图1 当耳轴将转台转动到水平位置时，此车铣复合机床就准备好像大型卡盘车床一样运转了。如此处所示，部分延展的刀具主轴可以完全缩回到右侧的开口中，这是一项重要的功能，因为钟形物及其夹具之间几乎没有间隙

对于Stein Seal公司来说，有一种零件的绰号叫“钟”，这么称呼是适当的，其原因在于钛制轴承和密封支座的形状就很像一个钟。这个航空组件的嘴部约有12 in(1 in=25.4 mm)高、18 in的直径，它在空腔的封闭端深处有许多重要功能，包括轴承接触面和底切，这些特性上的公差为±0.000 5 in。这些精密公差是必要的，其原因在于表现了对零件功能不可或缺的精密轴承接口的特点。

Stein Seal公司制造经理Gary Schuler讲道：“在2013年，当客户第一次联系我们有关加工此零件事宜时，我们向他们保证可以做得到。当然我们的技术能力也能够提供保障。”零件的复杂性和精度符合公司主要业务中航空航天发动机的密封要求。

牵扯在内的初始流程计划涉及垂直车铣机床上约40 h的加工处理时间。整个时间中只有20 h可以代表金属切削操作，因为这个计划需要一连串的切削、探测、补偿程序、再切削，因此，非加工时间是重要的，多个夹具和定位程序被添加到无法给加工零件带来价值的时间中。

然而，Stein Seal公司同意把钟形物投入生产中，原因就在于它找到了能够减少无效时间并简化金属切削操作的方法。当来自Jones Kinden公司的销售工程师Scott Thomas向Schuler及其团队展示了载有他们从未见过的机床宣传图册时，公司当时打算投资采购一些可专门用于加工此零件的新型垂直车铣复合机床。Jones Kinden最近成为了Grob Systems公司的代理。Grob公司是一家总部在德国、致力于为汽车制造商供应大型、自动化加工及装配系统的机床制造商，该公司选择了这个经销商，以扩大其独立机床的销售。宣传图册中所描述的Grob通用机床有几个独特的特性和功能完全改变了Stein Seal公司对钟形物零件的加工思路。

最明显的是：Grob公司的车铣复合机床有一个卧式加工主轴，它配有可完全颠倒工作台的一个单边耳轴。工作台可以适于重型车削操作的速度，以旋转工件。在零件加工思路中出现的预料之外转机最终促成Stein Seal公司从Grob购买了G550T通用机床。正是能够采用水平主轴在机床上执行车削作业的能力，使这项技术搞定了加工项目。

然而，在翻新钟形物的方案中，采用与众不同的车铣类型只是其中的一个组成部分。要完成整个方案，还需要具备一个托盘穿梭系统、精密加载中心、两种类型的探测器以及一个特殊的切削刀具方案。在这些工具全都就位的情况下，Stein Seal公司现在可以采用两个托盘化夹具(一个用于加工钟形物的外面，一个用于里面的加工)，存在无人值守模式下通宵运转钟形物。这样做可以保证在一个为期12 h的班次中完成对钟形物的加工，可减少整个加工时间的66%。

试样众多的密封

Stein Seal公司初成立的初衷就是成为专业从事尖端技术应用领域所需各种密封设计的工程公司。该公司的创始人Philip Stein Sr.曾经发明了圆周密封，可使转动部件阻塞相邻腔室之间的气体或材料通道，对于现代喷气发动机和发电涡轮机的设计而言，这些密封是不可或缺的，该公司于1955年起就开始制造这样的密封。

图2 Gary Schuler将钛制钟形物外壳向前倾斜，以便展示其腔内的复杂几何形状，内径是指零件的梢端尺寸，主要包括凸缘、凹槽、底切以及被间隙打断的台肩

如今，Stein Seal公司主要从事各种密封件的设计、建造、加工和测试，涉及到的应用领域涵盖商用及军用飞机的喷气发动机、涡轮机、压缩机、泵和许多其他组件。该公司最出名的要数其为航空发动机设计和制造的圆周密封，这些密封的两个主要组件是金属外壳以及碳石墨环部分，Stein Seal公司的碳石墨组件专利技术可能是其最为引以自豪的成就。

