GibbsCAM 在巨型零件加工上的应用

密密麻麻

* w; r2 I! v; v' h2 d4 \0 gGibbsCAM 在巨型零件加工上的应用
客户名称：比塞洛斯国际公司
网址：www.bucyrus.com/zh/home.aspx
难点：巨型工件安装定位困难，估算加工时间困难
解决方案：采用GibbsCAM软件
结果：支持直角铣头减少加工和装卡时间，生成加工工艺报告（BOM 表）[备注：直角铣头是专为
龙门式数控铣床、加工中心设计的，可以将立式加工轴转换为卧式加工轴，实现一次装夹工件，完
成水平面及垂直面的孔和平面的加工。该附件极大地扩展了机床的加工范围，减少了因为立式、卧式加工工
- O# f- D8 _( G3 w7 u( m8 j序转换带来的工件二次装夹或转运，提高了工作效率，同时又可提高零件的加工精度]。
, @8 |( e0 h9 J加工一个装配后重达16,800,000 磅 ，全部铺开需要一个半足球场的巨型零件，其面对难度
' s9 q: f( w2 Q% ?1 N  f7 ]完全不同于一般车间加工厂。
不同于一般工厂的主要是处理复杂的几何问题和其他加工问题，加工巨型零件最困难的是处理
  q- l& N& t( s+ [0 z* w不同加工工序间的位置移动和再定位。
/ s- V* H4 P. h比塞洛斯国际公司位于美国威斯康星州东南部的密尔沃基市，是一个生产煤、矿、石油等露天
/ B+ K) S) E  G( \4 E& \6 p开采用挖掘机械的厂商。比塞洛斯国际公司使用GibbsCAM软件，使加工操作次数大大减少，从而
( d" o* j$ t9 H0 U. N8 |缩短了花在多次调整巨型工件上的时间。另外，GibbsCAM软件的仿真功能避免贵重零部件的损坏，同时，
它的报告功能还可以帮助车间估算加工时间和零部件的成本。
! U" {+ Z3 O. S) E除了1942年至1945年这三年公司60%的产品都投入到军工产品生产外，自其1880年成立以来，
比塞洛斯国际公司一直致力于挖掘机，索斗铲（一种挖掘机）和钻孔机生产。该公司80%的销售区
: O+ C; ^" [7 v" ^0 O+ Q域在美国国外，该公司能在激烈的竞争中生存与发展起来，都归功于75年来在露天采矿领域取得的
  \4 e, O6 I' a. |% j成功，以及对竞争对手成功收购的结果。2007年对德国采矿设备公司DBT GmbH的成功收购，使比
' v& t0 s6 w: U7 H2 B% p1 V2 J4 {塞洛斯国际公司的业务范围扩展到地下采矿领域，雇员总数增加到6000名。自1893年，比塞洛斯国
际公司总部设在美国威斯康星州南部密尔沃基市的工厂，现在已有近1400名员工。这其中包括7名
编程人员，他们为车间超过25台数控机床提供技术支持，这些机床主要为比塞洛斯国际公司以及所
, j2 {5 D+ z9 U2 D收购的公司制造生产所有零部件和配件。
' Q0 V5 C; V- K+ ~) F* p4 G9 X- [该车间配备了各种中型到大型的 HMC（卧式加工中心）,VMC（立式加工中心）和车床，但调
配大型零部件的数控中心是二台相同的英格索尔机床。
这个转向架构架是由多个钢板焊接成的焊成件。焊接后，它经过喷砂和喷漆处理，然后被运送
到流水线上，流水线在加工之前就已做好标记，用来确保所有的面有足够的余量，从而保证加工出
合格成品尺寸。
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比塞洛斯国际公司使用软件内置的数据报告来输出GibbsCAM的数据，从而获得所有工序的详
0 I6 s) N4 j% _细信息包括精确估算的工作量，完整的定位和调整过程、所有刀具和工艺表单。
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3 ^& D2 O! B+ ^. a5 x/ N英赛-贝拉尔蒂股份公司 Aries 3 型卧式镗床，配有 130 马力的主轴发动机，X 轴行程达 670
% `% j* i& }) u& u英寸，Y轴行程达 216 英寸，有 Z 轴和 W 轴，并安装有数可装卡数十个刀柄，带自动换刀装置
& K6 |- y+ i" m$ J* l. W的刀具库。比塞洛斯国际公司使用 SolidWorks软件进行零件建模，使用Cadra软件进行2D制图。编
, E" b# {: U8 B) p& `7 t) O程人员导入SolidWorks件建好的模型和Cadra软件二维图形到GibbsCAM软件中生成NC代码。“有时
候，我们不得不使用上个世纪20年代的图纸来为还在使用老设备的客户制造备件，”车间编程主管
0 A, [3 P* ^3 ^& v( h0 oJim Koehler 说，“在我记忆中，我们从来没有让需要备件的客户失望过。”
