CAD/CAM提高航空和軍工製造業生產率

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   時間:2014-03-12 08:00:21
CAD/CAM提高航空和軍工製造業生產率簡介
數十年來,生產率一直是製造業頗為時髦的行話。所以,讓人難以想象,在某些製造廠家那裡,這個問題的緊迫程度又到了有增無減的地步。Kennebec技術公司的情……
CAD/CAM提高航空和軍工製造業生產率正文

數十年來,生產率一直是製造業頗為時髦的行話。所以,讓人難以想象,在某些製造廠家那裡,這個問題的緊迫程度又到了有增無減的地步。Kennebec技術公司的情況就是一個例子。
Kennebec技術公司的CNC程序設計員和工藝工程師KipTjelmeland解釋說,他公司的航空和軍工製造合同每年都經常要求把單件價格降低一定的百分比。因此,提高生產率非常關鍵,特別是如果你不想讓今年贏得的項目成為明年及其以後各年利潤率拖累的話,情況更是如此。
在過去十年裡,公司採取下述幾種措施應對提高生產率的挑戰:首先是安裝好的CNC設備;其次是規範所有程序設計工作,將其統一到實實在在的CAM系統上;然後是將相當數量的製造加工任務轉移到先進的多坐標系統設備上。
最近,Kennebec技術公司將其多種版本的CAD/CAM系統交給專家們使用,不僅僅是從事程序設計的專家,還包括從事報價、製造工程和工藝優化等各個方面的專家。每位專家都可接觸CAD/CAM文檔,他們正式或非正式地一起工作,共同努力提高生產率,這種合作不僅限於產品開發期間,而是貫穿於整個項目的始終。
貫穿所有階段
Kennebec技術公司是一家提供全面服務的高精度機械產品製造廠家,專業提供複雜和高附加值零件和組件。公司的銑削、車削和磨削特別適合於生產基本符合18"立方體包絡線以內的零件。採用部分有人值守工作站和雙主軸、13坐標、四台轉塔車床,Kennebec技術公司可用高精度零件之競爭性價格對周期時間進行優化處理,而同時保持服務和質量的高水平。
2001年,在Kennebec技術公司決定更換當時的系統時,它選擇Mastercam作為CAD/CAM系統軟體,由於其還含有土木工程功能,當時這套系統非常複雜。在過去十年的大部分時間裡,Mastercam主要用於為CNC設備編製程序。但是,過去幾年裡,在公司工作流中每個關鍵點上的用戶都經過Mastercam軟體的跨專業訓練。Kennebec技術公司一直在努力從其製造工藝的每個階段中,剔除那些效率低的部分;在這個過程中,正是這樣一個發展情況,發揮了關鍵作用。
報價程序
在Kennebec技術公司里,所有報價工作都只由一個人進行處理;然後,報價由負責工程設計的經理審核和批准。這樣,可確保涉及政府和航空合同所有行政管理細節的處理都能始終保持一致。
幾乎所有工作任務都以CAD模型或數字文本的形式傳給Kennebec技術公司報價專家。在報價階段,多數這些資料均就已經導入Mastercam。如果文檔是以TIFF格式表達的數字化圖紙,該文檔可方便地導入程序,如果文檔與工件成比例關係,亦可將其作為起始點,建造實體模型,用於CNC程序設計。
一旦成功導入,報價專家即將CAD文檔儲存於伺服器里,供團隊每個人員使用。CAD模型可讓團隊更直觀地展現零件,並了解製造這個零件必須使用的CNC機床、裝卡、工序等。如果任何人有任何問題,可與製造工程師和(或)程序設計人員交換意見,因為大家都可看到同樣文檔。文檔存儲於專門文件夾,文檔的儲存和管理都有相關的保安級別。
製造工程
過去兩年裡,Kennebec技術公司的製造工程師都依賴於Mastercam,將其作為他們的主要工作環境。這代表著一個重大的變化,要求所有製造工程師都要進行經銷商培訓和自我教育,熟悉CAD軟體的使用,這項工作是從2006開始的。
當Kennebec技術公司贏得一項任務時,製造工程師從伺服器里調用報價文檔。然後,核對CAD文檔確實系指購貨單上的零件。然後,編製製造工藝,包括機器的選擇、刀具清單、裝卡和夾具的詳細設計,所有這些均藉助於Mastercam軟體系統完成。完成這項工作時,增強型模型被以客戶文檔的方式存儲起來,一起存入伺服器生產區域的還有零件編號。

