设置单个设置

您如何最大限度地降低需要车削、铣削和钻孔的复杂零件的单位成本？对 Steve Hattori 来说，答案很简单：只用一种设置来加工它们——并让设置尽可能简单。

合同车间 Salinas Valley Precision（加利福尼亚州萨利纳斯）的总裁 Hattori 先生过去需要至少三台机器来生产任何复杂的实心圆形零件：一台用于将毛坯切割成一定长度的带锯、一台车床和一台机加工中心以添加平面和孔。现在，这家车间让一台机器完成所有这些工作——将未切割的棒料自动转换成成品零件，有效地用一台机器代替了许多设置。

“任何支持旧方法的人都从未尝试过加工渔线轮，”服部先生说。事实上，当地体育用品制造商第一次向他提供渔线轮部件时，服部拒绝了。那时，这部分太复杂而无法盈利。直径为 3.25 英寸的卷轴由实心铝切割而成，90% 的坯料被机加工掉，由两个厚度小于 0.1 英寸且易于弯曲的法兰组成，通过一个空心芯连接，其壁厚不太多。

该部分必须从四面八方进行攻击。每个法兰上有 12 个直径为 0.45 英寸的孔，用于减轻重量。核心周边还包括12个椭圆形的减重槽。最后，一个面上的沉孔包括 36 个用于钓竿棘轮机构的锯齿，以及一个总直径公差为 0.0002 英寸的压配合轴承孔。

“所有这些几何结构只是问题的一半，”服部先生说。 “剩下的就是批量。我们可以使用加工中心上的复杂夹具以及我们当时使用的 CNC 车床来加工零件。但这会产生很大的设置成本，无法摊销零件的小批量通常低至 100 件。”

服部先生确实对渔线轮原型进行了加工，但没有费心对生产部分进行投标。至少，一开始不是。然而，从那以后，该零件已成为这家拥有 10 名员工的商店的主要收入来源。这是在服部先生彻底改造他的流程之后发生的。

一站式加工

Hattori 先生独创性的关键成果是将所有车削、铣削和钻孔操作结合在一台机器上，即马扎克“超级快速车削”(SQT) 15MS-Y CNC 车削中心。除了携带用于铣削操作的旋转刀具和用于第二侧车削的相对的第二主轴外，该机床还配备了一个可编程 Y 轴，行程为 4 英寸。这种 Y 轴功能允许在工件仍保持在主主轴或副主轴中时执行偏心铣削操作。

通过两个主轴之间协调的自动切换，无需任何人工干预即可到达零件的每个表面。每次车削、铣削和钻孔操作都不会“转动松动”零件，因此在整个加工过程中保持关键的工件位置参考。

工件毛坯通过 Mazak Cut-Feeder 送入机床。正如铣钻功能让车削中心取代加工中心一样，Cut-Feeder 将带锯从流程中剔除，并且还将连续零件周期之间的延迟缩短至仅几秒钟。 Cut-Feeder 不仅可以推进棒料，还可以将其切成 0.60 到 5.11 英寸的长度。它在 SQT 加工当前零件时执行此切断，然后在车床准备好进行下一个循环时立即通过卡盘加载新工件。

自动进纸器有助于最大限度地缩短设置时间。该装置最多可存储 5 根直径为 3.25 英寸的杆，用于钓鱼卷轴，并且无需旋转即可前进和切割每根杆。与传统的棒材进给方法不同，Cut-Feeder 使棒材保持静止，而切断工具围绕坯料旋转，缓慢进给直到完成切断。由于钢筋不转动，因此无需进行预加工即可使它们变圆（即使是方形或六角形轮廓也可以）。因此，服部先生可以简单地将一根或多根棒材放入送料器，然后让车削中心将它们转换成成品加工零件。最终去毛刺是唯一在机器外进行的操作。

加工过程涉及 20 次刀具更换，但不需要操作员，因此 Hattori 先生经常让它在无人看管的情况下运行——他每装载 12 英尺长的棒料就可以收回 90 个卷轴。

想象力回归

卷轴以每八分钟一个的速度从转动中心出来。尽管该循环确实利用了机器的高主轴速度——主轴和第二主轴为 5,000 rpm，旋转工具为 3,000 rpm——先生。 Hattori 认为创意编程是周期时间如此短的主要原因。 Hattori 曾是一家航空航天研发公司的机械加工专家，他在 10 年前开设了自己的工厂，以便在他的雇主倒闭后继续设计复杂的 CNC 加工策略。