! K9 m% o# l6 N! N0 D* A, I2 g当遇到没有现成的CAD模型时，编程人员就使用GibbsCAM来创建几何图形。大多数零件几何
学简单，用2.5轴加工即可。然而，Koehler先生表示，简单的几何图形并不意味着简单的工作。除
2 H! ]$ S8 g9 L9 a3 ^, I4 g" H了需要极大地减少工件安装和定位校正的时间外，编程人员还负责为其它相关部门提供精确的估算
加工时间。
GibbsCAM软件如何帮助车间实现这些目标？我们通过为一个公司生产电动挖掘机车架和桁梁
7 \; C) |# ?2 g; Q- E$ M的案例来说明。这台挖掘机设计为每天工作24小时，每周工作7天，由一个2600马力的发动机和多
台700马力的发动机驱动，总重量超过1400吨，有67英尺长的桁梁，每次能够挖掘120吨的泥土，驾
3 ^% X, R+ p. C" ^( k0 G驶室有三层楼高。
“这些机器是我在比塞洛斯国际公司10年以来见过最庞大的机器，从来没有过一台机器在这里组
装。”Koehler 先生说，“这些机器都是在矿区现场组装起来的。”车架和桁梁是挖掘机装配中最大的
6 _% a8 ^  q  h# D+ H  a+ _两个机械部件。车架安装在机械履带牵引装置（轨道）的顶部支持旋转架，旋转架通过一套齿轮和
巨大的轴承系统独立于车架。桁梁作为挖掘机的连接点，支持滑轮系统和钢索。
Koehler 先生说，加工这些钢质车架需要花费好几天时间。“这些零部件放在工作台上，与镗刀
杆分开，”他解释说。“跟加工小型工件不同，由于工作台操作的尺寸有限，我们不能使用转盘，而是
通过翻转零部件来进行加工”。但翻转零部件，绝对不是一件轻而易举的事。这个矩形车架重20万
磅，长30多英尺，厚15英尺，高8英尺。要用两台起重机和焊接的吊耳来抬起和移动车架。机床操
' Y; j$ l+ B" E1 p) y7 l& f8 Q作人员通过分度表和块规来转换角度和对准零件。
# J6 U* t2 f/ [8 T7 G9 p; r由于GibbsCAM软件支持 直角铣头，车间把加工工序从五道降为三道，这样不同工序中设定
9 }0 O) E$ E& B: y4 \( `. M5 n9 n零件所用的时间就极大缩短，这个车架的加工过程中，机床闲置时间就缩短了12个小时。
在桁梁加工过程中使用GibbsCAM软件驱动直角铣头也可以节省时间。这种桁梁连接滑轮系
, [- v. u# I0 e: T/ b: C# L统、钢索和铲斗，宽度超过了12 英尺，长度超过70 英尺 。
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8 |8 j$ j: I1 u' V" r; |+ }/ p尽管加工量不大，但零件垂直安装有困难，车间使用 直角铣头 来切削整个零部件，由于零件
很长，在加工过程中也必须翻转一次。
尽管如此，公司还是实现了时间和人力成本的节省，与在车架上节省的时间相当。该公司还十
$ G. B6 c8 C' `, I4 X# S分依赖GibbsCAM 软件的仿真模拟来检验加工前的刀路。
由于比塞洛斯国际公司的挖掘机通常在千里之外组装，并且部件的造价很高，所以刀路检验非
常重要。
! p2 n' n6 Q7 `- \0 j“当编程人员看了刀路模拟后，他们对自己的程序相当自信。”Koehler 先生说，“我们确信程序
" s7 C& d; C2 Q  h1 F3 ?到车间时只加工我们想要的如何做和只要做的”。GibbsCAM 的预估时间也为车间安排计划提供了很
大帮助。
2 Y4 l5 R1 z) ~+ w+ F/ [7 G  s; a软件可以自动生成通用的BOM表，但比塞洛斯国际公司的要求更高，不过 Koehler 先生可以定
制自己所需的报告格式。编程人员从软件中提取所有可用信息到 Excel 电子表格中，Koehler 先生
7 F+ i% ]& x" C; [; g  X说：“我们使用它来生成完整的报告包括刀具列表、各种安装定位参数和工艺参数。通过一个个工
序，显示出做一个零件需要的时间”。编程人员也为车间28台机床定制程序。
( h2 i( i" x; ?7 S, I建立或变更一个程序后，通过软件来生成定位参数、刀具列表和工艺参数，与程序完全匹配，
然后，他们重新设定工作流程，以准确匹配安装定位时间和加工时间。这些数据用来评估交付期和
产品成本。“它简直太棒了！”Koehler 先生说，“这些信息至关重要，我们现在从 GibbsCAM 软件
5 V: U" _1 F- D, {! W; Y! w, X8 [0 J就能获得，无需花费时间去车间调研。”

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零件太大了没有见过