航空公司不断变化的需要促使机加工企业不得不持续不断地提高自己的工艺和设备水平，以提升整体的竞争力。

CNC Industries（位于印第安纳州Fort Wayne）是一家机加工企业，多年来一直为航空业的客户提供着服务。事实上，航空业的业务占据了该公司50%以上的业务量。实践已经表明，为航空业提供服务的挑战性已经越来越高了，CNC Industries公司的首席财务官和IT经理Steven Deam Jr.对此做出了解释。以前，航空公司只要能找到有能力为其加工复杂部件的企业就会觉得心满意足了。但是，也不过就在最近几年间，机加工业务的定价承受了很大的压力，Deam先生强调说，这在很大程度上是因为目前大部分的机加工企业都能够完成这一类的加工任务了。与此同时，随着JIT制造方式的转变，航空公司在一定程度上也在不断地减少规模加工的批次。在某些情况下，航空公司会在整体上放弃自己的内部制造能力，而是采取一种“设计和集成”的模式，依靠供应商来设计用于制造其所需零部件的工艺。这样的挑战促使CNC Industries公司不得不做出根本性的改变，以便尽可能地降低自己的生产成本，同时思考自己还应当做出哪些改变以保持市场竞争力。

图1  随着CNC Industries公司对放弃3轴加工业务的经营思想的转变，该公司购买了4轴和5轴转床用于自己的Haas VF机床

整合4轴和5轴机加工

2012年，CNC Industries开始减少3轴加工作业，转而利用4轴和5轴机加工所具备的优势。但是，该公司并没有采购新的5轴机床，而是添置了3台Haas转台，这些转台可供其现有的一系列VF机床使用（图1）。这些转床的特点是采用了大直径、铝铜合金蜗轮与硬化至60HRc的磨光钢蜗杆来相互配合工作。由于转台的蜗轮在切削加工时是将其安装到主轴上的，而不仅是将成品蜗轮安装到主轴上，所以可以在切削加工时达到高精度定位。每支装配完成的主轴均是专门配备在CNC滚齿机上以确保加工偏心率达到2μm以下的设备，然后由蜗轮接受精密切削，以确保大直径滚珠轴承与蜗轮之间的同心度。

Deam先生表示，使用这3台转台进行4轴和5轴机加工的主要优点在于它们大幅度减少了部件夹装操作的工作量。目前，将一系列机加工工序整合在一起并在同一台机床上完成，这就意味着员工需要触及工件的次数少了，这样的好处是使得员工常常可以同时照看多台机床的运转情况，且大幅度削减了之前在机床上分步加工时所需要的原料存量以及半成品产生数量。

图2  该公司采用的转位器让操作人员可以一次装载多个部件并进行长时间加工，而无需在3轴加工当中不断地装卸部件

加工一个相对简单的方形部件就是一个很好的示例，能够说明CNC Industries如何利用5轴加工的优点。在一个小型铝制方块部件的加工中，只要求在全部6个面上加工少量的孔，而每一面上的加工用时约为1~2min。以前，需要一位操作员在3轴机床上逐个手动加载零件。而如今，通过一台4轴转床，操作员就可以一次加载8个部件，并在3.5h内完成全部8个部件的加工，然后再向机床装载一批全新的部件（图2）。

当然，与3轴机加工相比，4轴和5轴机加工方式要求在编程方面做出不同的考虑。CNC Industries的工厂经理Dustin Kimbrell阐释道，编程员必须牢记，即使很小的调整，诸如加工转换，都会影响到转动轴和线性轴。这就是为什么编程员可以合理地将A轴转台的中心线指定为共用零点位置，这样就可以在转台旋转时让零点位置不发生改变（图3）。

一次装卡完成多轴机加工也有助于保持复杂部件表面的加工精度。如飞机机翼部件就非常适用于采用4轴机加工，因为其所有表面之间不存在正交关系。在4个轴上定位可以让其4个面在一次装卡内完成机加工。但是，加工这种部件所具有的挑战性在于无法向加工厂提供3D实体模型。作为替代，客户提供了举升面数据，即横截面曲线数据，在加工中须通过此项数据来生成部件模型。但是，CNC Industries公司采用了Solidworks来生成模型，可以直接将此模型导入DP Technology出品的Esprit CAM软件包来生成刀具路径。

图3  这种向5轴机加工的转变促使了企业在编程工作上进行思维方式的转变。目前编程员已经可以将A轴转台的中心线指定为共用的零位位置，从而在转台旋转时，此零点位置不会改变

转向采用3D CAM

CNC Industries新购的配备4轴和4轴模块的Esprit CAM软件包替换了其原有的2D CAM软件。Deam先生表示，除了能够直接导入Solidworks模型以外，Esprit软件包还为这家企业所承接的复杂任务提供了一系列的好处。与之前的CAM软件不同，Esprit充分利用了该公司4核计算机的能力，大幅减少了程序计算用时。例如，如果采用之前的CAM软件来做出刀具改换，那些程序重新处理需要费时2.5h。而通过利用4核计算能力，同样的改变处理时间只需几分钟。

