大幅削减相似零件的编程时间

      如果加工同族零件，需要充分利用这些零件的共同特征，以便最大程度地减少编程、装卡和加工时间。这是密执安州特洛伊城Trutron公司力图更有效地加工一种汽车前轮驱动等速万向节锻压模具的思路的一部分。该公司以加工汽车专用模具而闻名。 Trutron公司自上世纪七十年代开始生产CV(等速)万向节模具，该模具的主要组成部分是以高速钢棒材制成的上模和下模。通常，上模长10~12"x 直径4"；下模长8"x直径6"x型腔4"。原先，上、下模毛坯经过粗加工和热处理以后，便在EDM机床上对细部进行电蚀加工—这与该公司以EDM起家是一致的。随着公司的发展，其加工能力扩大了，并且产品多样化开始进入航空航天工程领域，包括加工许多不同的金属零件。为了更有效地加工航空航天零件，该公司添置了加工中心。在高速加工‘登场"以后，该公司开始考虑利用高速加工中心的优势：既可以加工滑枕式EDM机床上使用的石墨电极，也可以选择性地取代某些EDM加工任务。 Trutron高层在1998年芝加哥国际制造技术博览会上逐一参观了机床制造商和经销商展示的高速加工中心，他们印象最深刻的是Mikron公司(伊利诺斯州林肯郡)主轴速度高达42,000r/min的加工中心。

      不久以后，Trutron 公司购买了一台Mikron HSM 700型3+1轴加工中心，计划用于高速切削石墨电极和热处理后硬度高达65Rc的金属件。 Trutron生产副总裁Tim Griswold 解释道：“我们第一次用高速铣削而不是EDM加工这些零件时，每个零件可以节省4小时，这使我们清楚地看到更多零件改用高速切削的潜在好处。” 这台加工中心的20工件随行夹具每次最多可以装夹20件上模/下模毛坯，使机床能够进行长周期的无人值守运行。 高速铣削程序由Trutron 主管工艺员Mark Cohrs脱机编制，他使用DP Technology(加州Camarillo)的Esprit软件，而且Trutron公司将Esprit用于该厂的每台CNC机床，包括CNC车床、加工中心、线切割机，甚至还包括一台CNC连续轨迹坐标磨床。高速铣削程序设计过程从建立实体模型开始。实体模型根据用户提供的CAD数据建立，或者由用户自己建立。建模软件可以识别模型上的型腔、孤岛、曲线和其它几何特征，并对所有特征进行归类，为生成刀具路径作好准备。通过将相似特征进行分组，程序员只需一次操作就可以建立起整组工件的刀具路径。接着，程序员开始建立加工工序。首次建立一个加工工序时，须仔细确定它的正确性。一旦证实无误，程序员可以把它存入加工(标准工艺)知识库(Esprit加工知识库称作Knowledgebase)。加工工序一经保存，随时可以调用并插入程序之中，供任意数量的相似零件使用。保存在知识库的信息包括被加工材料的型号、刀具、速度和进给量、切深和其它重要参数。建立刀具路径后，程序员采用快速仿真功能对刀具路径进行验证。快速仿真显示每个刀具在实体模型上进行切削的情况，每个刀具轨迹与模型进行比较，并用彩色显示偏差。最后，在所有的问题得到纠正以后，程序下传给机床。建立知识库为了利用Trutron 公司加工CV万向节上模和下模的相似特征，Cohrs开始建立一个机械加工知识库，使他能够对现成的程序段进行复制并粘贴到相似模具的加工程序中。他解释说：“在加工知识库中，我们保存20~30项数值，如主轴速度、进给速率、切宽(轨迹间隔)、残留高度、导入/导出等等，须给每个零件设置一份完整的特征清单。此后，我把详细文件保存到加工知识库，以备将来使用。例如，在编制新的模具卸压程序时，不必为每个新模具重新设置一套数值，而是直接从数据库中调出卸压文件并把它插入我的程序中。” 现在Trutron使用这台5轴加工中心对大部分以高速钢为材料的CV万向节模具进行加工，这是Trutron最近新增的两台高速硬铣机床之一。 