使创意融入零件中

2019-11-15 60

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“别说话，制造零件吧”。Aaron Krieger用这句话来形容当他24年前在佛罗里达的斯图亚特创建Krieger机械公司时许多客户的态度。当时和设计工程师们没有过多的对话。那时，客户只希望加工车间能制造出零件。当然，Krieger先生也只需要零件图纸和规格表来使他的手动设备从事加工生产。

如今，车间依靠CNC铣床和加工中心来制造客户的零件，但是Krieger先生认为，强烈的吸引之处不仅仅是这些强大的机械设备。他解释道：“无论设计工程师处在设计过程中的什么地方，我们都可以开始制造零件”。他说，这种灵活性和响应性正是如今客户们所追求的。“他们期望我们能解决问题。”

这意味着无论零件的有关信息是什么形式或格式，都能有效地与设计工程师们相互作用。有时，零件信息是在CATIA、ProE或者SolidWorks这样的CAD系统中创建的完全开发好了的实体模型。而在某些情况下，由于设计零件时还远远未到数字化获取数据的时代，因此有关零件信息的唯一来源仅仅是传统的图纸。有时，零件仅仅是开发者头脑中的想法而已。

“我们必须答复这样的手势” Krieger先生说，他用食指在空中比划了一个矩形。“他们希望我们制造出一个这样的零件，这么宽，这么长，并在这儿和那儿有几个洞，”他说着，并朝空中指了指。

为了实现这种灵活性，Krieger先生发现需要多种软件资源。车间有一套CAD系统，用它来操作或创建数字格式的零件几何体。车间还有一套脱机CAM系统用于生成G代码零件加工程序。最后，CNC铣床和加工中心拥有一些控制系统，它们直接在车间内的机床上提供会话式程序设计。这些双屏控制系统还使车间能够导入由CAD系统所创建的几何体，并且运行由CAM系统所生成的零件加工程序。

发展

KMC的灵活、集成方法使车间自然形成了它在CNC领域的初步经验。在经营车间的最初6、7年里， Krieger先生作为一名熟练的机械师依靠他的技术来处理工厂的工作。但是，到20世纪80年代中期时，他发现转变成CNC加工是唯一的出路，只有这样工厂才能继续生存下去。

幸运的是，他找到了一种方法，使他既可以像机械师那样去思考，并且仍然可以顺利地对CNC机床编程。答案就是会话式编程系统，它采用一种直观的逻辑模式来询问有关零件的信息。“我知道必须怎样来加工零件，” Krieger先生说。“我可以在我的头脑中看到这一点。会话式编程帮助我把这副图片放到控制屏幕上，在这儿，图片将变成加工该零件的CNC加工程序。”

Krieger先生自信的认为车间编程能够使CNC操作在它的车间里成功实施，他于1983年从Hurco公司(位于印地安那州的印第安纳波利斯)购买了一台KM3-P铣床。该机床带有一套Ultimax II会话式编程系统，系统具有双屏。一个屏幕显示选择和加工选项，而第二个并排的屏幕则对所提示的选择做出响应，根据定义显示零件几何体和刀具路径。

该机床成功运行。1年之后安装了第二台机床，它几乎和第一台一模一样。在后来5年里又安装了另外三台机床。这三台全是带有Ultimax III或IV系统的 Hurco BMC 4020加工中心机床。这时KMC已完全建成了一个CNC车间，事业兴旺起来，声誉越来越好，成为电子仪器、喷气发动机和医学成像行业的一家可靠生产商，它可提供初步原型/开发部件，初始费用低廉，长期从事高质量生产任务。

软件资源

增加CAD和CAM系统帮助KMC保持这种动力。

KMC的主要CAD资源是从Kubotek USA公司(位于马萨诸塞州的莫尔伯勒)购买的一套KeyCreator系统。该CAD软件是原先被称作Cadkey的基于PC的CAD软件的升级版。当Krieger先生去年聘请John Goings帮助他管理车间时，引进了该CAD系统。Goings先生曾经是该车间的一位长期客户的业务经理，过往的经历使他非常熟悉KMC。Goings先生还在制造和CAD应用软件方面具有非常坚实的背景知识。他的CAD知识尤其有用。

CAD软件使车间能操作几乎所有格式的几何体，包括二维和三维线框模型、面模型或实体模型——目前输送零件几何体的普遍格式。当一个客户的零件几何体被发送给KMC(通常是通过email)时，Goings先生在KeyCreator中打开它，并将其转换成系统的原始格式。这时，他和Krieger先生一起分析该几何体并确定基本加工策略。该策略是引用任务的基础。

John Goings在CAD屏幕上检查3D实体模型，以开发一个用于零件生产的加工策略。

这时修补几何体中的任何缺陷或错误，使其对加工应用软件有用。同样，利用CAD软件的标注尺寸和绘制草图功能，也可以在此时轻松地创建二维图纸。

KMC的主要CAM资源是CNC Software公司(位于康涅狄格的Tolland)提供的一套Mastercam软件。Krieger先生在2002年购买了该软件，主要是因为它为样条曲线、NURBS曲面和其他复杂几何体这样的工件提供了编程支持。此外，他发现需要一个脱机的CAM系统，以便把一部分三轴编程的重担从机床刀具上转移走。由于CNC机床上的控制系统接受G代码零件文件，因此该CAM软件使车间可以更灵活地分配编程任务。

