新的機床和模具加工方法使傳統(tǒng)加工黯然失色

Eclipse Mold模具公司為高端加工中心進行有效的零公差加工樹立了一個良好的榜樣。

    對于模具制造商來說，都強烈希望模具的切削加工能夠達到無余量的零公差切削水平，而Eclipse Mold模具公司就恰恰證明了這一事實。該公司有一個模具加工車間，每年大約能生產(chǎn)140套左右的模具，其中還包括相當數(shù)量的模具維修服務，但這一業(yè)務只占其總工作量的約40%。該公司其他60%的收益來自于它的3個注塑模工廠，這些廠房坐落在底特律的郊區(qū)。事實上，該公司的廠房內(nèi)共有42臺注塑機，其工作壓力范圍從22～750t不等。 

     這一汽車模具的型芯表面經(jīng)過精加工以后，不留任何余量。除了采用很輕的介質(zhì)進行拋光以外，

    實際上模具不需要手工拋光。圖中可以看到型腔的側面，在其閉合面上可以看到其酷似經(jīng)過加工的表面質(zhì)量

    在Eclipse Mold模具公司這些注塑壓力機上使用的模具都由該公司Clinton Township總部的總廠生產(chǎn)制造，該工廠位于底特律的西北方向，離市區(qū)約20英里。從某種程度而言，該公司對所有這些模具的加工生產(chǎn)幾乎都采用了零公差切削加工工藝。該公司的副總裁兼總經(jīng)理Steve Craprotta先生說：“采用無公差切削加工的模具運行更快速、使用壽命較長、維修費用低廉，其模壓成型的零件質(zhì)量和清潔度良好。我們每天依靠這些成果為生，因此我們深知這些加工方法的珍貴意義。”

    對于Cra-protta先生的說法，他的顧客也深表同意。Eclipse模具公司每年生產(chǎn)的模具，只有15%應用于該公司自己的工廠內(nèi)，其余的模具發(fā)運到大型的Tier 1汽車供貨商使用，其中包括許多大家所熟悉的美國和日本汽車制造廠。Craprotta先生毫不夸張地說：“我們所有的客戶都認為我們公司的模具車間是最優(yōu)秀的。”他之所以強調(diào)這一觀點，其主要原因是要讓人們確信：如果想要使一個加工車間在市場中保持其競爭的地位，達到零公差加工的水平是其不可缺少的一個部分。

    1976年，Steve先生的父親—Fred Craprotta先生創(chuàng)建了Eclipse模具公司，到目前為止，其父親還在積極地領導和管理著這一公司。公司曾經(jīng)擴建過好幾次，1989年，公司才搬遷到現(xiàn)在的這個總部所在地。該公司三個工廠的雇員人數(shù)加在一起有150人。

    Eclipse模具公司專門從事二次注塑模的模具生產(chǎn)。這類模具一般由一個型芯或型腔組成，但必須與其他兩個半拉模具或旋轉180°的側模配合，以適應模具的第二次注塑。Craprotta先生解釋說：“如果這些模具采用普通的工藝加工，然后再采用手工拋光和逐點打磨作業(yè)，那勢必會花費我們的許多寶貴時間，即難以滿足交貨時間要求也無法滿足我們自己的生產(chǎn)進度要求。”如果能夠將模具的閉合面加工到零公差尺寸（在許多情況下，甚至加工到負余量的程度），就可以大大節(jié)約模具的逐點打磨工時。他說，這樣當模具的一面與另一面配合時，以及當模具旋轉或與另一半模具配合時，幾乎可使其配合面達到完美無缺的程度。

    Eclipse模具公司所生產(chǎn)的大部分模具都是高精密、多型腔的復雜模具，最大型的模具尺寸為40×50 in，小型模具的尺寸為8×8 in，而最通用的中型模具應用于300～700t的注塑壓力機上。在這些模具中，大約有70%到80%的模具采用機械動作的方式工作，例如采用滑板、提升機、伸縮式型芯及其它相類似的一些工具。

    Eclipse模具公司認為其加工中心的剛性是零公差加工中的一個關鍵因素

    牧野公司的V55型立式加工中心，其主軸轉速高達20000 r/min，帶有HSK接口和利用熱配合安裝的刀柄。

從插圖中可以看到在這臺機床上進行半精加工的情況

    采用零公差加工工藝不僅取代了大量的模具逐點打磨工時，同時也提高了機械零件的流水生產(chǎn)作業(yè)水平。例如，提升機可以直接落放到隱窩內(nèi)，而且只需要少量的調(diào)節(jié)，或者干脆不需要任何調(diào)節(jié)。

    模具的零公差加工主要依賴于車間內(nèi)安裝的3臺最新式的加工中心，其中V55型和V56 型立式加工中心由牧野公司（在俄亥俄州的Mason地區(qū)）提供，另一臺DMC-1500型加工中心由Johnford公司提供。所有這些機床都通過密歇根州Auburn Hills地區(qū)的經(jīng)銷商—Single Source

