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自动控制的扩展

2018-09-06 00:00480
        新的CAM软件为Michael Angelo公司优化了模板制作工序
        
        在3英尺长的矩形板上加工孔似乎与小型CNC车床并无很大关联。但是在安大略省温泽里的Michael Angelo模具设计厂,这种关联很明显。这个工厂最近改变了加工模板的方法。新方法不仅更快,而且误差更小。作为改进精确度的结果,工厂不再需要两台大钻床,原来的其中一台可以长期用来修复模板的误差,而现在一台钻床足够使用。除去那些额外的不必要的设备就可以留出足够的工厂空间,以便购买多种不同的设备工具。合伙人Angelo Carnevale下一步计划增加CNC车床。
        
        在Michael Angelo公司,模板制作方法的改变包括利用基于知识的CAM从手工编程到自动编程的过程。在过去,操作者是通过站在CNC前根据蓝图输入数据来创建模板加工程序的。数据包括X-Y 坐标,工具数量和钻孔路径的切削参数以及特定板材加工要求的其它孔加工操作。这种方法比较费时,但如果程序员将所有的信息输入车间的CAM系统来创建相同的程序就会更费时。
        
        然而现在工厂已经拥有实现这个目标的CAM软件。此软件可以识别模板的CAD模型上的所有机加工孔,它为那些孔指定正确的工具和参数,从而自动生成NC码。操作工和程序员只需按动鼠标。
        
        这个软件将模具制造过程中手工劳动的耗费、延迟和误差从重要步骤中去除,是自动控制的一个典范。它并不类似于自动上料设备的自动化,而是减少人的参与,实现工作高效率。
         图1:图中显示了自动生成的模
板加工程序的确认步骤,所用软
件可以识别模板的CAD模型的特
征。并展示了被创建时的程序,
在编程过程中人的干预被减少到
只是点几下鼠标而已。
        而且Michael Angelo公司使用这种软件的经验用图解方法阐明了关于自动控制投资回报的重要意义。一些自动化改造后的回报来自于工序中其它部分相应的利润变化,在起初的分析中,两者之间似乎并没有什么密切的关联。
        
        例如,模板编程的自动操作腾出了地面空间。也省出了设备加工能效,现在可以用于模具精加工。由于改进的加工常数,能缩减模板的实际切削时间,这是由于改进的加工常数。它还能减去设置时间,而过去常常在加工中心装卡板材。
        
        简而言之,原来的人工编程耗时,现在工厂可以致力于工艺过程中的其它不足之处,从而使其易更正。以前程序设计的那种方法是如此大的一个负担,以致于这些其它负担被隐藏起来,不被重视。
        
        模具板的移转
        
        型芯和型腔的几何形状是通过3D铣磨生产出来的,但完成模具成型远不仅如此。它是各种机械零件组成的装配件。此外包含在这些零件中的是装在模板上的螺丝,定缝销钉,销柱,衬套,浇口,冷却管和通风系统。机加工任何板最初都需要加工孔。一个寻常的板材可能会有200个洞,具有20种不同的尺寸和偏差。
        
        在模板加工中没有复杂的刀具轨迹,但是有一种不同“类”的复杂性。为一给定的模板进行程序设计由几步组成,确立孔的位置,为每个孔(例如中心,钻孔和攻丝)选择刀具的正确系列,并且为每件工具设置适当的速度和进给速率。因为工具轨迹算起来很简单,所以典型CAM包的功能几乎不增加到这个程序中。那就是为什么历史上生产一个模板最快的方法就是让一名能干的机械师在一台铣床或者机器加工中心从头至尾进行加工的这种直接的方法。
        
        但是这种方法的主要缺点总是显而易见的。对Michael Angelo公司来说,时间损失就是问题之一。当这个问题产生时,加工模板的加工中心常常闲置。另一个问题是“错误”,只不过它是损失时间的另外一种因素。假使有200个孔,每个孔都有X 值和Y值,操作工在输入这些值时发生失误是几乎有的。结果是:如果有一个孔的加工位置错误,就必须焊接封闭并且在钻床上再次加工。
         图2:那些工具轨迹并
不复杂,但是模板上的
孔的种类和数量使编程
具有一定难度。实现程
序设计的自动化就能节
约相当多的时间。
        Michael Angelo公司想要使这个程序设计自动化,就可以节省时间,从而让工厂进行一些外加工。
        
