GibbsCAM编程提速纳斯卡(NASCAR)赛车制造

来源:思美创

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关键词:GibbsCAM 赛车制造 NASCAR

        Ed Pink于1959年创建自己的企业,并逐步发展成为现在拥有23名雇员的研发公司,即Ed Pink Racing Engines公司(简称EPRE,位于美国加利福利亚州的Van Nuys)。

        EPRE公司是一家拥有15000平方英尺(1394平米)的工厂,他们生产的高性能发动机和零部件在赛车界,亦或更准确的说是在椭圆形赛道赛车界,非常有名。在他们的众多客户中包括通用、福特、日产和丰田。

        该公司出色的项目包括在印第赛车(北美方程式赛车)上的涡轮增压Cosworth和Buick V6引擎,以及可以跑12小时和24小时耐力汽车赛的涡轮增压保时捷引擎。EPRE公司的产品几乎覆盖所有主要系列赛事,包括印第赛车联盟、Champ Car赛(前身为CART车赛),USAC赛(美国汽车俱乐部赛车)和美国纳斯卡赛车(NASCAR)。EPRE公司甚至将生产多年的发动机改造,使其发动机运转速度达10000转/分,近800马力(即597千瓦)。

        所有赛车组织对车、发动机和零部件的尺寸和重量上有严格的限制。EPRE公司的创始人兼老板Ed Pink说“NASCAR是要求最为严格的赛事。他们的规则使得任何人都很难获得优势,但对我们而言是好生意。”

    在哈斯VF3加工中心上生产的用于NASCAR赛车的油泵转子的最终轮廓

        EPRE公司的核心业务是为赛车行业研究、设计、测试和开发高性能发动机和零部件,他们的非定制零部件产品通常采用外包形式,这些零部件包括凸轮轴、连杆、发动机轴承、活塞、汽门机构、水泵、干式油底壳油泵、冷却系统、进气口、点火器和排气系统。

        在生产样品时EPRE公司遇到了似乎无法逾越的挑战。虽然该公司的加工车间占地7500平方英尺(697平方米),常规机床装备精良,(三台车床、四台立式铣床、两台卧式铣床和一台测量机),EPRE发现他们如果要连续及时生产,还需要设备。

        传统的依赖外包的生产方式已是个非常令人头疼的问题。“很难找到满足你质量与交货要求的可信赖加工车间。当你找到时,他们有时会收取你完全无法支付的高昂费用。经过多次被制约后,我们确定我们需要改变现况,我们必须找到一种更好的方式来加工我们的零件。”Pink解释说。

        Pink的团队带着一个难题和一点点CNC机床知识,调研了几台机床后,最终从Haas自动化公司(位于加利福利亚州的Oxnard)选择了一台Haas CNC数控VF3立式加工中心。EPRE公司需要合适的软件,以便于充分发挥机床用途,缩短从样品到正式生产的周期。

        “NASCAR是要求最为严格的赛事。他们的规则使得任何人都很难获得优势,但对我们而言是好生意。”

        “由于毫无经验,我们参加了WESTEC博览会,看到不计其数的软件产品,”Pink笑着说。“除了Gibbs公司(位于加利福利亚州的Moorpark)外,其它绝大多数厂商对待我们就像对待讨厌鬼一样。Bill Gibbs本人把我们当作有诚意的买家一样对待,悉心教导我们,向我们演示软件,并回答我们提出的种种问题。他们的耐心证明当我们在学习过程中,他们将能够提供我们需要的服务。”Pink说。

        EPRE公司设计工程师Mike Johnson的很多产品开发Pink都很赞赏,而根据Mike Johnson的说法,GibbsCAM软件易学易用。“几乎全部的设计我们都使用SolidWorks。我可以把模型发给我们的编程人员兼操作工Doug Nealy,他再导进GibbsCAM,而立即可以编程,”Johnson说。“GibbsCAM操作起来非常简单,适应环境能力很强。我们可以完全导入一个零件模型并进行操作。自从使用GibbsCAM后,我们车间那些常规机床使用率大大提高,积灰很慢,我们的废品率也非常非常低。”

        GibbsCAM可以直接读取SolidWorks设计的模型,当产品模型发生变更时,其几何结构、工艺参数与刀具路径具有关联性,可自动转换。SolidWorks中有插件可以把模型从SolidWorks直接导入到GibbsCAM。

        “我们在GibbsCAM的刀路仿真中运行模型,我们可以仔细研究,以检查存在的潜在问题,并看我们能采取什么更好的方法。”

