当Brandon Switzer 开始创办Switzer Dynamics公司的时候,他就知道如何为直线竞速赛建造发动机和进气歧管。他之前开过工作室来支持自己的直线竞速赛事业,那是在高中毕业的时候,在自己独自工作几年后,他利用自己的经验、专业能力和信誉在阿拉巴马找到了合作伙伴,开了一家新工作室。
2012年2月,Switzer搬到了美国北卡罗来纳州的丹佛,距离夏洛特25英里,在那里他基于自己17年的经验和三名员工,开了一家设备齐全的工厂。他们的设备包括专业的Haas VF-6TR五轴加工中心、带有Jergens 台面和小耳轴的Haas VF-3SS立式加工中心、Haas DS-30Y双主轴车铣复合数控车床、用以模拟进气歧管和其它组件的SolidWorks软件,以及加工编程软件GibbsCAM。除了选择GibbsCAM MTM(多任务加工)和5轴模块以外,Switzer还选购了VoluMill高效加工模块。
工作室的主要业务是为直线竞速赛制造一氧化二氮和感应系统。Switzer做定制工作,通过成型和焊接钣金制造自己的进气歧管。他有焊接和加工设备,数控折弯机,还有像Behringer电锯和气流试验台这样的支持设备。
Switzer 刚开始使用数控机床和GibbsCAM 软件的时候是有一定风险的。买了机床和软件后,他花了几天时间使用GibbsCAM 软件进行数控加工和编程。随后他又买了 GibbsCAM 5轴 和 MTM 模块,他决定自学软件。整个学习过程非常艰难,但这正是他想要的学习方式。现在,他对于软件应用和加工都非常自信了。
Switzer Dynamics为 Reher-Morrison比赛打造的新型进气歧管,2013年4月在布里斯托尔初次登场就获得了第一名。之前是由钣金制造而成,现在采用铝合金用GibbsCAM软件编程加工而成。
马上把所有新设备都有效应用起来Switzer Dynamics需要付出很多努力,因为他想知道所有设备都是如何运行的,他希望大家都尽可能知道更多。虽然,每个Switzer的员工都有自己的专长,但是Switzer教会了他们所有人如何使用数控机床。当工作室需要每天24小时生产时,大家可以轮班。 这种情况经常发生,因为工作室为了产量会让5轴加工中心和双主轴车铣复合数控车床一直运转。
“我输入刀具直径、螺旋槽的数量,以及我想要的每齿切削载荷,剩下的工作就交给VoluMill了。”Switzer 相信反复试验是最好的老师,他通过发掘加工流程和机床的局限性学到了很多东西。就这样,他自己学会了使用Haas双主轴车铣复合数控车床进行Y轴方向铣削,以及如何进行倒圆角铣削编程,这样固定带就不会低负荷切削。Switzer 说:“你绝对不会在那台机床上加工这个零件,但是我想看看是不是可以这样做。我使用GibbsCAM VoluMill高效加工策略, 试试我能多快加工出这个零件来。”
Switzer觉得自己从这次锻炼中学到了很多东西,发现想用好这台机床需要做很多准备工作,这台机床主要用来加工大容量部件,比如一氧化二氮系统的喷嘴,以及其它一些需要通过一次装卡完成所有车削、铣削操作的部件。
完整的分流装置是由GibbsCAM 5轴模块编程加工的,用4轴加工壁厚0.090” (2.3mm) 的铝合金坯料,替代原来的钣金加工。内置的塞子省去了之前钣金加工所需要的焊接和手工加工步骤。
Simpson 带扣加工采用3轴铣削,使用VoluMill 进行粗加工。这是一个加工难题,因为不锈钢的厚度只3/16" (4.7mm),需要用1/8" (3.1-mm)立铣刀去除大量材料。 Switzer 说:“不锈钢加工时硬质合金立铣刀的速度为12000 rpm,采用VoluMill高效加工策略,刀具在该速度下效果最好,能高速长时间加工。在其它工作中,我们用1/2" [12.7mm]端铣刀在1018钢上开大槽,速度为12000 rpm和 300 ipm [7.6 m/min],与传统铣削差不多,刀具的使用寿命一般为5次,最多10次。”
