零件創意融入管理論文

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“別說話，制造零件吧”。AaronKrieger用這句話來形容當他24年前在佛羅里達的斯圖亞特創建Krieger機械公司時許多客戶的態度。當時和設計工程師們沒有過多的對話。那時，客戶只希望加工車間能制造出零件。當然，Krieger先生也只需要零件圖紙和規格表來使他的手動設備從事加工生產。

如今，車間依靠CNC銑床和加工中心來制造客戶的零件，但是Krieger先生認為，強烈的吸引之處不僅僅是這些強大的機械設備。他解釋道：“無論設計工程師處在設計過程中的什么地方，我們都可以開始制造零件”。他說，這種靈活性和響應性正是如今客戶們所追求的?！八麄兤谕覀兡芙鉀Q問題。”

這意味著無論零件的有關信息是什么形式或格式，都能有效地與設計工程師們相互作用。有時，零件信息是在CATIA、ProE或者SolidWorks這樣的CAD系統中創建的完全開發好了的實體模型。而在某些情況下，由于設計零件時還遠遠未到數字化獲取數據的時代，因此有關零件信息的唯一來源僅僅是傳統的圖紙。有時，零件僅僅是開發者頭腦中的想法而已。

“我們必須答復這樣的手勢”Krieger先生說，他用食指在空中比劃了一個矩形?！八麄兿Ｍ覀冎圃斐鲆粋€這樣的零件，這么寬，這么長，并在這兒和那兒有幾個洞，”他說著，并朝空中指了指。

為了實現這種靈活性，Krieger先生發現需要多種軟件資源。車間有一套CAD系統，用它來操作或創建數字格式的零件幾何體。車間還有一套脫機CAM系統用于生成G代碼零件加工程序。最后，CNC銑床和加工中心擁有一些控制系統，它們直接在車間內的機床上提供會話式程序設計。這些雙屏控制系統還使車間能夠導入由CAD系統所創建的幾何體，并且運行由CAM系統所生成的零件加工程序。

發展

KMC的靈活、集成方法使車間自然形成了它在CNC領域的初步經驗。在經營車間的最初6、7年里，Krieger先生作為一名熟練的機械師依靠他的技術來處理工廠的工作。但是，到20世紀80年代中期時，他發現轉變成CNC加工是唯一的出路，只有這樣工廠才能繼續生存下去。

幸運的是，他找到了一種方法，使他既可以像機械師那樣去思考，并且仍然可以順利地對CNC機床編程。答案就是會話式編程系統，它采用一種直觀的邏輯模式來詢問有關零件的信息?！拔抑辣仨氃鯓觼砑庸ち慵盞rieger先生說。“我可以在我的頭腦中看到這一點。會話式編程幫助我把這副圖片放到控制屏幕上，在這兒，圖片將變成加工該零件的CNC加工程序?！?/p>

Krieger先生自信的認為車間編程能夠使CNC操作在它的車間里成功實施，他于1983年從Hurco公司(位于印地安那州的印第安納波利斯)購買了一臺KM3-P銑床。該機床帶有一套UltimaxII會話式編程系統，系統具有雙屏。一個屏幕顯示選擇和加工選項，而第二個并排的屏幕則對所提示的選擇做出響應，根據定義顯示零件幾何體和刀具路徑。

該機床成功運行。1年之后安裝了第二臺機床，它幾乎和第一臺一模一樣。在后來5年里又安裝了另外三臺機床。這三臺全是帶有UltimaxIII或IV系統的HurcoBMC4020加工中心機床。這時KMC已完全建成了一個CNC車間，事業興旺起來，聲譽越來越好，成為電子儀器、噴氣發動機和醫學成像行業的一家可靠生產商，它可提供初步原型/開發部件，初始費用低廉，長期從事高質量生產任務。

軟件資源

增加CAD和CAM系統幫助KMC保持這種動力。

KMC的主要CAD資源是從KubotekUSA公司(位于馬薩諸塞州的莫爾伯勒)購買的一套KeyCreator系統。該CAD軟件是原先被稱作Cadkey的基于PC的CAD軟件的升級版。當Krieger先生去年聘請JohnGoings幫助他管理車間時，引進了該CAD系統。Goings先生曾經是該車間的一位長期客戶的業務經理，過往的經歷使他非常熟悉KMC。Goings先生還在制造和CAD應用軟件方面具有非常堅實的背景知識。他的CAD知識尤其有用。

CAD軟件使車間能操作幾乎所有格式的幾何體，包括二維和三維線框模型、面模型或實體模型——目前輸送零件幾何體的普遍格式。當一個客戶的零件幾何體被發送給KMC(通常是通過email)時，Goings先生在KeyCreator中打開它，并將其轉換成系統的原始格式。這時，他和Krieger先生一起分析該幾何體并確定基本加工策略。該策略是引用任務的基礎。

JohnGoings在CAD屏幕上檢查3D實體模型，以開發一個用于零件生產的加工策略。

這時修補幾何體中的任何缺陷或錯誤，使其對加工應用軟件有用。同樣，利用CAD軟件的標注尺寸和繪制草圖功能，也可以在此時輕松地創建二維圖紙。

KMC的主要CAM資源是CNCSoftware公司(位于康涅狄格的Tolland)提供的一套Mastercam軟件。Krieger先生在2002年購買了該軟件，主要是因為它為樣條曲線、NURBS曲面和其他復雜幾何體這樣的工件提供了編程支持。此外，他發現需要一個脫機的CAM系統，以便把一部分三軸編程的重擔從機床刀具上轉移走。由于CNC機床上的控制系統接受G代碼零件文件，因此該CAM軟件使車間可以更靈活地分配編程任務。

