Ed Pink于1959年创建自己的企业,并逐步发展成为现在拥有20多名雇员的研发公司,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印地赛车的涡轮增压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,包括印地赛车联盟、Champ Car赛(前身为CART车赛),USAC赛(美国汽车俱乐部赛车)和NASCAR赛。EPRE公司已生产多年座式发动机,发动机运转速度达10000转/分,近800马力(即597千瓦)。
所有赛车组织在汽车、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赛车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,但我们认为他们运作的非常好。”
这是EdPink的公司赛车系列产品在哈斯VF3 VMC机床上生产的用于NASCAR赛车的干式油底壳油泵转子泵的最终轮廓。
EPRE公司的核心业务是为赛车行业研发、设计、测试、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发现他们在及时与连续生产的基础上,还需要生产零部件的设备。
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。当你要做时,他们有时会收取高昂的费用。经过多次货物抵押事件后,我们更加确定我们需要改变这样的状况。我们必须找到一种更好的方式来加工我们的零部件。”Pink解释说。
Pink的团队带着一个难题和一点点CNC机床知识,审查了几台机床,最终从Haas自动化公司(位于美国加利福利亚州的Oxnard)选择了一台Haas CNC数控 VF3 VMC型号机床。EPRE公司需要合适的软件,以便于充分使用机床,缩短从样品到正式生产的周期。
“NASCAR赛车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,但我们认为他们运作的非常好。”
“由于毫无经验,我们参加了WESTEC博览会,看到不计其数的软件包,”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要提高学习曲线时,他们将可能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程序师Doug Nealy,他再导进GibbsCAM,几乎是随导随用,” 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部件模型并进行操作。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,我们的废料率也非常非常低。”
上图:EPRE公司专为美国汽车俱乐部USAC银冠赛设计并开发的福特V8赛车引擎,动力输出高达750hp。
GibbsCAM可以直接读取SolidWorks设计的模型,它在零部件结构、加工过程与刀路调节间的关联性功能可以在模型内进行最大程度上的转换。GibbsCAM中专用于SolidWorks的一个插件可以把模型从SolidWorks直接导入到GibbsCAM。
“我们在GibbsCAM的工艺仿真中运行模型,我们需要仔细研究,以检查存在的潜在问题,并看我们能采取什么捷径。”
“我们在GibbsCAM的工艺仿真中运行模型,我们需要仔细研究,以检查存在的潜在问题,并看我们能采取什么捷径。” 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部件,把零部件放进检测实验室核查其执行情况,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坯料加工零部件,这样的零部件以前要通过EDM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材料去除率,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专业技术使它达到最优化。
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大步骤,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Blanchard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EDM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能放置合缝钢条的凹槽,把转子锁在轴上。“这个麻烦的生产过程快结束时,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。
有一个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很快强调说生产周期延长和这种成本代价一样严重。
EPRE公司为NASCAR比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 VMC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,最后通过钻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。
但成本又如何呢?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部件,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。“我们在工厂添置了更多的CNC机床,因为我们可以进行自己的生产。仅单机就能干这么多活儿…更何况还有GibbsCAM软件的运用……机床还可以每天24小时运转呢!”
本案例所涉及软件简介
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