吸机、移液机器人、生物制药传感器、样本管理系统和其他自动化解决方案的企业。

Hamilton公司铣削车间负责人Luca Morell先生站在Berthold Hermle公司研发生产的两台全新C12 U型五轴加工中心前表示：“为保持企业的独立自主性，我们有着很强的生产加工能力，并且生产的医疗器械达到了极高的质量标准。”为了提高切削加工设备的自动化程度，两台五轴加工中心都配备了第二代紧凑型机器人系统RS 05-2。在这位生产负责人的背后是Helmle公司生产制造的高性能生产设备：一台的型号是C32U、另一台的型号为C42U。这两台加工设备都可以连续生产，并且可以在生产高峰时间同时运行。

 “大约从一年半前开始，当我们的订单合同量突然猛增时，我们意识到仅凭当时的生产设备是无法满足如此巨大的市场需求的。同时也认识到，这是企业投资扩大产能的最好时机。”Luca Morell先生说。

图1 Hamilton公司用两台自动化的Hermle铣削加工中心取代了三台单机。自动化的机用平口钳是必不可少的必备夹具

自动化夹具是必不可少的

他们希望用更高效的自动化系统取代三台单机生产设备。对此，Luca Morell先生解释道：“我们希望有自动化的夹具。在夜班时也能加工不同尺寸规格的零件。”对铣削加工工艺过程也有着相同的高标准、高要求：尽管被加工的零件很薄、易碎，但Hamilton公司仍然期望加工后的零件有着最高等级的形位公差。

大约两年前，Hamilton公司首次与Gosheim市的机床设备生产厂开始合作。当时，Hamilton公司购入了配用HSflex控制系统的C 42 U和C 32 U铣削加工中心。它们的五轴加工技术显著提高了生命科学领域中的医疗器械生产制造厂复杂零件加工的可靠性。 “Hermle公司的这两台铣削加工中心，从性能和加工精度方面彻底征服了我们。投资购置新设备的决定性因素就是这一自动化解决方案的加工质量。从双方合作一开始，他们就知道我们要解决的是什么样的技术问题，并我们提供了全方位的技术支持。”Luca Morell先生说。

2021年6月，在Hamilton公司投产的自动化生产加工系统由一台C 12 U五轴加工中心和一台RS 05-2型机器人组成。RS 05-2型机器人是第二代紧凑型工业机器人。这一机器人系统结构非常紧凑，所占用的空间很少。毛坯的供应和加工后零件的存储采用的都是抽屉式存储装置。“除了加工医疗器械的原型件、试制件之外我们还建立了一个“标准件库”，每年生产大约4000个标准的医疗器械零部件。当这些标准件或者原型件的批量数较少时，它们的毛坯都存放在五个抽屉中的其中一个里。一旦五轴加工中心有“空”，控制系统会自动将它们编排到生产计划之中，并开始进行切削加工。”Luca Morell先生表示。

正如生产团队负责人所说的那样，考虑了这些“保底产品”之后，Hamilton公司每天的生产加工时间长达13 h；包括可以在10 min内生产出78个模具零件。抽屉式存储单元其他四个抽屉中的毛坯可以在五个小时内加工完毕。 “设备调整好之后我们只需两小时的人工辅助工作就可以让它自动化地独立切削加工18 h，提高了设备利用率。”Luca Morell先生介绍道。

图2 Hermle公司的C12 U五轴铣削加工中心再加上RS 05-2机器人，在很小的空间里实现了最高的生产能力

夹具库的优势

Hermle解决方案的另一大特点是：当一批自主供料加工的毛坯长度在20~150 mm时，机器人工作区中有存放八对夹具的夹具库可供存放不同的夹具。Hamilton公司有意识地选择了一套NC数控技术控制的气动夹具。“电机驱动的夹具需要更长的时间才能达到正确的毛坯夹紧状态。虽然气动夹具的夹持范围有一定限制，但它的夹紧速度非常快。这就为我们节约了宝贵的时间。” Luca Morell先生说道。机器人会自动更换夹具，这也可以在夜班无人值守时照常更换产品并进行生产。

图3  机器人夹具库（图片右上方）中存放着八对机械手

不仅是这些自动化机床切削加工的多样性吸引了Luca Morell先生，而且这些设备的操作简便性也深深吸引了他。他表示：“开始的时候，我们担心六种机器人系统是不是太复杂。在浏览了机器人的HACS控制程序后，这种担心就完全没有必要了。实际上是机器人在引导操作人员，完成必要的编程操作。” Luca Morell先生对Hermle公司开发的HACS自动化控制系统赞不绝口。它使机器人控制程序的编写变得非常简单：机器人从毛坯库中取出一个毛坯，并将其放入铣削加工中心内的机用平口钳中。在C 12 U加工中心完成零件的全部切削加工之后，机器人从机用平口钳中取出加工好的零件，将其放入存放成品的零件库中。在这台设备即将交付前，Luca Morell先生和他领导的团队注意到自己忽略了一个问题：有些毛坯在毛坯库中的放置位置与其在机用平口钳中的放置位置不同。为了理想地完成这类毛坯的切削加工，就要将它们旋转90°放入机用平口钳中。

 “从机械技术的角度来看，旋转90°并不是一件难事。但从编程技术角度来看我们不知道怎么让机器人来旋转90°。”Luca Morell先生说。Hermle公司轻松地消除了这些担忧，当Luca Morell先生说出了自己遇到的问题时，Hermle公司的专家即着手加入了机械手旋转90°的程序。

Luca Morell先生对技术服务人员和应用工程师的工作也给予了同样的好评。

图4 Fadri Pitsch先生在向毛坯库中补充毛坯，确保C 12 U能够在无人值守的情况下有满足一整夜加工所需的毛坯

设备操作人员Fadri Pitsch先生补充说道：“Hermle公司人员在设备安装和技术培训中的专业技术知识和技能给人留下了深刻的印象。”开始时他对机器人敬而远之。现在，经过技术培训之后他喜欢上了与C 12 U铣削加工中心一起工作，也是因为与其配套的机器人，Fadri Pitsch先生现在可以熟练地操作它们，技术培训之后一切变得轻而易举。

增加CNC编程人员

目前共有两名CNC数控编程人员和四名设备操作人员在开发新设备的使用；Luca Morell先生解释说：“我们增加了编程人员的数量，以便能够尽快完成当前三台铣削加工中心的程序转换，让新设备尽快投入生产。”这里涉及到的零件数量为180件 ，其中80件已经在C 12 U加工中心上生产了，其余100件也计划年底前能用新设备生产。

图5 Hamilton公司自己生产智能呼吸机、移液机器人、传感器、自动取样系统和其他医疗器械自动化解决方案所需的所有重要零部件

 “我们只需最多两小时的人工辅助工作就可以实现24 h不间断连续生产。这也充分挖掘了自动化设备的性能潜力。” Luca Morell先生说。究竟有多大的潜力可以挖掘？他进行了估算：与之前的三台设备相比较生产能力大约会提高25%~ 30%。