        来自Cornerstone Technology 的“专家型模具制造者”是使这一情况成为可能的软件。它是为模板和底座加工而特别开发的软件,为了生成模板程序,这个软件与模板CAD模型特征中的用户定义工具库和参数库相配合。大量的功能使其成为可能,它来自于具有以知识为基础的机加工历史的应用软件-Pathtrace系统的EdgeCAM软件。
        
        Michael Angelo公司在实现基础软件的过程中,工厂发动了一系列的改进,并因为自动化的程序设计和这些改进,最终取得了更大的、额外的生产能力。
        
        工艺过程改进
        
        下面罗列了其它可以保证程序自动化的好处:
        
        ● 工厂不再需要多余的大钻床来进行模板加工。地面空间的缺乏一直是购买CNC车床的障碍,但去掉了一台钻床,这个障碍也随之除去。
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        ● 当操作者为每块模板手动编程时,他们自己决定每个刀具运行的速度和进给速率。其中的一些选择是基于他们的个人偏爱,并且大多数选择仅仅是保守的推测。
         图3:由于节约了时间,机
器现在除加工模板之外还有
进行各种其它工作的能力。
        现在模板加工过程中使用的所有参数都与工厂员工设置一样富有成效。他们全部来自公共数据库。Michael Angelo公司CNC部门领导人Joe Barker在两周中花了大约20个小时的时间,利用工厂首选的工具填充这个数据库,在适宜处改进了推荐切削参数,以及确定软件的基本决策,例如什么时候钻孔与什么时候使用螺旋铣。
        
        ● 与以前要求的程序设计时间相比,模板的加工时间以前常常是太短而不能进行细察。但是现在编程几乎是瞬间即成的,Michael Angelo公司能在切削时间短得多的过程中看出真正的价值。并且现在机加工知识集中在一个数据库中,机加工技术的任何改进都可以同时使所有模板加工受益。
        
        ● 工厂以前模板的工件装卡由传统的夹具组成。但是,对于机加工那么多孔,尤其是通常在每个角处都有孔,操作者就必须反复移动夹具以完成模板的加工。这种重复的装卡工作之所以被接受,原因与保守的切削参数被接受的原因相同;比较起来,较长的程序设计时间可以令损失很小。
        
        但是现在工厂已经投资硬件以取消加工过程中的手工装卡。如今利用磁性工件装卡将模板固定就位,在触摸按钮时即可起动。
        
        由此改进的设置时间与改进的切削时间相结合,已经超过Michael Angelo公司所期望的程序设计自动化带来的能力释放。过去用来加工模板的加工中心现在用于外加工顶杆框,并且设备仍然有空余的时间。额外的时间用来完成型芯和型腔精加工。
        
        在今天竞争激烈的制造业市场上,“一个3D模型抵一千张2D绘图”。直观看到每个东西显然要比一些抽象的线条传达更多的信息,产生更大程度的理解。但是,当从2D转移到3D计算机辅助设计(CAD)工具时,就能使生产力大大提高,改善视觉的效果不过是其中的一小部分,犹如冰山的一角。
         图4:取消模板的人工编程
便于工厂发现工艺上的其
它不足之处—而它们过去并
非是显而易见的,例如手
工装卡的时间问题。工厂
现在使用磁性工件装卡。
        SolidWorks分销商Fisher Unitech公司总裁Charlie Hess说:“3D CAD技术的投资回报率比15年前实际得多。由于只要进行占成本一小部分的投资即可获得许多功能,越来越多的企业配置了3D CAD并实现了更多实实在在的投资回报。”
        
        通过实际调查可知,3D立体模型是一个更有效、更高产的和更具竞争力的产品设计途径。3D技术从出现以来已经非常成熟了,由于它减轻或者消除许多2D世界业务中的障碍和挑战,它现在更快地带给设计企业更多的益处:
        
        ◆ 3D 系统消除了潜在的、工程师或制造生产人员对图的曲解。
        ◆ 在 3D 设计中,工程师在最初设计中就能够估计并解决配合和公差问题。
        ◆ 处理大型复杂装配体。
        ◆ 消除漫长的错误检查。
        ◆ 多数 3D 系统能从立体模型自动创建不同的视图。
        ◆ 修改任何一个 3D 模型,所作修改会自动转换到所有相关的绘图和相应的视图。
        ◆ 3D CAD使得设计师能够从单个的零件或者部件生成零件和部件的系列产品。
        ◆ 减少分析时间、缩短制造周期。
        ◆ 减少平均ECO所花时间、减少设计错误产生的废品、减少CAM集成产生的废品。
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