大多数CAM编程首先要导入一个由客户提供的几何体，其格式为STEP、Parasolids、ACIS 或IGES文件。导入数据避免重建几何体或者出现数据输入错误。这简化了生成刀具加工路径的过程。最后产生的G代码文件通过磁盘或网线被传输给机床。

虽然CAD和CAM是价值不菲且必需的软件，但是Krieger先生依然认为机床刀具控制装置的性能和车间编程才是其车间加工灵活性的基础。“会话模式对于我们的车间来说是使零件进入切削工序的最快速的方式，”他说。和某些希望通过“手势”产生原型的客户交流，这就是该选项提供的一个立即编程的例子。

更重要的是，车间编程有利于日常工作。“它使我们在编辑、修改和优化零件加工程序方面获得了最大的灵活性，”Krieger先生说。他说，我们可以轻松地接纳客户提出的设计变化。例如，“数据块搜索”功能有助于定位必须在哪儿输入新数据值的正确位置。利用车间编程，我们无需返回CAM系统，编辑加工程序并重新应用后台处理机。无需谨慎地管理一个零件加工程序的多个版本。最新的版本始终是机床控制装置的内存中所保存的那一个加工程序。通过会话模式创建的加工程序的长度比类似的G代码程序的长度要短的多，因此更易于保存和传输。

最后，Krieger先生报告说，因为通过会话模式准备好的刀具加工路径的精度和加工中心的准确度经证实是相当可靠的，所以他的车间很少做试切。

协作

CAD、CAM和车间编程之间的协作最近帮助KMC承担了一位新客户的任务。零件是一个铝制的外壳，大约有一个小香烟盒那么大，封装着用于控制飞机电子系统的印制电路板。一个框架围绕在四个外侧，它允许该外壳直接安装在一块仪表盘上。外壳的内部有许多槽和钻孔的固定件，它们用于安装电路板支架，连接前盖和操作面板。

“为了竞标该项目，我们得到了一个样本零件和一套零件图纸，” Krieger先生回忆说。“当John和我检查外壳内的所有几何形体时，我们发现这将是一个相当富有挑战性的项目。”

Goings先生参考客户提供的图纸在KeyCreator中创建了整个外壳的一个实体模型。实体模型允许两个人从不同的角度来旋转和观察该几何体，这样他们可以了解如何将该几何体“分割”成可以单独加工的独立零件。他们发现使用现成的标准尺寸的挤压铝坯能够减小浪费，使材料成本最低。然后可以把这些零件装配成一个完整的工件。Krieger先生建议利用点焊将装配件组装到一起，然后在现场进行铝浸焊。

该铝制电子仪器外壳是通过组装零件生产出来的，这些零件是作为六个单独的工件(如插图中所示)来加工制造的。车间的灵活编程选项使KMC能够迅速地向客户提交样品并赢得订单

基于这种预制造策略，KMC提交了投标。该投标的价格非常有竞争力，引起了客户的强烈兴趣，但是他们还是有一点担心与这样一家新的、不熟悉的承包商签署合同。

“我们认为递送一个我们自己的样品零件也许能抓住这笔业务，” Krieger先生说。Krieger和Goings先生两人给自己两周的时间来生产样品，其中包括1周的周转时间来进行铝浸焊。这意味着要在4天内加工出所有的零部件，并维持车间当前的生产。

利用CAD中的零件模型，Goings先生为每个加工工序制定了单独的文件。例如，每个侧板的外部是一道工序；每个面板的内部(背面)是另一道工序。Krieger先生把较为简单的外侧加工分配给车间编程，而把更复杂、重复性更高的内部几何体加工交给CAM系统。Krieger先生承担了车间编程的任务，并把CAM编程分配给了KMC的主要Mastercam程序员Shuford Swift。

“在Hurco上，我将几何体以DFX文件格式导入到一个屏幕上，然后开始跟随提示在会话模式下建立刀具加工路径，” Krieger先生解释说。“这使我能够在提示下选择被调用的几何体的某些部分，而不必一条线一条线、一段弧一段弧的重建模型。”在CAM站上通过导入合适的几何体也达到了类似的节约时间的效果。

由于加工中心控制装置的灵活性，第一步操作在一台机床上通过会话方式产生，而第二步操作在Mastercam中进行了编程，并在另一台机床上以G代码方式运行。“这使我们产生了这样的想法，如果我们赢得该任务，那么可以创建多个工序用于生产运作，” Krieger先生说。车间编程系统使KMC能够轻松地创建模型来重复或替换加工程序，以匹配多个零件工序。“这种作用是巨大的，” Krieger先生说。“它使得从构造原型到生产的转换变得平滑得多、快速得多。”

当所有单独的零件都加工好以后，联锁边使四个侧板与仪表前盖紧密地配合在一起，而外部框架滑入另一端。该设计形成了一个独立的外壳，它的内外所有细节部分也已加工好，全都准备好进行点焊。

“当我们把样品提交给客户时，给他们留下了非常良好的印象，”Goings先生得意的说。“我们赢得了这份订单。”

实现技术的价值

对于Krieger先生而言，能够分享制造技术，而不仅仅是出售工时，这使他作为加工车间业主的生活更有意义。与过去“不说话制造零件”的时代相比，与设计工程师们相互合作并有效地予以响应，这使我们现在可以更令人满意的使用技能和经验。关键是利用加工和软件资源把想法融入零件中。这使得车间能够向数据值中添加全部差异，特别是当创造性和生产率一样重要时。

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