Cohrs接着说：“完全加工一个给定的凸模，差不多需要20个不同的3D刀具路径。有些切削是凸模热处理前的粗加工，有些是热处理后的精加工等等。凸模的全部刀具路径最终确定以后，被保存到加工知识库。如果接到类似凸模的定单，我可以原封不动地采用知识库中保存的前一个凸模的全部刀具路径，或者略加修改。切宽、进刀、退刀等等，都已经设计好并保存起来供今后使用。我们不必为每个新模具从头开始编程。” Cohrs强调，高速加工凸模涉及许多单独的操作，利用加工知识库使每项操作的编程时间大约缩短30分钟。“有时，凸模非常相似，所采用的主轴速度、切宽以及其它许多加工参数完全相同，我只需直接调用这些参数并且应用到新零件上就行了。” 他还说：“反复利用加工知识库的数据，不仅能够节省时间，还可以减少编程错误。在零件编程和加工过程中，决不会陷入任何推断或臆测，因为我们在先前的编程工作中已经排除了程序错误。另外，快速编程使我们能够在一定时间内生成更多的程序。” 效率增益远远超出了编程工作站的范围。Trutron公司Griswold先生指出，包括钳工作业在内，自始至终采用EDM工艺加工一个零件平均花费1,140分钟。而改用高速加工以后，相同的零件只需大约570分钟，即一半时间就能生产出来。他强调，“这不光是节约时间的问题，高速加工为其它项目腾出了六、七台设备和相同数量的工人。” 随着Trutron公司越来越精于高速钢CV万向节模具的机械加工，许多任务从EDM改为机械加工，促使该公司购买了第二台高速机床，这台Mikron 400U型5轴立式加工中心本身带有一个20工件托盘更换器。 Griswold称，现在Trutron公司90~95%的高速钢零件使用这两台Mikron机床加工。他强调，这些零件在高速加工方式下不仅生产速度更快，而且精度更高，质量更稳定。他指出，“采用滑枕式EDM机床加工后，模具零件常常需要钳工作业和抛光，因此带来操作者出错的机会。钳工活儿单调乏味，而且稍不留神，零件尺寸就会很容易出错。相反，高速加工模具零件通常省去了手工操作，这意味着错误更少以及模具加工的一致性更高。” 操作员Joe Adamski (左2)同 Trutron副总裁Tim Griswold (左)、公司总裁Dennis Carlson, Jr. (右2) 及Mark Cohrs交换意见。周末照常运转高速加工机床只需要最少量的监督或管理，两台机床由一名操作员照看，而且可以长时间地进行无人值守运行。例如，HSM 700四轴加工中心往往配有多工件夹具，每个工件可能需要一个多小时的加工时间。需要加工的工件一般在周五晚上晚班下班之前装到夹具上，等到周一的早上早班员工到来的时候，成件已完全被加工完毕，数量可达15个之多。 Trutron购买的第二台高速立式加工中心是带有20工位托盘更换器的400U 型五轴加工中心，它也可以无人值守方式加工多种类似于CV万向节凸模的大零件，每个托盘装夹一个CV万向节凸模毛坯，托盘跟随机床的随行夹具回转到装载台。机械手依次抓取每个毛坯并送入机床的加工区。最多20个凸模毛坯可在周五被装到托盘上，在周末它们将在无人值守的情况下完成加工。 Trutron公司总裁小Dennis Carlson客观地评价该公司的新增高速加工能力：“我们把高速加工视作更为有效的M2、M4、M50及其它高速钢零件加工工艺，因此，我们将大多数此类工作转移到高速机床上。不过，我们也加工大量的碳化钨材料，它们都用EDM机床进行加工，这就是我们最近新增一台带有25刀位换刀装置的CNC 钻孔EDM机床的理由。他接着说：“我们处在一个竞争非常激烈的行业，因此必须为用户提供最有效的零件加工工艺。利用EDM和高速加工的潜在能力，我们能够以最佳的工艺或工艺组合完成用户零件的加工。在软件方面，我们的编程软件和加工知识数据库非常有用，能够确保我们高效加工零件，而且在第一次就能把它做好。”