Stewart-Haas车队借智能机床策略提升性能降本

北卡罗来纳州康纳波利斯——与大多数汽车制造商一样，NASCAR车队致力于让零部件更优、更廉、更快。数百家财富500强品牌在绚丽车身涂装上高调曝光，彰显对赛车运动的持续投入。

但审慎经营是明智之举，车队寻求创造性省钱之道，机床车间运营亦在其中。Stewart-Haas Racing采用Mastercam CAD/CAM软件（CNC Software Inc.，康涅狄格州托兰德）的Dynamic Motion刀路策略，即是一例。

Stewart-Haas Racing由三届Monster Energy NASCAR杯赛冠军Tony Stewart与Haas Automation创始人Gene Haas共同拥有，后者为北美最大CNC机床制造商。车队派出四辆Monster Energy NASCAR杯赛赛车——4号Kevin Harvick、10号Aric Almirola、14号Clint Bowyer、41号Kurt Busch均驾驶Ford Fusion；另参战NASCAR XFINITY系列赛，全职派出00号Cole Custer驾驶Ford Mustang，兼职派出98号Ford Mustang。总部位于北卡康纳波利斯，占地200,000平方英尺（18,580平方米），约370名员工。

其中4,000平方英尺（372平方米）为活跃的机床车间。Stewart-Haas正加强制造策略，将原外包零件转为自制，从而获得更好质量控制、缩短交付周期、保护专有设计。这促使其精简设备清单（以Haas机床为主）、制造工艺流程及CNC零件编程——特别是新引入的Dynamic Motion刀路。

原理解析

这些先进CAM刀路已在过去几个Mastercam版本中存在，约10年前首发，但对许多制造业者仍属新鲜，并持续改进、集成至更多铣削与车削功能中。

简述如下：传统CNC程序基于几何边界，刀具切入材料后沿单一方向移动直至遇阻再变向，覆盖零件模型规定的所有区域，切削路径中既有材料也有无效空行程。

Dynamic Motion刀路让刀具行为大相径庭：刀具运动遵循高度工程化的规则集，同时考量待去除材料区域及加工各阶段材料状态的动态变化。专有算法预判后续工况，权衡备选，自动调整进给、步距、切削动作以适应材料条件变化。

目标是通过控制侧向力避免产热过剩，更高效去除材料。常被称为“恒定切屑负荷加工”，更平滑安全的持续切削动作缓解刀具与机床应力，延长寿命。

“过去一年车间最大的变革是全面采用Mastercam动态刀路，”Stewart-Haas Racing CNC车间经理John Simmons说。“它们威力巨大。现在可直接从大坯料加工出完整零件，而非做小部件再焊接。动态刀路提供更多刀具啮合，减少粗加工刀路优化工作，让我们更快进入精加工。”

速度跃升

以转向中心连杆为例，Simmons展示了Dynamic Motion刀路带来的效率提升。该连杆连接转向箱与车轮，至关重要。粗加工原耗时12小时，应用“材料感知”刀路后缩至7小时，在Haas VF6 TR（五轴）50锥立式加工中心上完成。毛坯为150磅（68公斤）合金钢棒料，约102×127×597毫米。

“效率提升60%-75%，不仅缩短切削时间，刀具寿命也大幅延长，”Simmons说。后续三维轮廓铣削精修关键尺寸。公差、表面几何、重量因竞争保密未透露。但他列举粗加工效率提升的主要因素：

• 最小步距避免热积聚与过大侧向力；
• 平滑运动缓解刀具与机床应力；
• 高主轴转速；
• 最大刃数啮合实现最大切屑量；
• 持续材料啮合（顺铣）最小化空切；
• 动态调整步距保持刀具负载恒定；
• 安全角度切入策略；
• 材料“感知”保持刀具处于恒定安全切削状态，无论轮廓几何如何（修正路径使切屑尺寸一致）；
• 微量抬刀避免调整切削速度重新定位时热积聚。

“复杂技术”

除重型Haas VF6 TR立加，车间还有14台机床。Haas带动力头车削中心为近期新增，Simmons称主要因车削类零件曾外包现内制。除加工外，车间配备完整质检部门，逐件严查缺陷。

“随着复杂技术在车间普及，供应商支持至关重要，”Simmons说。“不止拥有技术，我们要确保投资回报最大化，最终省钱、提效、造竞争力赛车。例如向动态刀路思维转型虽收益大，但导航棘手。我做了近15年CNC程序员，在CNC Software应用工程师和当地经销商Barefoot CNC协助下，我迅速上手。”

本文由机动车辆年鉴编辑Bill Koenig根据CNC Software资料编辑整理。