图1  5轴加工只是该车间实现模具快速交付过程的其中一个部分

这个可在短期内交货的模具加工车间，通过改进加工圈之外的加工方式，节约了大量的生产时间。在众多加工因素中有一个重要的因素，即托盘化调试设置，如何通过5轴加工，可以有效地缩短加工时间。

Die-Tech and Engineering模具技术工程公司（简称DTE）是一家设立在密歇根州的模具车间，该公司通过5轴加工方式来铣削加工压铸模和注塑模。

但这并非是“3+2”的加工模式。也就是说，它不仅仅是在切削加工之外采用旋转刀具或改变工件角度的加工模式。相反，DTE公司是使用两台Mikron公司的配有线性电机旋转轴的加工中心，通过从一个复合角度到下一个复合角度的流动快速铣削加工方式来加工所有模具和模具零件的各个部位。

图2  该压铸件是车间的一个紧急加工件，但仍在DTE公司的标准交货时间范围内

“我不明白为什么任何模具加工车间不想使用全面的5轴加工。”DTE公司的总裁William Berry先生说。

然而，这个加工车间一直在等待着这一时刻的到来。对于一个模具加工车间来说，尽管如此普遍地使用连续5轴铣削加工是何等的不同寻常，但DTE公司对成为这一技术的新型用户或尖端用户没有兴趣。

事实上，一些被广泛使用的技术，只是在最近被应用于这一加工车间，例如一台三坐标测量机。按照Berry先生的说法，该车间的加工理念是“适当地、合理地使用新技术”。也就是说，当新的方法和技术能够帮助该车间大幅缩短其向客户承诺的交货期时，才适当地引进使用。

有一个值得回忆的案例，有一次，该车间接到了一个十分“紧急”的模具加工任务，其焦点集中在交货时间上。这个汽车压铸件的模具，由于设计迟缓和设计改动太大的原因，必须在三个星期内交货。客户希望每一个参加投标的供应商，为新模具的紧急交付提供一笔附加的保证金。但DTE公司坚持它的标准价格。这样做很容易，也很适当，这不仅是因为该车间已经有这一客户的工作任务，有可推迟的空间，而且还因为该车间认为三个星期的交货时间完全属于其标准的交货时间范围，否则它不会为这样的加工任务做出报价。

图3  托盘化系统由精心设计的托盘组成，而这些托盘将被锁定在每一台机床的匹配接收器上

加工车间如何迅速地完成这种复杂模具的加工任务是值得研究的。其最有效的技术是采用5轴加工。事实上，5轴铣削加工是该车间加工工艺中唯一的特色，它可达到较快的金属切削速度。对满足该车间迫切的交货时间要求来说，其最具意义和更好的候选技术是托盘化生产技术，采用这种技术可以节约大量的调试设置时间，而不只是节约加工时间。使用Erowa公司的托盘化系统，可使DTE公司在事先设计好的托盘上，将工件精密地锁定到机床的匹配接收器上进行加工。托盘化生产技术首次出现在这一车间，这对于有效地使用5轴加工是十分关键的。

任何有效的技术都具有同样重要的意义，加工车间的开放心态也同样十分重要。这些技术对圈外行业也会产生影响，其中一个观念已经在上面提到，即适当地使用新技术。另一个观念是同步工程技术。

在这两种情况下，该模具车间对速度采取的方法，不是过分地将焦点集中在高速加工上或任何其他可加快金属切削速度的方法上。Berry先生说，实际上在那里，很少能够找到可减少交货期的办法。相反，节约交货期的最好办法，大部分与其他不太明确的工作有关，因此，在大部分加工任务开始前，模具车间必须完成这项工作。

图4  具有足够精密的重复定位精度，其调试设置快捷，很容易将零件从一台机床转换到另一台机床

同步工程技术

在DTE公司，一项工作任务不会停留在任何一个点上。这也就是说，对于承担工作任务的任何一名工程技术人员而言，都不应该将工作任务拖延更长的时间。为了确定这一切，车间对“项目工程”和“制造工程”进行了区分，对任何工作要求采用两条原则。Berry先生说，应保持原则的独立性以简化工作任务。

项目工程师侧重于大局。这位工程师将该工作看作为基本要素，确定模具的构成，使模具的各项细节达到必要的水平以赢得客户的肯定，接着订购钢材和开始最基本的加工工作。然后，生产工程师创建3D刀具路径。每一项工作都需经过两位工程师的通过，在进行任何一项工作前，金属的切削加工已经开始。

事实上，每一项工作都要通过两名很能干的工程师完成。DTE公司的项目工程师们都具有硕士级别的教育水平。而生产工程师们都非常忠于该公司的职守，通过一种示范表演能力，以快速的步伐，制订出有效的规划。与他们相互协调的是车间里具有同样特色的工作人员。DTE公司内的模具制造工不只是通常该字面意义上的模具加工人员，而是DTE公司车间内技术熟练工作人员，他们的工作能力也受到很高的评价，他们能够直观地验证一种快速编制的加工工艺，使其以应有的作用加以执行。他们还很重视时间管理，因为在这里没有调度软件。当复杂的加工件快速地通过加工区域时，该车间的工作人员将迎接这一挑战，并区分它们的优先加工次序。

