高速銑削加工顛覆了這家汽車零件鍛造公司的十幾年舊加工習(xí)慣，重新使模具制造返回到室內(nèi)生產(chǎn)。
一位潛在的客戶在Trenton鍛造公司的參觀訪問中，看到了一個鍛造的零件，非常像他要求該公司報價生產(chǎn)的零件。
位于密西根州的Trenton鍛造公司就是在參觀的前一星期收到了由這一客戶郵寄來的報價材料。然而，該客戶得知這并不是類似的零件，正是他所需要的那個零件。在收到客戶打印資料的一星期內(nèi)，Trenton鍛造公司模仿這一工件，加工制造了一套模具，而且試制了一批很好的鍛件。
Trenton公司展示了他們的實力。同時，也展示了他們在重點工作方面所具備的新能力。由于在如何加工模具和誰能加工這一模具方面的情況發(fā)生了變化，現(xiàn)在這家汽車鍛模供貨商就能夠向客戶保證，在非常緊迫的時間內(nèi)交貨。原因是適于這一工作的模具在一星期之內(nèi)就完工了；Trenton公司可以承諾在兩星期之內(nèi)交付任何模具。然而在一年前的這個時候，該公司根本不敢做出這樣的承諾。
2000年10月，Trenton公司安裝了兩臺轉(zhuǎn)速高達18000r/min的模具銑削加工中心。2000年9月，該公司完成了安裝這兩臺機床的廠房建設(shè)。建成新的車間和雇傭適當(dāng)?shù)墓ぷ魅藛T以后，該鍛模供應(yīng)商就能發(fā)揮自己加工模具的潛力，使公司能承包十幾年來未曾想像的加工任務(wù)。只通過銑削加工制造模具的能力就足以說明為什么這一工作現(xiàn)在可以在室內(nèi)完成的原因。
銑削加工的優(yōu)缺點
Trenton鍛造公司的模具制造主要依靠EDM放電加工機床。為什么Trenton公司的老板David Moxiow先生決定要購置兩臺加工中心，來替代EDM放電加工機床呢？快速而精確的加工中心，可以通過快速而輕巧的切削，直接在鋼塊上銑削加工出復(fù)雜的模具，而且成本效益很好。因此，Trenton公司現(xiàn)在可以通過一次調(diào)試裝卡，就能從硬度42 RC的鋼塊上加工完成一個模具。
項目工程師Jason Van Buren先生解釋了為什么在室內(nèi)加工制造模具能如此吸引人的原因。采用EDM機床加工模具需要很多加工工序和步驟，其所需的工作量一般要比鍛模供貨商制作模具所花費的工時更大。其加工工序一般包括模型的制作、電極銑削加工、通過人工加工準(zhǔn)備制作模具的鋼塊以及EDM機床本身的放電加工。除了只有一個工序以外，其他全部離不開手工作業(yè)。也就是說在執(zhí)行放電加工時，只有一個工序不需要人工參與。正因為有如此多的原因，所以Trenton公司以前一直需要有較長時間的交貨期。
采用高速銑削加工的方法，模具的加工速度較快，而且易于得到技術(shù)支持。以前這么多的加工工序，現(xiàn)在只保留了模型的制作。由于采用了新的工藝，因此大部分加工工作不需人工參與。如果需要加工的是一個老的準(zhǔn)備翻新的模具，那么就完全不需人工參與，因為在翻新加工一個磨損的模具時，只需采用一個經(jīng)過多次實踐驗證的程序，就能自動完成再次銑削的加工任務(wù)。
Van Buren先生說，采用銑削加工的精度較高。而采用EDM加工，經(jīng)過多次處理會導(dǎo)致累積誤差。Trenton公司過去的加工公差高達0.13mm，但在采用一次性裝卡銑削加工方法以后，該公司生產(chǎn)同樣特點的模具，其公差可以縮減到0.03mm以下。
所有這些優(yōu)點可以將銑削加工所存在的一大缺點平衡抵消：即其初期投資費用較高。只將前期的投資償還以后才能顯示出銑削加工的優(yōu)越性。
沉模加工的費用以及二次沉模加工
新模具加工車間所需的主要費用包括購置加工中心、刀具、CAD和CAM、計算機和車間本身的建設(shè)費用。
