GibbsCAM 软件为古老的机器制造零部件

密密麻麻

GibbsCAM 软件为古老的机器制造零部件
0 P8 d3 D3 [! o--摘自《American Machinist》

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Jay Leno 站在他的1831 年产的蒸汽机前，该蒸汽机有两块相同的固定引擎部件。
4 y- V' D, S% X& g0 [在加利福利亚州Burbank 的一家私人汽车修理厂，三人为一位知名的汽车爱好者修理、修复和保养车
" g  K$ ~+ E2 G, p! w% a队。
% h- b" V0 H; t- G" E! |在77000 平方英尺的工厂内有200 台机器，包括老式的和现代的汽车和摩托车，两个固定式蒸汽发动
$ }% I  m2 J8 g4 [% |机，一个17000 平方英尺的车间，车间内有一个设施完备的厨房，老板经常在那里为员工做饭。
- {" r7 ?, O8 r; D  ?车库还是一个环保产品的实验基地，试验生物柴油、通过太阳能电池和风力发电机生成电流，向输电
网络销售剩余电力。
" \, c# H% l% t4 \) b4 m# J" q这里是Big Dog Garage，Tonight Show 的主人Jay Leno 的热情所在和乐园，在这里，他的员工维修
8 m6 u: W$ M6 T5 o各种车辆，让车辆从新上路。

+ m/ }, F4 O4 `; u总经理Bernard Juchli 解释说：“这里不是博物馆，但是一个停车场。Jay 每晚都来这里换车。在休
9 W5 d0 Y0 F  g% \( c+ i息日，他会开四五辆车，经常希望在返回前这些百年老爷车会抛锚。”
2 `& `; [* n% ?3 c有时候修复和维修老式车需要制造一次性零部件来替换那些缺失、旧的或坏掉的零部件。在1991 年
车库开业时，所有这些工作都是外包的。1999 年，情况开始改变，也就是Juchli 准备从自己的公司退休
( H, I2 |! B7 m1 q' S5 w* |加入车库后。
Juchli 曾接受过培训，并从事飞机机械师工作。后来，当为自己的企业制造零部件成为必要后，他又
' h# g2 v) L1 f+ M自学加工。Big Dog 的使命是成为一个加工车间和经营性车库，可以干他们自己的修理和修复工作，Juchli
丰富的从业经验使他得以胜任。


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正在Fadal4020 数控加工中心上用旋转轴把黄铜加工成蒸汽机管理器的下套筒（左侧）。模拟加工渲染（下
面），展现了GibbsCAM 刀路检查功能，显示切削工具和毛坯移动创建蒸汽机管理器下套筒的刀路，“模
拟加工渲染刀路核查功能显示刀具产生的每个操作。”Juchli 说。
  k' Z/ i1 ?2 b2 l/ G: S" L现在，车库用水切割机、焊接设备、手工车床和铣床、钣金加工设备以及其新购的一台配有旋转轴的
& l8 [1 y, c# C( zFadal 4020 数控加工铣床和GibbsCAM 软件独立设计制造几乎所有东西。
“在购买Fadal 机床前，我们把我们不能做的零部件外包让别人做，这对做一次性零部件来说，非常
0 `$ A( I) M+ ]& l7 {昂贵，交付周期还很长。这也使Jay 失去了从修复和维修汽车中获得的一些快乐。他极高的机械悟性使他
对正在进行的项目总是积极参与并非常投入。他每天会打好几个电话，督察情况和进展。”Juchli 说。
' `5 A( d* ~! M) K- X# bJuchli 和工程师Jim Hall 是数控加工中心的新手。对从180 多年前的老爷车到新EcoJet 概念车的机
器而言，他们更应该说是工程师、设计者、制造者和机械师。EcoJet 概念车是该修理厂正在完成的一种未
来派的生物柴油喷气发动机汽车。
他们的工作使得他们成为GibbsCAM 软件和CNC 数控机床的普通用户，但是他们平均每个月都会用它
( p% c& B( O% q& o5 U+ _/ B5 V们进行设计、造型、加工一个零部件，他们这在发掘这些加工工具的价值所在。
Leno 非常满意。