通常,尖角和过渡平行偏移时生成粗加工刀具路径,此时需要停止,重启和变速,防止刀具破损,减少刀具磨损,避免过度负荷,刀具罢工。与此相反,VoluMill开发了优化材料去除率的刀具路径,采用连续切向运动,专门的轮廓拟合和自适应进给速率,以达到最佳进给和速度。软件通过平衡刀具负荷,保持恒定机床运动,并利用高速再定位,生成更有效的刀具路径,延长了刀具寿命,并显著缩短加工周期。
Switzer Dynamics为Reher Morrison比赛发动机(Arlington, TX)制造的燃料喷射歧管证明了GibbsCAM VoluMill 高效加工策略的能力,该部件之前是由钣金制造而成的。虽然凹槽和法兰(接头用于大型阀件连接处)上的孔大多数切削深度为1/2",他们为这个3轴歧管做的最深切削为1" (25.4 mm)。Switzer没有采用传统的双通道到四通道(尺寸为1/4到 1/8" (6.3–3.1-mm)编程方式,而是对所有部件都采用单通道全尺寸深度全速加工,通过VoluMill生成平滑的刀具路径。
虽然VoluMill 在参数、进给和速度上都有推荐值,但是Switzer所有的事情都是根据切削负载情况定的,以最大主轴转速和最大进给量运转。Switzer说:“我输入刀具直径、螺旋槽的数量,以及我想要的每齿切削载荷,剩下的工作就交给VoluMill了,非常简单,非常快!”
采用VoluMill 加工策略用方钢加工的歧管凹槽和法兰样品。加工深度为1/2” (12.7mm) ,单通道,VoluMill生成最高效的刀路径,以最高转速、最高进给速度。Switzer 用此加工件展现部件的质量和美感。
Switzer说刚接触GibbsCAM VoluMill高效加工策略的程序师或机械师可能对其中一些变量不太理解,所以他鼓励大家多试验。“过不了多久,你就会搞清楚刀具可以干什么,各种形状刀具最适合什么样的斜率。VoluMill不需要会所有的事情,你只需要告诉它一些参数,剩下的就交给它来完成。你不用担心它在拐角处卡刀,或做了一些其它坏事。它会很完美完成工作。”
工作室之前做进气管的是通过手工滚轧处理钣金,或在折弯机中倒圆角模具,然后焊接封闭。再制造整个歧管,将它安装在手动铣床上,然后在进气管上插铣孔,再将塞子焊接到里面。
现在,他们使用5轴加工中心,用铝合金生产整个进气管,塞子已经加工在上面了,可以连接喷嘴,然后将进气管焊接到法兰上,将增压装置焊接到组件上。进气管的壁厚为0.090" (2.2mm),这样可以使得进气管尽可能重量轻,因此需要去除大量的材料。尽管如此,通过铝合金制造进气管比手工制造效率要高的多。工作室通常制造8个歧管,需要64个进气管。加工进气管,而不是通过钣金制造,这样可以节省75%的时间,工作室通过去除焊接和手工加工,省去了大量劳力。此外,他们不用再单独制造塞子了,因为塞子已经内置加工了。
为了突出加工的质量,工作室将所有的刀具路径都留在了加工件的表面,无论是VoluMill 刀具路径还是5轴刀具路径。Switzer说:“当我看到抛光的表面时,我会寻找制造员工想掩盖的缺陷。当人们看到我们部件上留下的VoluMill加工路径时,他们可以看出来我们的软件编程非常好,我喜欢展现这些工具痕迹,因为它能展示我们加工的质量,没有理由隐藏它。”
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