其他的初始起動費用與上述特定的價格清單無關(guān)。例如公司要物色CAD/CAM工段所需的人才非常困難，而且也很費時間。Trenton公司目前在這一領(lǐng)域聘用了3名技術(shù)人員，加上Van Buren先生，共4人。在該公司工作的5年中，Van Buren先生一直是模具車間的高級人才，但并非是一名最有經(jīng)驗的技術(shù)人員。編程員Walt Schultz先生已在鍛造行業(yè)有25年的工作經(jīng)驗，過去也曾經(jīng)擁有過自己的模具車間。CAD設(shè)計員Randy Kruse先生和Jeff Paton先生已分別在汽車設(shè)計行業(yè)工作了13年和5年。模具車間的另一關(guān)鍵人物是其經(jīng)理Steve Thornsbury先生，他已經(jīng)在Trenton公司工作了10年時間。
為支持加工中心而從事計算機操作的共有4人，看起來人數(shù)似乎有點過量，但對于Trenton鍛造公司來說，這一人員的配置比例非常合適。因為大多數(shù)工作都采用二維圖紙的形式，而零件必須刮研成型。花費在CAD和CAM工作上的時間很多，其中大部分花費在CAD上，往往很容易超過銑削加工時間。事實上，銑削加工使模型成型時間增加。電極是鍛造零件的一個“正極”，因此，一個電極銑削程序可能會忽視模型表面內(nèi)發(fā)生的非連續(xù)性。模具加工可以將這一模型從里面翻到外面。因此Van Buren先生說：“模型必須密封防水。”在模型成型加工過程中，更需要密切關(guān)注的是找到更有效的方法，使銑削加工的費用完全符合前期費用的要求。
但對于鍛模銑削加工而言，來自模型的NC數(shù)控程序可以多次使用。制造鍛模不同于生產(chǎn)其他類型的模具，一般來說，同樣的模具需要分幾次加工。Trenton鍛模公司生產(chǎn)的模具可鍛壓10000～100000個零件（取決于零件的復(fù)雜程度），但這之后并不意味著它已失去有效的使用壽命。模具車間可對這一模具塊的模腔同一幾何形狀再次加工，加工深度為1.59～6.35mm, 這樣，這一模具又獲得了新的生命。這種模具的翻新就稱為“二次沉模加工”，這是EDM加工工藝中的一個術(shù)語。現(xiàn)在該公司采用銑削加工的方法，可以使加工速度大大提高。Trenton公司還沒有足夠長的加工中心，可以通過銑削加工來制造模具，使其返回到車間進行二次沉模加工。然而，當(dāng)發(fā)生這種情況時，該工藝將成為真正的“按電鈕”加工方式。模具使用的材料特性沒有發(fā)生根本的變化，因此經(jīng)過實踐驗證而開發(fā)的銑削加工程序?qū)⒖梢酝瑯佑行У剡M行再次使用。二次沉模加工就是將模具放到加工中心上進行重新車削加工，然后就可以用于循環(huán)起動（Cycle Start）鍛壓。
通過銑削加工的二次沉模加工，其潛在的效率很大，Trenton公司希望使其現(xiàn)有的模具從這一工藝中獲得好處。如果價格合適，公司將啟用一家數(shù)字化承包商來繪制這些模具的電子模型，這樣也可為這些模具準(zhǔn)備好銑削加工程序。這兩臺加工中心組合在一起，包括無人化二次沉模加工，每年最終可銑削加工200~300套模具。要達到這一產(chǎn)量水平，要求機床在夜間和周末也投入無人化加工作業(yè)。在這里，簡單的戰(zhàn)略起著一個重要的作用。Van Buren先生對模具加工做了周密的計劃安排，白天進行粗加工作業(yè)，而晚上進行較長周期的精加工作業(yè)。他說，制定該計劃的惟一目的就是為了能夠最有效地利用機床的夜間無人化作業(yè)時間。某些有效的技術(shù)也能夠或?qū)⒛軌蚱鸬阶饔谩＿@些技術(shù)包括以下內(nèi)容。
（1）非接觸式刀具測量。在機床工作區(qū)內(nèi)采用激光對刀系統(tǒng)，這樣就很容易迅速地設(shè)置刀具的補償值。在無人化加工作業(yè)時，該裝置還允許進行快速的安全檢測，在沒有操作人員可以用肉眼確認(rèn)的情況下，保證使正確的刀具能夠裝入到主軸之中。
（2）CNC刀具替換。CNC數(shù)控機床具有“替換刀具”的特性，它可允許刀具庫中的某一特定刀位標(biāo)注成另一刀位的刀具替換位置。當(dāng)最初的刀具達到特定的切削時間以后，CNC數(shù)控機床就會把此刀具取出來，然后采用更換的刀具來代替原先的刀具。