“那是极好的编程软件和伟大的机床。”Leno 说。
: A# \* r! H7 J“要是没有GibbsCAM 软件和CNC 数控加工中心，我们绝不会做出这些零部件来。我们的加工技术还
. `5 ^2 {  C' q9 N/ O相差甚远，但它们完全可以达到这个水平。引进新技术后不久，我们用GibbsCAM 软件来给Ecojet 的分动
器和散热器盖进行造型和编程，然后用铝加工。” Leno 说。
尽管早期获得了很大成功，但Juchli 发现从人工操作机床直接到CAM 加工和数控加工中心比较令人
头疼，完全靠自学。为了弥补这块空白，他参加实体造型的培训，发现培训对修理Leno 的老式机器和1831
年的固定式蒸汽发动机非常有用。
: z( V6 n/ Z9 q* m- S# u+ c0 v蒸汽发动机控制器的下套筒已经修理好几次了，但是一直无法修复。
) ^9 \# T9 [" T, \9 P控制器由两个像飞锤的15 磅钢球组成，径向相对悬挂，与下套筒保持一定距离。随着发动机转速增
加，离心力驱动球向外转动。一个杠杆机械装置把横向摆动转换为垂直摆动，推动下套筒关闭蒸汽阀门。
“如果套筒中止发动机运转，球的外表面会造成严重损害。我们需要有东西可以替换它。”Juchli 说。
他采用了各种量度来量这个旧零部件的尺寸—长大约6.5 英寸，最大宽度为4 英寸，推断精确度和对
称性的尺寸，修补零部件的加剧磨损。他输入几何图形到GibbsCAM 程序中，用GibbsCAM 的实体造型，把
线和曲线做成一个实体模型。然后他再加以修改，使零部件更加美观，因为此部件在蒸汽发动机最显眼的
( O4 U% v  c. D9 ^& @; f9 ]地方，在美观性方面要求较高。
三分之二的零部件是纯圆柱形，因此Juchli 首先在车床上旋转零部件，把宽的一端作为一个实体块，
9 C, F3 H. r! Q然后开始用4 轴数控加工中心进行零部件编程。
他在GibbsCAM 里固定造型，为第四个轴定位，因为它会被放在数控机床上，直接从造型加工成零部
件。
“软件非常棒。要是没有它，我们一定无法完成这些。”—Jay Leno 说。
9 I6 A; i; v: ^! s: N4 r“移换角度加工耳朵或钩环是最复杂的部分，因为我不用该系统软件，也就一次或者一个月两次
吧。”Juchli 说。
* S& @+ _7 u" C7 u7 E& eGibbsCAM 使用一个专门的固定坐标系，由于它的参数可以控制正在加工的零部件旋转。
Juchli 说用GibbsCAM 先进的坐标系定义需要的任何沿面取向系统都比较容易。
一旦做到这一点，“你就可以定位零部件并加工它。坐标系垂直旋转零部件到刀具上，这样你就可以
在X-Y 平面进行加工。我建了一个标准的坐标系，然后一个用于槽，一个用于两端。其余的就很简单
! F  }1 b: V8 R( v$ d/ D; ^. n% @了。”Juchli 说。
) ?8 ]% o& Q- O) X' |9 o他给Fadal 机床做后置处理，用刀具调色板定义五把刀具，然后加工零部件生成NC 代码。
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“然而，作为一个普通用户，我却非常依赖GibbsCAM 软件的模拟加工渲染，用它来做刀路核查，即
& ~- Q1 k, Y, o使是非常简单的零部件也不例外。GibbsCAM 软件的模拟加工渲染功能可以显示刀具运行产生的每一步骤。
GibbsCAM 软件总是给我带来惊喜。每次我用它都能有新的发现。”他说。
他们对此项目非常满意，Juchli 说最终结果是，车库最初的4 轴零部件，外观精美，运转良好。

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0 l& i, ?  Y4 h" i& W这台1831 年的蒸汽发动机换了下套筒，功能齐全—悬浮的球形飞锤黄铜零部件。Jay Leno 收藏在Big Dog
Garage 的发动机带有两个固定引擎部件。
要是另一个零部件意外破损，车库的下一个加工挑战任务就是为一台1906 年产的White Steamer 制
造替换阀门，White Steamer 是作家罢工第一天Leno“毁坏”的一辆车。
" s; z" c7 x6 C( m& y9 aJuchli 已经采用过很多技术来修复损坏的阀门。他用激光扫描阀门，然后将相应数据导入GibbsCAM
进行重组、重新设计、加工零部件。
# m& [. k" b- f" D/ X3 e( P8 N只是偶尔使用CAM 软件和CNC 数控加工中心，工作进展比生产车间要慢一些，但是修复、修理和保养
; O: Q: o1 B" B( K" B4 Y的挑战给Big Dog 车库的员工带来了极大的满足感。他们设计、造型、加工、安装和试用他们自己的零部
件。
“我没有半退休，我每天工作10 到12 个小时，每周工作六天或七天，但我期待每天都工作。”Juchli
* e4 q0 s- y4 D. F6 F说。
他感叹说，车库没有很好应用CAM 软件和CNC 数控加工中心。
/ y( v( I% H2 X) n( w: h“我们设计零部件，生成程序，然后加工一个或者两个。之后，我们就有一段时间不再使用软件或机
' P9 ], H/ n( p# r7 r+ u3 b床。我们都不会成为它们那方面的专家。”
“尽管如此，通过自行保养零部件，GibbsCAM 软件和Fadal 机床已经为我们节省了很多钱和交付时间，
这些都与Jay 密切相关。那就是我们想获得的成功。”他说。
Leno，美国产品与技术的热忱支持者和推动者，非常喜欢GibbsCAM 软件。
“我观看了Jim 和Bernard 给Ecojet 和这台蒸汽发动机零部件编程。GibbsCAM 软件太棒了。要是没
有它我们一定无法完成这些。” Leno 说。
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& I3 F  I5 W$ ]. q. H; r1 q  T编者语
Big Dog 和对年轻人的鞭策
Jay Leno，Tonight Show 的主人，被登在本月《美国机械师 》杂志封面，他正拿着一个为1831 年产
的固定蒸汽发动机做的新零部件。
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Jay Leno 站在他的1831 年产的蒸汽机前，该蒸汽机有两块相同的固定引擎部件。