图5  该车间的总裁William Berry 先生说：“我不明白为什么任何模具车间都不想使用全面的五轴加工。”五轴加工机床采用较短的刀具，并且在某些情况下，以平底刀具代替球端刀具加工生产，使该车间能够以更快的速度进行加工

锁定装载

在这一快速的加工工艺中，Erowa公司托盘化系统可确保其快速而可靠的调试设置，不管是在DTE公司的加工中心上，还是在EDM机床上。该系统的优点在于它允许任何工作在一系列的机床上运行，犹如在同一台机床上那样，很容易地运行，不会增加调试设置的时间或造成可能的误差。托盘被释放离开一台机床后，又被迅速地锁定到另一台机床上，其延迟时间很短。这一优势的发挥，改变了该车间的加工效率和思想方法。

在北美，DTE公司也是应用该系统的首批用户之一。这一车间甚至使用了磁性卡盘，来夹紧和支持超过托盘边缘的悬挂零件，达到了特大型零件在托盘上精确定位的目的。

Berry先生说，加工车间常常将资金浪费在高速加工机床上。当操作人员在精心地调试装卡一个工件时，如果加工主轴必须等待，那么就会忽视该高速加工机床的潜在生产能力。

对于精密度极高的机床而言，其情况也基本类似。加工车间意识不到由他们自己造成的调试误差可能会很容易地被累积到更高端的机床上，从而影响到机床精度的提高。

采用托盘化加工方式，克服了这些领域的浪费现象。在加工一个模具零件时，绕过传统的调试装卡过程，该系统就会让机床发挥出更高的潜在精密度和生产能力。Berry先生说，实施托盘化加工生产是该车间所采取的最重要一步。该系统的使用提高了该车间的加工效率，可以重新确定在一个典型的工作日内，可以期望完成多少的加工工作量。

图6  以更好的成本效益使用5轴加工机床，托盘化系统是十分关键的。采用托盘系统，既不需要增加额外的调试设置时间，也不会产生误差，这种方式有利于机床的充分利用

轮廓切削加工

采用快速调试设置，最终为5轴加工奠定了基础。在五轴铣削加工中，采用两种方式来提高加工速度：一是让车间使用更短和刚性更好的刀具，以达到加工工件凹进处的目的；二是让车间采用平底刀具来代替球端刀具，进行宽范围的切削加工。由Mikron公司（现在的AgieCharmilles公司）提供的机床，在其旋转轴上采用线性电机驱动，使其在使用平底刀具进行精密扫描加工时，能够达到平滑和协调的运动。

托盘化加工生产对5轴加工技术的使用是十分关键的，其最主要的原因是因为这类机床实在是太贵了，不能让其有空闲的时间。还有就是如果有精加工的工作要做，决不能让它们做粗加工的工作。总之，这类机床必须以高效率的方式使用，再配上Erowa公司的系统以后，只要有加工任务，它们就能够不停地进行切削加工。在调试设置的同时，不会浪费加工时间。事实上，这些机床可以继续进行其唯一有价值切削工作，因为低价值的粗加工工作可以在3轴机床上完成，然后将工件迅速地夹紧到5轴机床上进行精加工作业。DTE公司通过这种方式，实现了其快速加工能力的全部价值。并且它也在一个已经设定的工艺范围内达到了这一机床之外的速度目标。

加工前的测量

尽管模具技术工程公司的投资主要花费在加工中心之上，但该车间仍然有许多模具需要采用EDM机床进行加工。该公司的总裁William Berry先生说，在交货期很紧急的情况下，使用EDM电极是非常“可怕”的，因为其具有一定的误差风险。在铣削加工一个复杂的石墨电极过程中出现的一个误差，或在机床上编程时出现的一个误差，可能只有到EDM加工制造出不合格的产品时，才能检查出来。

a  一个激光扫描头正在测量一根EDM用电极
b  在这里，一台EDM机床正在加工一个简单的孔径。托盘化加工系统与自动化EDM编程系统的互相结合，使得这一加工方法比使用钻床加工更为有效

按照Berry先生的观点，采用一台坐标测量机决不会有任何意义。他说，在加工后检验一个零件，不会增加任何价值。相反，当该车间最后真的购买了一台三坐标测量机以后，它也只是用于加工前的检验。具体来说，车间中使用的所有EDM电极，每星期要使用好几百根电极，现在都通过了Brown&Sharpe公司的三坐标测量机的检验，该测量机采用由Metris公司（现称Nikon Metrology公司）提供的非接触式激光扫描头。

以这种方式验证电极的几何形状，对交货时间的影响极少。三坐标测量机的电极检验程序可自动生成。事实上，DTE公司也已经为自动创建EDM机床的程序设计了它自己的系统，因此可以正确地使用每一根电极，不易造成人为的误差。

将这一电极加工工艺，与托盘化系统结合在一起，已经为车间创造了一些违反直觉的经济效益。如图所示，一个简单的孔径使用了一台EDM沉孔机进行加工，而不是像任何直观的猜测那样，应该采用钻削加工的方法。然而，Berry先生指出，采用钻削加工所唯一能够节约的将是加工周期时间。但在钻床或加工中心上钻孔，还需人工参与。相反，如果当一台EDM机床刚好处于待机状态的情况下，让其参与孔径的加工生产，那么采用DTE公司的EDM放电加工工艺，可以做到天衣无缝的程度，不会有任何害处。采用这种加工方式，可以将员工解放出来，使他们的注意力集中到具有更高价值的工作任务中去。