“多任务车床为程序员的想象力提供了比我使用过的任何其他车床更大的回报，”他说。 “一台机器有这么多选项，总有另一种方式——而且通常是更好的方式——来产生任何功能。”

例如，服部先生发现了一种不寻常的方法，可以高速转动铝制卷轴的薄法兰而不会偏斜。在零件位于主卡盘中的同时加工完一个面上的所有特征后，Hattori 先生的程序使第二个卡盘保持不变，同时仍保持主卡盘夹持。以这种方式从两侧夹持零件可以消除偏斜问题。当两个主轴同步旋转时，两个法兰之间的金属被挖出，就好像它是一个只有 0.75 英寸深的凹槽。

Y 轴能力用于产生棘轮锯齿。而不是用主轴对零件进行分度来切割每个压痕——就像在传统的活刀车床上完成这项工作的方式——先生。 Hattori 使用 X-Y 插补让主轴保持零件静止，同时转塔从一个锯齿移动到下一个锯齿。虽然转塔的移动速度仅比分度主轴快一点，但当该差异乘以 36 个锯齿时，生产率的提升是显着的。

在其他情况下，Y 轴产生的特征可以在传统的三轴（X、Y 和 C）车/铣床上加工。一个例子是用于机器人装配系统计时机构的 4340 钢棘轮。该零件直径为 3.25 英寸，带有一个 3/16 英寸厚的圆盘和一个更宽的整体轮毂，它看起来像一个周边有 12 个齿的锯片。 Y 轴允许围绕刀片的圆周加工 12 个平面。 “每个公寓都是一个简单的剪裁，”服部先生说。 “我们以前需要一个加工中心来处理这个零件，但现在我可以 [在一次设置中] 将它完整切割，一批 100 个车轮的加工时间减少了三个小时。”

三轴插补

这部分是锯齿中魔鬼的另一个案例。服部先生为当地的医疗设备制造商生产了一个直径为 2 英寸的支架，用于心脏电子测绘导管的控制单元。铰链接头的一半可在多个方向上保持控制稳定，该零件具有沿中心线的长平面，零件上部的一半被加工掉。这个平面形成了关节的两半相交的表面，它包括一个用于连接它们的枢轴的孔。围绕这个枢轴是 30 锯齿锯齿。让关节啮合并锁定在多个位置，锯齿形成对称的太阳射线图案，枢轴位于中心，并与铰链的另一半上的类似图案配合。

“两个线性轴不足以加工这个特征；你必须有三个，”服部先生说。 “虽然锯齿波峰都位于同一平面上，但刀具路径不会。我们使用与两个锯齿之间的槽角相匹配的定制磨削立铣刀，但即使使用这种刀具，两轴刀具路径也可以没有切割出正确的形状。双轴刀具路径不会产生一直到图案周边的必要尖峰，而是会产生扇形尖峰，因为两个切口之间的空间会随着切割而变厚。工具已从中心移开。”

为了解决这个问题，服部先生在三个轴上进行插值以进行每次切割。定制研磨工具的直径大约是圆周上峰到峰距离的大小。因此，Hattori 先生从轮毂开始 - 工具仅在其尖端切割 - 并在沿 X 和 Z 方向的图案半径向外移动时沿 Y 方向向下进给。这样，加工的锯齿具有圆周处的峰值厚度与轮毂处的峰值厚度相同，并且它们是在单道次中加工的。支撑铰链部分也是由实心加工而成的——从一根铝条开始。每个零件的总循环时间约为 12 分钟。

与渔线轮不同，支撑铰链是服部先生在购买多加工车削中心之前稳定工作的一部分。这些零件最初是在数控车床和立式加工中心上切割的。要生产零件的圆锥度，首先要进行车削。 “光滑的轮廓使立式加工中心的设置非常耗时，”服部先生说。 “我们不能使用虎钳，所以我们必须将其固定到定制夹具中。”

现在，这个问题已经消失了——因为车削中心的夹头既可以用于车削，也可以用于铣削。 “SQT 上的铣削时间与加工中心上的相同，但现在没有人需要拧紧和松开零件，”Hattori 先生说。 “这是一个很大的不同。仅通过这一改进，我们就将铰链部分的周期时间缩短了 30% 以上。”