大多數CAM編程首先要導入一個由客戶提供的幾何體，其格式為STEP、Parasolids、ACIS或IGES文件。導入數據避免重建幾何體或者出現數據輸入錯誤。這簡化了生成刀具加工路徑的過程。最后產生的G代碼文件通過磁盤或網線被傳輸給機床。

雖然CAD和CAM是價值不菲且必需的軟件，但是Krieger先生依然認為機床刀具控制裝置的性能和車間編程才是其車間加工靈活性的基礎。“會話模式對于我們的車間來說是使零件進入切削工序的最快速的方式，”他說。和某些希望通過“手勢”產生原型的客戶交流，這就是該選項提供的一個立即編程的例子。

更重要的是，車間編程有利于日常工作?！八刮覀冊诰庉?、修改和優化零件加工程序方面獲得了最大的靈活性，”Krieger先生說。他說，我們可以輕松地接納客戶提出的設計變化。例如，“數據塊搜索”功能有助于定位必須在哪兒輸入新數據值的正確位置。利用車間編程，我們無需返回CAM系統，編輯加工程序并重新應用后臺處理機。無需謹慎地管理一個零件加工程序的多個版本。最新的版本始終是機床控制裝置的內存中所保存的那一個加工程序。通過會話模式創建的加工程序的長度比類似的G代碼程序的長度要短的多，因此更易于保存和傳輸。

最后，Krieger先生報告說，因為通過會話模式準備好的刀具加工路徑的精度和加工中心的準確度經證實是相當可靠的，所以他的車間很少做試切。

協作

CAD、CAM和車間編程之間的協作最近幫助KMC承擔了一位新客戶的任務。零件是一個鋁制的外殼，大約有一個小香煙盒那么大，封裝著用于控制飛機電子系統的印制電路板。一個框架圍繞在四個外側，它允許該外殼直接安裝在一塊儀表盤上。外殼的內部有許多槽和鉆孔的固定件，它們用于安裝電路板支架，連接前蓋和操作面板。

“為了競標該項目，我們得到了一個樣本零件和一套零件圖紙，”Krieger先生回憶說。“當John和我檢查外殼內的所有幾何形體時，我們發現這將是一個相當富有挑戰性的項目。”

Goings先生參考客戶提供的圖紙在KeyCreator中創建了整個外殼的一個實體模型。實體模型允許兩個人從不同的角度來旋轉和觀察該幾何體，這樣他們可以了解如何將該幾何體“分割”成可以單獨加工的獨立零件。他們發現使用現成的標準尺寸的擠壓鋁坯能夠減小浪費，使材料成本最低。然后可以把這些零件裝配成一個完整的工件。Krieger先生建議利用點焊將裝配件組裝到一起，然后在現場進行鋁浸焊。

該鋁制電子儀器外殼是通過組裝零件生產出來的，這些零件是作為六個單獨的工件(如插圖中所示)來加工制造的。車間的靈活編程選項使KMC能夠迅速地向客戶提交樣品并贏得訂單

基于這種預制造策略，KMC提交了投標。該投標的價格非常有競爭力，引起了客戶的強烈興趣，但是他們還是有一點擔心與這樣一家新的、不熟悉的承包商簽署合同。

“我們認為遞送一個我們自己的樣品零件也許能抓住這筆業務，”Krieger先生說。Krieger和Goings先生兩人給自己兩周的時間來生產樣品，其中包括1周的周轉時間來進行鋁浸焊。這意味著要在4天內加工出所有的零部件，并維持車間當前的生產。

利用CAD中的零件模型，Goings先生為每個加工工序制定了單獨的文件。例如，每個側板的外部是一道工序；每個面板的內部(背面)是另一道工序。Krieger先生把較為簡單的外側加工分配給車間編程，而把更復雜、重復性更高的內部幾何體加工交給CAM系統。Krieger先生承擔了車間編程的任務，并把CAM編程分配給了KMC的主要Mastercam程序員ShufordSwift。

“在Hurco上，我將幾何體以DFX文件格式導入到一個屏幕上，然后開始跟隨提示在會話模式下建立刀具加工路徑，”Krieger先生解釋說?！斑@使我能夠在提示下選擇被調用的幾何體的某些部分，而不必一條線一條線、一段弧一段弧的重建模型?！痹贑AM站上通過導入合適的幾何體也達到了類似的節約時間的效果。

由于加工中心控制裝置的靈活性，第一步操作在一臺機床上通過會話方式產生，而第二步操作在Mastercam中進行了編程，并在另一臺機床上以G代碼方式運行?！斑@使我們產生了這樣的想法，如果我們贏得該任務，那么可以創建多個工序用于生產運作，”Krieger先生說。車間編程系統使KMC能夠輕松地創建模型來重復或替換加工程序，以匹配多個零件工序?！斑@種作用是巨大的，”Krieger先生說?！八沟脧臉嬙煸偷缴a的轉換變得平滑得多、快速得多。”

當所有單獨的零件都加工好以后，聯鎖邊使四個側板與儀表前蓋緊密地配合在一起，而外部框架滑入另一端。該設計形成了一個獨立的外殼，它的內外所有細節部分也已加工好，全都準備好進行點焊。

“當我們把樣品提交給客戶時，給他們留下了非常良好的印象，”Goings先生得意的說。“我們贏得了這份訂單?！?/p>

實現技術的價值

對于Krieger先生而言，能夠分享制造技術，而不僅僅是出售工時，這使他作為加工車間業主的生活更有意義。與過去“不說話制造零件”的時代相比，與設計工程師們相互合作并有效地予以響應，這使我們現在可以更令人滿意的使用技能和經驗。關鍵是利用加工和軟件資源把想法融入零件中。這使得車間能夠向數據值中添加全部差異，特別是當創造性和生產率一樣重要時。