        “我们在GibbsCAM的刀路仿真中运行模型,我们可以仔细研究,以检查存在的潜在问题,并看我们能采取什么更好的方法。”Johnson解释说。“通常,你会看到在哪里改变加工方法或刀路可以节约时间。自从使用GibbsCAM软件后,我们已经大大降低了我们的废料率,缩减了生产成本,并缩短了产品交付时间。”

        使用GibbsCAM的最大好处就是它能加工新设计的零件,把零件放进检测实验室核查其性能,并进行快速修改。“以前,我们需要等好几周才能知道检测结果。现在,我只要几个小时就能生产一个很好的功能零部件,并通过测试,准备投产。”Nealy说。

       一个意想不到的好处就是它能从小的坯料直接加工零件,这样的零件以前要通过放电加工或铸造生产。这样的例子很多,比如说Johnson为几个NASCAR赛车队设计的新干式油底壳油泵的一个关键零件:转子,现在已经进行到开发的最后阶段了。

    GibbsCAM的模拟加工渲染功能可以模拟刀具运行轨迹和余量去除,使油泵转子加工达到最优化

        这个泵旨在加强赛车机油控制,通过减少摩擦力和阻力来降低功率消耗。与大多数其它干油底壳泵不同,在每个排出废气(或回油)部分EPRE公司的设计采用两个转子,使齿轮只在增压部分转动。Pink的工作团队认为转子可以更加有效地排出废气,并在发动机曲轴箱内生成高负压,有助于拉动汽油运转部件,而不需要润滑油。

        尽管这个泵包含了一些独特的属于EPRE专利的零部件,但Pink声称这不是重新设计的转子,而只是通过应用知识与经验使它达到最优化。

        虽然如此,运用他们的知识也不是一件容易的事。以前转子生产过程包括四个供应商,第一步,生产2"(50.8毫米)厚,2'(0.6毫米)平方的铝板,它可以用表面研磨获得良好的平整度。第二步,在板上放置100个双叶转子,用中心钻孔获取转子布局图,第三步,在每个叶片末端钻和攻丝10-24个孔。最后,铝板会被转移到一个放电加工车间,做成单个转子,最终做成20条,每条带有五个转子。

        每个转子都可以自由切削,可以对每个转子末端进行局部加工。然后开凿一个半圆柱形凹槽到中心孔边缘。通过放电加工,在单个转子内做一个与之相匹配还能放置销子的凹槽,把转子锁在轴上。“这个麻烦的生产过程结束时,已经过去快四个月了,我们要在每个转子上花费100美元。”Pink说。

        一个Ed Pink为NASCAR V8赛车发动机生产的新赛车油泵有五个排气部件:四个用于每个曲轴箱的两个汽缸区域,一个用于发动机的上部。这么一个油泵,仅10个转子成本就要1000美元,但Pink很快强调说生产延期和这种高成本一样糟糕。

    EPRE公司为NASCAR赛生产的用转子套住的油泵排气部件

        现在,EPRE公司使用GibbsCAM软件和他们的三轴CNC加工中心生产转子。第一步,CNC机床用一个方坯加工复杂的外部轮廓,然后在中心镗孔,钻和攻丝10-24个孔,最后加工中心孔旁的合缝销凹槽完成转子的生产。

        我过去的经验是要想把一个零部件做的更好或更快,就要花费更多的成本。但是GibbsCAM颠覆了我的经验。

        Pink对于这样的成效非常高兴。“从开始生产到最终完成,通过外部多个厂商加工生产100个转子需要四个月。现在我们用GibbsCAM软件和CNC机床自己内部生产,100个转子只需一周就可以完成。”我们在其它泵上用这些转子成效显著。通过减少操作间隙,内部生产的转子在尺寸上更精确,泵的排出废气功能更强。使用GibbsCAM一个意外的好处就是我们能够更改转子叶片的形状,用台架测试新设计,然后在我们内部生产中具体实践这些修改部分。

        那么成本如何呢?Pink说:“我过去的经验是要想把一个零部件做的更好或更快,就要花费更多的成本。但是GibbsCAM颠覆了我的经验。我们生产转子的成本从100美元降低到不足25美元,每个泵节约了750美元。我们取消了以前常规铣床方面耗费工时的外包生产,现在我们能做出更好更精确的零件,并且速度大大提高。”

        当EPRE公司的常规机床日愈闲置时,Ed Pink和他的团队继续寻找新的激励人心的项目,希望生产足够多的干式油底壳油泵和其它零部件。“通过添加更多的CNC机床,我们可以自己生产,采用了GibbsCAM软件,单机就能干这么多活儿------机床可以每天24小时运转呢!”


    (审核编辑: 智汇小新)