駐地設(shè)在Biedenkopf-Wallau的Meisser股份公司有著一段不平靜的歷史，在90年前，由Theodor Meissner建立了一家模具制造企業(yè)。約在15年前，這家企業(yè)陷入了財(cái)務(wù)困境。后來(lái)，通過(guò)從家族企業(yè)轉(zhuǎn)變成由職工參股的股份公司，才從困境中走出來(lái)。從那時(shí)起，Meissner股份公司走上了成功之路。該公司的總經(jīng)理說(shuō)：“我們?cè)谶@15年里沒(méi)有收購(gòu)其他的公司，而是通過(guò)業(yè)務(wù)機(jī)構(gòu)的擴(kuò)展使我們的職工幾乎增長(zhǎng)了一倍。即使在價(jià)格下跌的情況下，我們的銷售額甚至增長(zhǎng)了三倍。目前，公司擁有300名職工，從而使我們算得上是德國(guó)一家獨(dú)立的模具制造行業(yè)里的最大企業(yè)。”

    Meissner股份公司的產(chǎn)品線主要是供汽車工業(yè)使用的模具，這些模具分為三類：一是用于鑄造發(fā)動(dòng)機(jī)缸體、缸蓋和其他鑄件的模具；二是主要用來(lái)制造燃料箱和注油管的吹模；三是生產(chǎn)各種不同材料的汽車外殼零件用的模具。

    對(duì)于成功的模式，作了如下的回答：“企業(yè)的成功首先是職工的功勞。他們有相當(dāng)多的專業(yè)知識(shí)，并有著很高的工作積極性。對(duì)此，也許可以用我們這種股權(quán)多數(shù)由職工持有的股份公司的獎(jiǎng)勵(lì)模式來(lái)作回答。這促進(jìn)了每一個(gè)職工像企業(yè)主那樣盡責(zé)地工作，并把它體現(xiàn)在高品質(zhì)的產(chǎn)品上。” 除了技術(shù)力量雄厚的設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)部門(mén)外，總經(jīng)理強(qiáng)調(diào)了機(jī)械加工的重要性。根據(jù)他的陳述，在機(jī)械加工方面約占投資的80%。因?yàn)樵谶@里，可以通過(guò)加工過(guò)程的優(yōu)化來(lái)獲得最多的利益。

五軸加工創(chuàng)造競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)

    優(yōu)化加工的重要組成部分是越來(lái)越多地轉(zhuǎn)向五軸銑削，26臺(tái)銑床中的14臺(tái)機(jī)床早就適合于進(jìn)行五軸聯(lián)動(dòng)切削。對(duì)于總經(jīng)理來(lái)說(shuō)，這主要是出于經(jīng)濟(jì)上的原因。他在陳述理由時(shí)說(shuō)：“我們?cè)趯?duì)從編程到加工出成品件作整體考慮時(shí)，在大多數(shù)情況下，五軸加工要比3軸加工達(dá)到更短的工藝流程時(shí)間和較低的單件成本。”機(jī)械加工部門(mén)的領(lǐng)導(dǎo)Reinhard Hackler先生詳細(xì)解釋道：“縮短生產(chǎn)工藝流程的時(shí)間，其中是由諸如完全取消了工件工序間的換夾而獲得的。同樣，放棄了電火花加工，也就無(wú)需再制造電極了，這就意味著十分可觀的節(jié)省。”作為其他的優(yōu)點(diǎn)，他認(rèn)為是提高了工件的表面質(zhì)量和尺寸精度。達(dá)到這樣的加工成果，其原因在于，五軸銑削時(shí)，通過(guò)銑刀的偏擺可以避免刀具較大的懸伸。較短的銑刀有利于采用較高的切削用量和較大的切屑橫截面，有利于承受較大的徑向力。還可以降低切削刀刃上的振動(dòng)。因此可以使用小直徑銑刀，使用這樣的銑刀加工時(shí)，工件表面上殘留的材料較少，這就用不著再進(jìn)行后繼加工。

    圖1 Work NC用于五軸銑削

    Reinhard Hackler先生以Meissner公司的典型實(shí)例論證道：“對(duì)于采用砂型制造轎車發(fā)動(dòng)機(jī)缸體的、幾何形狀相當(dāng)復(fù)雜的成型模，我們大部分是通過(guò)五軸銑削來(lái)加工的。對(duì)于這種加工，用來(lái)進(jìn)行半精加工和精加工常常采用4至6把刀具就足夠了，例如，銑刀D16用于平面范圍的加工，直徑為D8，D6和D4~D1的球頭銑刀用來(lái)加工輪廓。如果采用3軸銑削，也許刀具的數(shù)量要增加一倍。”

    令人印象深刻的是降低了模具的成本，Reinhard Hackler先生列舉了下列理由：“由于降低了切削刀刃上的振動(dòng)，從而提高了刀具的使用壽命。由于刀具磨損的減小和刀具數(shù)量的減少，例如銑削用于砂型鑄造的成型模時(shí)，五軸銑削要比以前采用的3軸銑削的成本大約降低了一半。”