公司在工程制造方面的雄厚底蕴反映在训练有素、最新式的制造实践方面。例如，自上世纪八十年代起，公司就确立了精益生产、加工单元和六西格玛质量方案，并不断地在更新。这是一个重要的事实，因为它解释了已推出新机床及其辅助设备得以部署的背景。Stein Seal公司能够通过将其精心设计且专业实施的系统用于实现自动化并简化生产能力，从而使机床的独特特点和生产能力实现价值最大化。所有这些都归功于在实现其成本和质量目标过程中，取得了钟形物外壳制造的卓越成功。为了解所有这些要素如何达到彼此协调的效果，最好从其加工中心的Grob G550T开始。

车削台

如前所述，吸引Schuler及其团队注意的G550T首个特点就是加工主轴的水平定向，Schuler讲道：“因为钟形物在其空腔底部具有严格的公差和具有挑战性的特性。首先，我们需要长刀具，以到达空腔内。再者，清除切屑是困难的。”

从卧式机床的侧面进入可以缓解这两个问题，可以用一个更短的刀具插入空腔，突出6 in，而不是14 in，这样切屑就不会陷入钟形物的底部。让人开眼界的另一特性是垂直Y轴立柱上可旋转、转动的工作台。Schuler讲道：“我们从来没有见过像这样配置的机床，当我们看到旋转和转动功能被结合到工作台时，都感到很兴奋。”这个设计能够使机器具备完整的五轴加工能力，并可将其作为通用机床。也就是说，工作台可以在垂直位置抓住一个零件，或将其旋转90°，进行水平作业。在两种位置中，工作台均可以800次/min的转数进行旋转，扭矩可达到1025 lbf·ft(1 lbf·ft=1.356 N·m)，赋予机床真正的车削能力。事实上，可将工作台旋转180°，即将零件完全颠倒地翻转。Schuler评论：“我们以往从不晓得还有这样功能的机床，起初，我们以为利用这种180°旋转功能来清除切屑，就像把一碗麦片粥倾倒出来一样。事实证明，当零件面向两侧时，高压切削剂就足以把切屑吹出来。”

虽然Schuler对G550T的设计感到意外，同样地，与作为机床制造者的Grob公司相“邂逅”，也算是一个惊喜。Schuler讲道：“以前从未听说过这家公司，我们所有其他数控机床都是熟悉的德国或日本品牌，为此我们得找出Grob公司的身世。”对车铣复合机床的最初兴趣促使他造访了Grob设在布拉夫顿的美国工厂，来自Stein Seal公司的车间主管兼数控程序员Ted Barone陪同他一起前往参观。

他们发现Grob是欧洲最大的机床制造商之一，其下属的俄亥俄州工厂在机床建造能力方面，与公司的德国明德尔海姆总部不相上下，只是规模上稍小一些。在过去10年左右的时间里，Grob还一直致力于研发独立的通用加工中心，并在全球范围内积极开展营销。

Stein Seal公司对布拉夫顿的访问不仅仅是一次以了解情况为目的的对话，Schuler讲道：“我们想就G550T技术的一些具体特点做下咨询，想借此机会去看看。”例如，他和Barone想实地检查旋转工作台的刚度是否有保证，因为它仅被固定在一侧。呈现在他们眼前的是，粗大的机床立柱支撑了工作台的重量，他们俩有机会深刻了解使刚度实现最大化的设计和建造能力。

同样地，他们可以看到，为工作台提供动力的直驱式转矩电动机可输出切削作业所需的充足速度和力度，这个电机的紧凑性可为旋转180°添加灵活性，同时也可将间隙问题最小化。Schuler回忆道：“我们想要探索的另一个设计特性就是完全可伸缩的加工主轴。”因为加工主轴拉回到机床立柱，所以它可以完全避开工作台的旋转动作。对于钟形物来讲，必须具备可供使用的工作区，以容纳及其特殊的夹具。最后，Schuler和Barone想讨论一下托盘转换系统、托盘存储单元和精密加载中心的相关细节。 这次参观后不久，有关购入车铣复合机床所需的一切批准程序便全部到位。

不只是机床

对于钟形物(无效时间最少)的可靠无人值守生产而言，Stein Seal公司认同四项主要要求:托盘化运输、机外零部件认证、机上探测以及有效的工装。

托盘化：它是一个与车铣相接的托盘系统，可实现托盘装载、卸载的自动化，这个系统由德国的Schuler公司制造(跟Stein Seal公司的Gary Schuler无关)。目前，它可容纳10个托盘站，但当第二台G550T购入时，就可以增加到20个站。在无人值守模式下，托盘转换大约需要20 s，所以，在加工时间中，几乎不存在损失。