對于每一項工作，Trenton公司在刀庫中始終保持著同樣內(nèi)容的刀具。只要看一眼所指派的備用刀具就可以了解模具車間是如何大量地依賴于冗余替換刀具。
（3）互聯(lián)網(wǎng)。互聯(lián)網(wǎng)還沒有成為無人化加工作業(yè)的一項模具，但不久以后也許能成為現(xiàn)實。Trenton公司對這一簡單的設(shè)想很感興趣，Van Buren先生確信這一時代將一定能夠到來。這一設(shè)想就是創(chuàng)建一個由密碼保護的網(wǎng)頁，通過“網(wǎng)頁凸輪”，實時觀察控制機床的流水作業(yè)。這一設(shè)施可以增加機床的生產(chǎn)時間，因為雇員可以遠距離驗證機床是否仍然在正常運轉(zhuǎn)，如果沒有處于正常的運轉(zhuǎn)狀態(tài)，就可以通過視屏決定是否需要緊急訪問模具車間，以便確定和解決所發(fā)生的任何問題。Van Buren先生的父親，他擁有一臺嬰兒監(jiān)控器。他說，也許不久，他將會擁有一臺利用這種網(wǎng)絡(luò)控制的加工中心監(jiān)控器。
采購清單
賦予Trenton鍛造公司具有新的室內(nèi)模具制造能力的加工中心為兩臺DMC 100 V型機床，由美國DMG公司在伊利諾斯州的Schaumburg提供。Trenton公司的項目工程師Van Buren先生說，公司考慮有三家制造商可以提供性能水平較高的機床型號。型號的選用因素包括機床的運輸距離和培訓(xùn)情況。機床的工作范圍應(yīng)相當(dāng)于該公司的最大模具尺寸。于是Trenton公司要求對方提出一個詳細(xì)的綜合性培訓(xùn)計劃，因為該公司在以前還沒有使用過高端加工中心和高速加工的經(jīng)驗。然而，這些機床只能代表裝備新模具車間所需采購的主要設(shè)備的其中一部分。另一大采購任務(wù)是模具車間本身。
建造單獨的廠房是十分必要的，因為Trenton公司營地的其他廠房會受到鍛錘的振動影響，而且這些廠房內(nèi)的溫度變化也比較大。新的模具車間十分干凈、寬敞、安靜，而且保持72℉的恒溫。主要的采購任務(wù)還包括下述內(nèi)容。
（1）刀具。為了使機床能在高速運轉(zhuǎn)條件下有效地工作，車間需要配置高度平衡的刀座和適合于高速加工的刀具。該車間選購的刀具經(jīng)銷商都是高速模具加工應(yīng)用領(lǐng)域中的專業(yè)供貨商。刀座由Nikken公司提供，鑲刀片刀具由Millstar公司提供，而實心的碳化鎢硬質(zhì)合金刀具由YG-1公司提供。
（2）Trenton公司全部采用夾頭式刀座。公司曾考慮采用緊縮配合型刀座作為替代，但最后決定采用優(yōu)質(zhì)的夾頭式刀座，因為這種刀座的夾緊力和同心度已經(jīng)足夠。公司的經(jīng)驗證明，采用這種刀座的決策就目前而言是完全正確的。
（3）軟件。軟件的選用也同樣非常重要，但其選用的難度與選購機床一樣。就來自客戶打印資料的CAD模型制作軟件而言，Trenton公司選用了Pro/Engineer軟件，主要原因在于其易于使用。而CAM軟件，該公司則選擇了Delcam公司的PowerMill軟件。
CAM軟件的選用涉及到兩個系統(tǒng)，這兩個系統(tǒng)都可以直接讀入到ProEngineer軟件模型之中。其中一個決定因素就是Delcam軟件的優(yōu)化特性，它可以根據(jù)切削條件改變進給速度，使其盡量保持最高進給率。根據(jù)Van Buren先生的估計，采用這一軟件的特性可以使周期時間比采用其他CAM軟件節(jié)約20%~30%。
（4）計算機。計算機硬件設(shè)備在模具車間的投資中也占有很重要的地位。Van Buren先生對每一項工作都采用不同的刀具軌跡戰(zhàn)略做了試驗，以便找到可提供最有效周期的方法。試驗要求采用一臺能夠快速更新的計算機。因此，CAM的每一點工作都要求使用強大的計算機，正如CAD工作那樣。不管在哪種情況下，計算機的要求是直接了當(dāng)?shù)摹Ｋf：“您需要盡可能獲得更多的RAM。”