Tjelmeland說:「由於我們面對不少具有挑戰性的薄壁鑄件,所以,採用實心模型創造夾具,對我們來說,相當好用。進行機加工時,我們需要將鑄件牢固地夾持住,但又不能造成凹坑或使其變形。另外,為了避免額外裝卡,我們還需要範圍廣泛的進刀空間(即:從多個加工平面接近工件),所以,在Mastercam軟體系統里,我們一般採用3-2-1基準點系統,尋找零件的定位點,並根據零件模型進行夾卡具設計。然後,我們將零件移開,放大夾具和卡具,完成尺寸標定工作。這不僅是一種效率很高的做法,而且還可在製造過程中,從多個方向接近零件。」
CNC程序設計
當任務文檔被傳送給程序設計部門時,它已經含有生成CNC刀具路徑的所有信息,CNC刀具路徑用於製造零件和夾具。這包括為這項任務編製程序所必需的機器、裝卡和工裝等方面的信息。這樣做,也讓程序設計部門有機會再次審核對這些信息的理解是否正確,既節省了時間,又降低了出現人為錯誤的可能性。
對信息進行審核之後,程序設計人員的主要工作將集中在如何讓CNC程序盡量能夠有效運行方面。
這項工作是藉助過去在類似材料和幾何形狀上行之有效的刀具路徑來完成的。這些刀具路徑實際上有數十種之多的方案可供選擇,程序設計人員可容易地對這些路徑進行修改,使其適合手頭任務的獨特加工要求。一旦程序設計人員完成了程序設計,他可運行Mastercam中計算機模擬功能,該功能可讓程序設計人員確認程序將安全運行於所選CNC機器上,並準確地估算實際製造這個零件需要多長時間。Tjelmeland相信計算機模擬功能估算的時間精度誤差在3%以內。如果程序設計人員對加工時間不滿意,他可在其希望提高效率的區域運用不同刀具路徑。這項工作可按照任何順序進行,而不會犧牲保留在程序里的任何其他刀具路徑。
MorphSpiral是Tjelmeland經常用於提高效率的高速機加工路徑範例。從名稱上說,這是一種挖槽刀具路徑,但是,他說:「那個術語有些讓人誤解,當說挖槽時,多數人想到的是把一個區域從零件上挖出來。不過,你也可採用挖槽創建一個外部斷面。你只要將其當成島狀物即可。MorphSpiral非常好,因為它對刀具的掩埋從不超過你告訴它做的限度。所以,如果我想以250ipm的速度加工不鏽鋼或以400ipm速度加工鋁時,我不希望超過一定的深度,折斷刀具,我就可以使用MorphSpiral刀具路徑。」
程序的生成
一旦程序編製完畢,程序設計人員可使用六種后處理程序中的一種程序生成運行車間里某種CNC機床所需的程序。然後,該程序將存儲於伺服器的生產區域。Kennebec技術公司的目標,是擁有一種CNC程序,這種程序可從伺服器里下載到車間的機床里進行運行,而不必進行修改。有時由於計劃調度的問題,需要使用不同機器進行後續生產工序,比如,或許不用立式機床,而用卧式機床。程序設計人員只需使用另外一個后處理程序再次生成NC代碼即可,而不需要編製另外的CAM程序。
Tjelmeland曾經是Kennebec技術公司的主要程序設計員。現在,他的大多數時間花費在製造工程工作方面,主要是工藝優化工作方面。
Tjelmeland說:「沒有可接受的失敗者這樣的東西,如果運行時間超過我們報價時間5分鐘,那是不能接受的。所以,如果工藝沒有凍結,我們就可返回圖版,努力設法使其滿足我們的報價時間要求,而同時又不降低質量。
這項工作主要涉及刀具路徑的修改,可從過去用過的類似環境中進行選擇,或者從最新發布的Mastercam軟體系統產品中進行發掘,試驗使用公司以前沒有用過的東西。
要從某件任務中節省相當時間的最佳辦法之一是縮短粗加工時間。「對鋁零件而言,我們採用了余擺線挖槽刀具路徑。實際上是採用小圓弧進刀,而不是直接線性移動進刀,這樣,可真正地提高材料去除率,而不折斷端面銑刀或使負荷完全作用於鋁合金零件上。」Tjelmeland解釋說。
「在希望去除多少材料和希望多快完成任務之間總是要進行權衡,這種軟體幫助我們將刀具推進至其極限,而不是更遠。更換另外一個不同的刀具路徑並使其到位,僅只需要一兩分鐘時間。然後,我們可以運行這種刀具路徑,看看效果是否可以接受。如果我們不喜歡我們所看到的效果,我們可以再往後面推一點。」
到此,工藝過程走完了一整個圓圈,CAD/CAM系統中創立的優化,實現了報價階段原來制定的機器周期期望值,所有這些工作都是在同一個CAD/CAM環境中完成的。   

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