CNC Industries还赞扬了Esprit所提供的增强仿真功能。这项功能对于确保企业目前开展的更为复杂的4轴和5轴加工过程中避免碰撞具有特别重要的意义。Deam先生还强调，Esprit的经销商Midwest CAM在其重新编程现有3轴加工任务以便在4轴和5轴设备上运行时还提供了后置处理器，这很有帮助。

提升ERP系统

Deam先生本人拥有计算机科学系的理学学士学位。在1997年，他就开始开发一款定制分布式ERP系统——JobManager。他采用Microsoft Visual Basic编写了这套基于SQL服务器的系统，此系统提供了企业当前和未来需要进行定制加工的灵活性。其界面在设计上具有充分的直观易懂的特性，具备不同程度计算机经验的员工都能够轻松地在系统内浏览并迅速找到自己所需的信息。而CNC Industries共有50个计算机站（每台CNC机床内都有1个）。Deam先生还表示，只需点击一两下鼠标就可以在任何计算机站内访问必要的文档或数据（图4）。

图4  每一台CNC机床上的计算机站都可为操作者提供功能强大、内部编程的ERP系统的访问权限和他们所需要的全部信息。这套系统本质上体现出来的充分灵活性让该公司能够进行改造来满足不断变化的需要

主要操作界面列出了关键信息，诸如作业编号、图纸号、批次规模、存货水平和加工次序等。操作者可以点击查看各种文档，包括任何作业的图纸、夹装指导、夹装照片、检测报告和刀具清单。这个界面内包括了一个电子时间卡，保证选项卡能够准时出现，专用于执行不同的作业。在过去，每天都会有大叠的纸质时间卡送到办公室等待键入系统。现在，这些数据会由操作者在自己班次结束时进行自动上传。

CNC Industries继续对这套系统做出了改进。目前公司正在使用JobManager II来执行深入分析，以便更好地了解任何给定部件的机加工成本。Deam先生表示，这样公司就能够生成更为精确的报价，同时良好地记录每项已完成作业的精确信息。

提供额外培训

CNC Industries正在逐步提升为自己的编程人员和车间员工提供的培训。公司强制实施编程员培训措施，并且经常委派DP Technology代表来帮助工程设计员工在编写4轴和5轴程序时达到更为熟练的程度。

对于车间现场的员工，CNC Industries目前向他们提供了对精选Tooling U在线课程的访问权，课程选择针对于该公司典型的作业进行。过去，公司会为完成了职位相关培训课程的员工报销。目前，员工可以在业余时间使用公司计算机来访问预付费的Tooling U课程。

图5  这台Okuma LM车削中心配备了双主轴和双转盘，并具有实时工具切换功能，可年产5万件野外车的悬挂部件

不断前进发展

作为一家拥有50位员工的小型机加工企业，CNC Industries从来没有想过单元化制造也适用于自己的加工业务。对于通用部件系列的加工来说，开发机加工单元尚处于早期规划阶段。而目前，该公司正在围绕现有机床地点构建单元，以实现遵循单元制造战略，将管理人员和车间现场员工的责任进行最好的转移。一旦建立了有效的工序，就将实体搬运设备并将其配置成单元。此外，这套ERP系统将接受改造，这是因为目前的一些任务将分配给配备多台机床和多位操作者的制造单元，而不是分配给单个操作员。

CNC Industries正在考虑添置更大型的机床，包括HMC，以适应加工更大的工件。该公司最近完成了一项被Deam先生称为“雄心勃勃”的扩张行动，即在其现有的30000ft2（1ft=304.8mm）厂房面积上又添加25000ft2的楼面空间。就目前而言，该公司还没有需要在这块空间内配备新机床的业务，Deam先生开玩笑说，这个新厂区是一个非常昂贵的仓贮设施。这次扩张提供了一种灵活性，让公司可以购置新型设备，进行最优秀的配置，以满足未来加工的需求。

最终，CNC Industries再次思考了自己的客户基础。尽管该公司在任何时间都拥有一家或两家首要客户，但公司确立了一个目标，将每一家客户的业务量限制为不超过其总销售额的20%，这样就让企业可以更好地适应行业循环波动的特性。CNC Industries还致力于将业务扩张至不同的行业以实现多元化经营。例如，公司正在寻找更多的与政府和国防工程相关的业务。CNC Industries最近为一些细分市场生产了部件，其中包括高端野外车和运动产品配件（图5）。最终，这些设备和工艺上的改变将让CNC Industries在其他行业的加工任务中更具有竞争优势。