Craprotta先生說：“牧野公司機床的剛性和精度特別適合于我們的模具零公差加工。”而Johnford公司提供的機床，配有30×50 in的大型工作臺，可滿足我們車間日益增長的加工大型模具的需要。按照Craprotta先生的說法，這一機床的零公差切削加工水平不亞于小型的立式加工中心。

硬質(zhì)材料的銑削加工

    Eclipse模具公司于1992開始與SST技術公司合作，當時該公司從牧野公司引進了第一臺高速銑床，用于石墨電極的加工生產(chǎn)。Craprotta先生回憶說：“我們從這一機床的加工經(jīng)驗中，學到了有關高速加工的新概念。”當該經(jīng)銷商開始推銷這種用硬銑削加工模具零件的零公差加工概念時，引起了Eclipse模具公司的注意。2001年，該公司通過這一經(jīng)銷商購置了第一套加工中心，用于硬質(zhì)材料的銑削加工。

    與普通的銑削工藝相比較，當我們第一次碰到硬質(zhì)材料的銑削加工時，似乎感到有一定的困難并具有一定的冒險性。如果發(fā)生刀具斷裂或燒損而導致昂貴的模具報廢，這將成為令人難咽的苦果。每天要面臨這樣的高精度硬質(zhì)材料銑削加工的壓力，這對機床操作人員而言實在是難以想象的。他說：“壓力實在是太大了。”

    Craprotta先生說：“我們公司是最早涉足這一工藝領域的，我們走在了其他加工車間的前面，對于向這種工藝過渡，我們留有一定的回旋余地。”最初，加工車間根據(jù)其對機床、刀具和刀具路徑的確信程度，開始降低模具的加工余量，將其從原來的0.003 in降低到0.002 in和0.001 in。

    對零公差加工的一切適當?shù)募夹g支持力量經(jīng)過深入調(diào)研以后，證明我們的做法也是比較明智的。例如，加工車間開始采用熱脹冷縮刀夾的平衡刀具及HSK接口，并且將CAM編程軟件升級。當操作人員看到采用這種新的操作原理和操作程序非常舒適時，并且感受到該工藝如何能夠得心應手地工作時，終于改變了他們原先的工作態(tài)度。

    Craprotta先生說，后來，他們不但更急切地希望參與模具的零公差切削加工，而且還開始對模具的閉合面試行負公差切削。這一態(tài)度的轉變大概經(jīng)歷了一年的時間。最后，Craprotta先生得出了這樣的結論：“在這一時期內(nèi)，加工車間曾出現(xiàn)過一些緊張、不安和焦慮的情緒，這的確是一件很不容易的事情。”

    他自己首先起到模范帶頭的作用，對編程人員非常信任。當編程人員對模具閉合面編制出越來越高的加工公差精度時，保證使機床操作員確信刀具的加工路徑是值得信賴的。加工車間采用PowerMill軟件，該軟件由Delcam 公司（在安大略省的Windsor地區(qū)）提供，用于生成零公差切削的刀具路徑。

    加工車間內(nèi)經(jīng)驗最豐富的一位編程員John Zube先生說，編程人員與機床操作人員之間的良好聯(lián)系和交流是十分關鍵的。作為車間內(nèi)的一位編程人員，Zube先生說：“在技術過渡時期，我曾在車間內(nèi)度過了很長的時間，而且現(xiàn)在還在從事這一工作。”他還補充說，從車間內(nèi)得到的一些評價和建議告訴他應該做些什么工作，怎么做才可能使工作干得更加出色。“我們彼此之間需要相互學習。”

    從模具制造業(yè)務部門獲得相應的反饋意見也是非常重要。來自這些工作中的報告給編程人員和機床操作人員帶來了很大的幫助，有利于進一步提高他們的工作成績。

機床的剛性、精確及高效的加工

    Craprotta先生對硬質(zhì)材料銑削加工用的機床選用要求歸納如下：盡量購置剛性最好和加工精度很高的機床。機床的剛性是十分關鍵的，因為剛性高的機床，可以使機床上刀尖的振動降到最低限度。他補充說，當然，刀具其他部分的設計也必須十分合理，而且還要求其徑向跳動率低，穩(wěn)定性好。牧野公司提供的立式加工中心，除了其良好的剛性結構以外，還包括其裝有線性滾珠軸承的箱式導軌、其床身和立柱具備適當?shù)馁|(zhì)量，及其兩端帶有支撐的絲杠。

    牧野公司的機床其主軸最高轉速可達20000 r/min。當機床上小型刀具在高速進給和低切削深度的條件下運行工作時，為了達到適當?shù)那行钾摵�，采用這樣高速旋轉的主軸是十分必要的。Craprotta先生解釋說：“在這些機床上加工時，我們可以看到主軸上的熱量不會迅速增加。我們的這些機床每天連續(xù)工作10h，從來沒有發(fā)生過Z軸的深度問題。”