* O0 O& p& m: r3 l7 C& I  c, KLeno 收藏的发动机是最古老的蒸汽发动机，他的收藏非常有名，在他的私人车库收藏有汽车、摩托车、
蒸汽发动机和其它东西 —被亲切的称为Big Dog Garage。
/ S' t/ ^; A2 X0 M1 P( ]车库是Leno 的自己的私人乐园，大约17000 平方英尺，有一个金属加工车间，配备齐全，有一台CNC
, I3 e& R/ k0 a5 E数控铣床、一台标准铣床、一台车床、一台水切割机床、钣金加工设备和焊接设备。
他的汽车收藏从1909 年的Stanley 蒸汽机和1909 年的Baker 电动汽车，到可追溯到1918 年产于美
国康涅狄格州Hartford 市的Pope 等各式各样经典摩托车，再到2006 年的Corvette 和其它车辆，以及很
多值得收藏的东西，众人艳羡不已。
- f6 X4 ?. z7 B( @7 H. ?0 q6 n# `Leno 拿的新发动机零部件是最近用一个计算机辅助制造编程软件—GibbsCAM—重新设计制造的，因而
它使用年限更久，让发动机运转时间更长。
& D9 k3 F2 r; c7 bLeno 的与众不同之一是他收藏那些汽车、自行车及其它东西的热情。如果你浏览他车库的网站
(www.jaylenosgarage.com)，你可以在网页上看到他谈论的几个零部件的视频。他回顾车辆的历史，谈论
( H2 S! C2 h: H& J他为什么收藏这些东西。其中关于Stanley 蒸汽机的视频特别有意思。
- k* Y/ O4 w* K5 uLeno 很有天赋，他把互联网的使用和他收集手工艺机械的热情结合起来，我希望他的某些才华与热情
7 ]1 A- ~  y9 g  \7 A能影响到更多当代年轻人。
& Z8 u0 H7 D* Y' \1 y# H* W& R# H; D% O你从他的网站获得的最直接信息就是“这些旧机器非常棒，”—如果你了解到这些蒸汽发动机零部件
在GibbsCAM 的帮助下如何重造--可能你就会认为现在在机械车库发生的事情也很酷。
; e3 P$ R6 L. }2 Y事实上，我们已经参观了从Leno 收藏的手工艺机械到更多实用机械。现在的机械没有Big Dog Garage
* a  L# t' X% q5 J$ N% o收藏的产于1938 的Bugatti 汽车的美感。但当时只有少数人买得起那种手工制造的Bugatti 汽车，我们
8 q" K, d; f3 \! `现在制造的汽车数以百万。
某些美学因素被摈弃，因为我们已经从手工时代进入现在的大批量生产时代，但同时，现在探究美学
0 x- v; L' N6 ]3 ?9 D" i的智能集中在令人印象深刻的技术上—CAM 软件包、5 轴机床和这种类似的东西—可以生产我们现在生活
9 s" w' V3 E& ]' v$ U8 ^) b需要的任何东西。
Leno 的网站指出他在车库建立机械车间是因为你不能到当地的汽车零部件商店找到一个世纪前造的
汽车的零部件。
但那真的与我们厂商每天干的不一样吗？毕竟，你不能在一本工业目录上找到波音飞机最新推出的
787 Dreamliner 飞机的机翼零部件—换言之，2009 年以及2009 年之后将制造的任何汽车或摩托车零部件。
这些零部件也将产自机械车间。他们将从一个定做的一次性模型开始。如果有词可以形容正在机械车
间做的工作有多“酷”，我不知道会是什么词。
0 t5 c( _! e, s9 F" Z需要借助多媒体来表述—你在Leno 的网站看到的那类多媒体—提供相关信息，和那些在校孩子们偏
& t2 D- ]$ a+ }4 I* I  r好的表述类型—孩子们是这个行业所需的人才--Leno 的网站对于那些想吸引年轻人进入这个行业的人来
说是一个很好的资源。
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主编：Bruce Vernyi