赛车队如何提高其表现

北卡罗来纳州坎纳波利斯——与大多数汽车制造商一样，NASCAR 赛车队的动力是让汽车零部件变得更好、更便宜、更快。数百个领先的财富 500 强品牌在令人回味的汽车涂装方案中非常引人注目，表明对这项运动的持续健康投资。

然而，任何聪明的公司都以审慎为主，赛车队正在寻找创造性的方法来省钱。这包括在他们的机械车间运营中。 Stewart-Haas Racing 实现这一目标的方法之一是应用其 Mastercam CAD/CAM 软件（CNC Software Inc.，Tolland，CT）中的动态运动刀具路径。

Stewart-Haas Racing 是 NASCAR 冠军车队，由三届 Monster Energy NASCAR 杯系列赛冠军 Tony Stewart 和北美最大的数控机床制造商 Haas Automation 的创始人 Gene Haas 共同拥有。

该组织在 Monster Energy NASCAR 杯系列赛中有四个参赛作品——Kevin Harvick 的 4 号 Ford Fusion、Aric Almirola 的 10 号 Ford Fusion、Clint Bowyer 的 14 号 Ford Fusion 和 Kurt Busch 的 41 号 Ford Fusion。该团队还参加了 NASCAR XFINITY 系列赛，他们派出了一名全职参赛者——科尔卡斯特的 00 号福特野马和一个兼职参赛者，98 号福特野马。 Stewart-Haas Racing 总部位于北卡罗来纳州坎纳波利斯，拥有 200,000 平方英尺（18,580 平方米）的设施，拥有约 370 名员工。

该空间中一个非常活跃的 4000 平方英尺（372 平方米）是该公司的机加工车间。 Stewart-Haas Racing 一直在加强其制造战略，以制造更多以前外包的零件。这为团队提供了更好的质量控制、改进的交付时间并为专有设计增加了保护。做得更多让 Stewart-Haas 精简了其设施清单（主要使用 Haas 机床）、制造流程和程序以及 CNC 零件编程——特别是使用新的 Dynamic Motion 刀具路径。

解释

虽然这些先进的 CAM 刀具路径已出现在最后几个 Mastercam 版本中，并且大约在 10 年前首次推出，但它们对许多制造业来说仍然是新的，并且正在不断改进并集成到更多的铣削和车削产品功能中。

这里有一个简短的解释：通常，传统的 CNC 程序基于几何边界。他们让工具进入材料，然后朝一个方向前进，直到遇到墙壁或其他障碍物，然后改变方向。该工具覆盖了零件模型规定的所有区域，切割其路径中的任何东西。有时是物质，有时是低效的空气。

现在，更新的动态运动刀具路径的刀具行为非常规。刀具运动受一套高度工程化的规则控制，这些规则既考虑了要去除金属的区域，也考虑了加工各个阶段中材料的变化情况。专有算法可以预见下一步，权衡备选方案，并根据零件切割时不断变化的材料条件自动修改进给、步距和切割运动。

目的是通过控制侧向力来更有效地去除材料，以避免产生热量的过度。通常被称为“恒定切屑负载加工”，更平滑、更安全的运动——不断地在切削中——减轻了切削工具和机器的压力，延长了它们的使用寿命。

Stewart-Haas Racing 的 CNC 加工车间经理 John Simmons 说：“去年我在我们车间看到的最大转变是 Mastercam 的动态刀具路径的全面采用。
“它们非常强大。我们现在可以直接从大坯料制造完整的零件，而不必制作较小的组件并将它们焊接在一起，”他说。 “动态刀具路径为我们提供了更多的刀具参与度，从而减少了我们必须优化粗加工刀具路径的工作，并使我们能够更快地完成精加工操作。”

速度提高

作为速度快得多的一个例子，Simmons 将转向中心连杆组件作为受益于 Dynamic Motion 刀具路径的众多零件应用之一。转向连杆是从转向箱到车轮的连接件，是一个非常重要的部件。该零件从其 Haas 型号 VF6 TR（用于耳轴）50 锥度立式 CNC 铣床开始，是一根 150 磅（68 千克）的实心合金钢棒，大约 4 英寸宽 × 5 英寸高 × 23.5 英寸长（102 × 127 × 597 毫米）。粗加工过程过去需要 12 个小时，现在通过应用“材料感知”刀具路径可以缩短到 7 个小时。

“我想说，我们的效率提高了 60–75%，这不仅是切削时间，而且我们还通过动态运动显着延长了刀具寿命，”Simmons 说。
随后的 3D 轮廓铣削操作会精细化关键尺寸。出于竞争原因，Simmons 未披露公差、光洁度几何形状和零件重量。然而，他提供了先进刀具路径在粗加工过程中提高切削效率的主要原因：

– 最小步距以避免热量积聚和过大的侧向力；

– 减轻工具和机器压力的平稳运动；

–主轴转速高；

– 去除最多材料的切割的最大凹槽接合；

– 持续的材料接合（顺铣）以最大限度地减少空切；

–动态调整步距以保持刀具负载恒定；

– 以最安全的角度将工具呈现给材料的工具进入策略；

– 无论轮廓几何形状如何，都能使刀具保持一致、安全的切削条件的材料“意识”（它会修改路径以使切屑大小相同）；
微型升降机可将刀具抬离零件的地板或远离墙壁，以便在重新定位期间调整切割速度时不会产生热量。

– 微型升降机将刀具抬离零件的地板或墙壁，这样在重新定位期间调整切削速度时不会产生热量。

“复杂技术”

除了重型 Haas VF6 TR VMC，Haas 车间还有 14 台其他机床。带有动态铣头的 Haas CNC 车削中心是最新添加的，因为 Simmons 表示，它主要是曾经外包但现在内部引入的车削零件。除了机加工操作，车间区域还有一个设备齐全的质量控制部门，仔细检查每个零件的缺陷。

“随着复杂技术在我们的车间中变得越来越普遍，我们从各个供应商那里获得的支持至关重要，”西蒙斯说。 “不仅仅是拥有技术，我们还希望确保我们从投资中获得最大收益，最终节省资金、提高效率并制造具有竞争力的车辆。

“例如，向动态刀具路径思维方式的演变，虽然其好处是值得的，但导航起来可能会很棘手，”他补充道。 “你必须记住，在我职业生涯的近 15 年里，我一直是一名 CNC 程序员。在 CNC Software 的应用工程师和他们在我所在地区 Barefoot CNC 的经销商的帮助下，灯亮得更快。”

机动车辆年鉴编辑 Bill Koenig 根据 CNC Software 提供的信息进行编辑。