    Craprotta先生補充說：“機床必須具有很高的精度—不但包括機床的中心范圍，而且整個機床的任何工作范圍都必須保持同樣足夠的精度。”為了確保超小型刀具的微小移動，機床上還必須配置分辨率達百萬分之一英寸的玻璃光柵尺。刀具精加工時的切削精度可達0.010 in，一般可達0.030 in。Eclipse模具公司日常切削加工型芯和型腔表面時的公差精度可達±0.0004 in。其表面粗糙度的范圍可達到16～24 rms。

    這臺注塑壓力機上的二次注塑�？梢栽趬喊迳闲�轉180°，然后對軟性塑料進行第二次注塑成形。

    由于模具的閉合面必須在兩個方向上同時密封，因此在模具完工后，其無手工作業(yè)的精密加工可保證使模

    具的逐點打磨時間降低到最低限度

     加工車間對于有效切削的定量分析還存在一定的困難。與其他機床的加工情況相比較，很少有機會能看到牧野公司機床上的刀具究竟能以多快的速度執(zhí)行刀具的路徑程序。Craprotta先生對小型機床控制系統(tǒng)中使用的軟件遵循SST技術公司的說法。超幾何智能軟件（Super Geometric Intelligence）的特點使這些機床能夠在最小限度前瞻性的條件下高速處理伺服指令，可避免表面受到影響，并且不妨礙處理速度。

     Craprotta先生說，Johnford公司的機床具有很大的優(yōu)點。他說：“其突出的價值就在于其有很高的性價比。”這一機床裝有90°的橋式橫梁和偏置式Y軸導軌，從而使延伸行程的偏差降低到最低限度，這是加工大型模具所需要的一個條件。Y軸和Z軸上的箱體式導軌有利于增加機床的剛性，但X軸上使用的則是線性導軌，有利于較重工件的精確移動。

    然而，Craprotta先生說，該加工車間從這臺機床上獲得了最佳的效果，因為在發(fā)貨前，SST技術公司對機床各軸進行了調(diào)試，從而使其更適合于硬質(zhì)材料的銑削加工。Craprotta先生聲稱：“我們已經(jīng)充分發(fā)揮了這臺機床上的大部分優(yōu)勢，因為這臺機床適合于高速精密切削加工。這就是說，我們還必須對這臺機床作些小小的改進，以使其能夠滿足零公差切削加工的要求。”而更為重要的是，這臺機床的延伸行程可使加工車間生產(chǎn)多型腔模具，以滿足大型的汽車內(nèi)飾件的生產(chǎn)要求。Craprotta先生說：“對于我們而言，這一直是一個發(fā)展最快的領域。”

    模具的表面和機械零件采用零公差工藝切削加工。有關模具的細節(jié)如上面的近視圖所示

    最后，在硬質(zhì)材料的銑削加工方面，他強調(diào)了采用無人化操作模式的重要性，每天至少有一個班次采用無人化操作模式。一般來說，Eclipse Mold模具公司每天的第一班和第二班工作，由一名操作員值班，負責7臺CNC數(shù)控機床的監(jiān)控。在第三班工作時，凡是立式加工中心上的硬質(zhì)材料銑削加工操作均采用無人化運行模式，盡管車間內(nèi)實際工作的負荷并不總是對此提出這樣的要求。

希望以此帶來更大收益

    由于采用零公差加工使Eclipse模具公司提高了生產(chǎn)效率，因此Craprotta先生確信，在其原有傳統(tǒng)的客戶基礎上，他的加工車間還能夠全面承接其它類零件的加工生產(chǎn)。該加工車間的目標是為醫(yī)療器械或航空航天行業(yè)的客戶提供高型腔、高精度的工件加工服務。Craprotta先生確信，他們不需要像汽車行業(yè)的同行那樣，急于尋求海外模具制造商來提供模具，而且對密歇根州東南部地區(qū)先進的模具加工車間及其生產(chǎn)能力表示特別的贊賞。

    Craprotta先生代表Eclipse Mold模具公司和該地區(qū)的其他模具制造商說：“這個州的許多模具加工車間已經(jīng)開發(fā)了具有全球性競爭能力的模具制造工藝。我們并不想成為保密最好的公司，而一些大型模具制造廠往往忽視了這一問題，他們認為，只有低成本國家才能提供成本效益最高的方案。”

    當然他確信，Eclipse Mold模具公司在加工質(zhì)量和提供優(yōu)質(zhì)服務方面能夠勝過其他任何加工車間。他說：“零公差加工為我們公司爭取到這一地位作出了很大的貢獻。”現(xiàn)在，該加工車間為了進一步提高效率，開始將其注意力轉移到公司的精益生產(chǎn)技術上來