精密加载中心：这个定制工作站概念起源于Stein Seal公司，当时，对最初加工计划的分析揭示了将被用于设置和夹具的时间量。在此机外的零件经认证之后，托盘系统将零件位置保持在0.000 1 in。当托盘被转移到机床的工作台时，金属切削便可立即开始。

为补充加载中心的概念，Stein Seal公司设想了两个定制夹具，一个对应于内径加工，一个对应于外径加工，Dentech是当地的以及刀具和夹具厂商追随这个线索并建造所需的夹具。每个夹具被永久性地安装在一个托盘上。当钟形物被手工放入鼓形夹具中，采用一个装弹簧的气缸来固定钟形物。然后，一旦零件位置在加载中心被调到零处，则采用液压进行最后的夹紧。随后，托盘返回到存储单元，通宵等待在机床上进行切削。

探测：存储于换刀装置中的触发探测器有三个用途。当托盘穿梭到工作台上时，它可检查零件位置和夹紧压力。它被再次带出，用于检查第一加工操作的结果。从这些检验结果中，可以自动计算出完成循环所需的精轧孔型数值。在托盘返回存储单元之前，再次对已完工的钟形物进行探测。在向用户交换之前，不再对已通过探测的零件进行复检。

采用激光刀具测量探针对破损刀具进行检查，并更新数控程序中的切刀偏移数据。刀具在用于主轴之前，需要进行检查。Grob机床中的60站刀具库与经扩展刀具存储单元(可容纳145个额外的切削刀具)接口连接。如果发现已选刀具发生磨损或破裂，则多余的刀具可防止停机。

切削刀具方案：当Stein Seal公司规划钟形物翻新项目时，并没有将切削刀具当作事后的想法。公司与Seco公司合作，以获得经推荐的刀具选择和加工参数。Seco司还提供了特殊刀具，包括带低径向跳动的长刀杆，以便深入到零件空腔进行操作。

图3 在白天期间，Ciccone为Stein Seal公司的工业密封运行了各零部件

结合这一努力，Barone开创了几个重要的工序流程变更，以促进可靠的无人操作。例如，采用铣削操作取代被中断的车削，以避免已磨损硬质合金不合时宜地转位。他也应用一些高速加工技术来提高金属切削率，并改善切削的表面粗糙度，这种方法被证明是可行的。此外，采用了Seco公司的喷射切削液夹具，因为在镶块顶端输送切削液高压流可显著改善其刀刃寿命，同时也解决了排屑问题。

整体上获得成功

在安装机床和设置新流程的路上也经历了种种的磕磕绊绊。但幸运的是，它们都没有造成严重的问题。得到经验教训是：机床的买家、机床制造商和机床经销商必须共同努力，及时解决出现的任何问题。

例如，Barone表示，开发一个可行的后处理程序需要花费一段时间，因为从垂直加工切换到水平加工，会让标志数据难以与轴运动保持适当相关性。实现西门子机床控制与Schuler托盘转换器及存储单元的接口涉及需要对系统最初连接时被忽视的一些软件更新进行协调。同样，给自动换刀装置集成经扩展的刀具库也遇到了一些类似的软件故障。习惯于一些特殊的Grob例行程序(被添加到西门子数控软件中)也使得该零件的学习曲线稍微有点陡。

解决这些问题花费了大约一年的时间，在现有的垂直车铣机床上进行该零件的试验性生产使公司实现了向G550T的平稳、逐渐过渡。参与这个项目的所有成员继续学习更多关于生产周期的知识，并寻找改进和测试新理念的途径。人们认为：从加工钟形物中所获得生产方法也可以运用到其他零部件(无论是在生产中，还是处于提案阶段)。

与Mike会晤

Mike Ciccone负责Grob公司的车铣复合机床业务运作。作为Stein Seal公司见习项目的毕业生，Ciccone与这台机床的渊源可以几乎追溯到自其最初被考虑运用之时。Ciccone回忆称：“最初，我们有一个更有经验的机械师想要得到此项任务，而Mike当时作为他的替补，Mike很快掌握了控操作系统，并在处理托盘转换器、托盘存储系统、加载中心等细节方面展示了巧妙的手法。”

Ciccone在机床安装期间的主要工作包括：检查并验证数控程序、组织并保持专用刀具及镶块坯料，并为新的生产单元建立定期维护及内务处理程序。如今，Ciccone在首班期间，负责保持各种密封外壳零件处于生产状态，同时承担作为主操作员的日常职责。在日班结束之前，他会确保机床以及钟形外壳准备好运转一个夜晚，他将它们载入托盘夹具之中，并放置在存储单元。