容易進(jìn)行五軸銑削的編程

    不想接受五軸加工方式經(jīng)常出現(xiàn)的理由是，五軸加工的坐標(biāo)軸運(yùn)動(dòng)比較復(fù)雜，用眼睛幾乎不可能理解這種運(yùn)動(dòng)。認(rèn)為這種復(fù)雜運(yùn)動(dòng)的編程特別困難，以致成為普遍的看法。但是Meissner公司CAM小組的領(lǐng)導(dǎo)Thorsten Koch先生不假思索反駁說(shuō)：“五軸銑削的編程并不比3軸銑削的編程那樣費(fèi)事，如果使用合適的編程系統(tǒng)，至少就不會(huì)那樣復(fù)雜。”自1996年以來(lái)，Meissner公司采用了Sescoi公司的Work NC CAD/CAM系統(tǒng)，當(dāng)時(shí)，操作簡(jiǎn)單的系統(tǒng)和無(wú)碰撞的銑削路徑已給人留下好印象。“在過(guò)去的15年里，在設(shè)計(jì)和切削加工中發(fā)生了許多的變化，” Thorsten Koch先生補(bǔ)充道。“而Work NC始終保持著所有創(chuàng)新的步伐。”當(dāng)時(shí)，Meissner公司擁有16套Work NC使用許可證，其中9套Work NC是用于五軸加工。此外，模具制造企業(yè)使用了16套Work NC-Viewer許可證。負(fù)責(zé)加工部門(mén)的Reinhard Hackler先生解釋說(shuō)：“我們?cè)谒械臋C(jī)床上安裝了筆記本電腦，在電腦上機(jī)床操作員可以借助于瀏覽器，并由此可以調(diào)用構(gòu)件圖以及銑刀路徑。這樣，他們就能處理有待加工的詳細(xì)構(gòu)件圖。雖然仍還存在加工作業(yè)卡和裝夾圖，但是大大減少了紙張的消耗。瀏覽器受到我們職工的相當(dāng)好評(píng)。”

    編程工作的基礎(chǔ)是設(shè)計(jì)，在Meissner公司是使用了三款在全球領(lǐng)先的CAD系統(tǒng)進(jìn)行工作，這三個(gè)CAD系統(tǒng)是Catia，Siemens NX（前身為Unigraphics）和Pro Engineer。在Work NC軟件系統(tǒng)中接受3D數(shù)據(jù)就像編程那樣是不存在任何問(wèn)題，并且與用戶十分友好。根據(jù)CAM部門(mén)的領(lǐng)導(dǎo)Thorsten Koch先生所說(shuō)，在這里新編的程序幾乎完全是用于五軸加工的：“WorkNC通過(guò)五軸軟件為此提供了最好的條件。這款軟件主要由兩個(gè)模塊組成，一個(gè)是用來(lái)直接進(jìn)行五軸編程，另一個(gè)是所謂的Auto5（Work-NC Auto5是指五軸加工解決方案——譯注）。”

    后一個(gè)模塊是CAD/CAM系統(tǒng)中最重要的部分，它從現(xiàn)有的3軸程序中自動(dòng)生成五軸銑削路徑。在轉(zhuǎn)換程序時(shí)，輸入所要求的刀具長(zhǎng)度和刀夾就足夠了。然后，軟件就自動(dòng)換算銑削路徑，產(chǎn)生出無(wú)碰撞的五軸銑削路徑。在這里還要考慮機(jī)床的坐標(biāo)軸運(yùn)動(dòng)，因?yàn)樗械臋C(jī)床在其回轉(zhuǎn)角和擺動(dòng)角方面是受到限制的。另外，Thorsten Koch先生贊揚(yáng)了如像Work NC Check & Go的各種貼近生產(chǎn)實(shí)際的功能。這種功能在考慮計(jì)算得到的銑削路徑和工件在工作臺(tái)的定位情況下，用來(lái)檢驗(yàn)和顯示實(shí)際機(jī)床加工的軸運(yùn)動(dòng)。不僅檢驗(yàn)3+2軸加工和五軸加工的軸擺角，而且要檢驗(yàn)機(jī)床的軸運(yùn)動(dòng)是否超出了工藝行程的范圍。如果達(dá)到終點(diǎn)開(kāi)關(guān)的位置，這會(huì)導(dǎo)致所不希望的換夾，而Work NC Check & Go的用戶可以自動(dòng)地計(jì)算工件的另外的最佳的定位。于是在大多數(shù)情況下，可以避免換夾。

    圖2 高速五軸加工中心

新的軟件和硬件加速計(jì)算過(guò)程

    “這樣一個(gè)工具有最少的編程系統(tǒng)”，CAM專家Thorsten Koch先生補(bǔ)充說(shuō)。“可視化的情況是相類似的。”通過(guò)Work NC 五軸可以使三軸和3+2軸銑削路徑同所選機(jī)床的坐標(biāo)軸的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行可視化顯示。在銑削路徑計(jì)算和后處理運(yùn)行期間進(jìn)行這種仿真。而且仿真可以清楚地看出并標(biāo)記出各種不同運(yùn)動(dòng)部件之間的碰撞。CAM部門(mén)和車間的負(fù)責(zé)人的意見(jiàn)是一致的：“恰恰是對(duì)于新的、復(fù)雜的銑削程序，甚至于整個(gè)銑削過(guò)程。這種仿真給我們提供了很高的安全性。”

    Thorsten Koch先生還指出了其他重要因素：“五軸加工程序是龐大的，會(huì)使計(jì)算時(shí)間持續(xù)相應(yīng)的時(shí)間。所以必須在軟件和硬件上保持在當(dāng)前最高的水平上。”因此，Meissner公司采用了最新的Work NC-V21，這個(gè)版本是64位的系統(tǒng)。Sescoi公司由此消除了從前存在大的幾何圖形方面的問(wèn)題。Thorsten Koch先生確認(rèn)：“我們利用64位的版本測(cè)試了這樣大的程序，并看到了目前一切都相當(dāng)滿意地正常運(yùn)轉(zhuǎn)。如果這款軟件在一個(gè)功能強(qiáng)大的具有4核處理器或8核處理器的PC上運(yùn)行，那么這是一個(gè)極好的事情，這樣會(huì)使編程工作成為一件相當(dāng)有樂(lè)趣的事情。”