不断超越的加工车间

Carney Custom Machining专业加工车间最初是凭借一台VMC立式加工中心创业起家的，其大部分客户为拉力赛车族。现在，该加工车间正在争取通过其他来源扩大其业务范围，其中扩大CNC车削加工业务是占其战略计划很大一部分的内容。

Dan先生、Nancy Carney女士以及他们的儿子Brad先生一家落户在印第安纳州的Sharpsville地区，他们在屋后的车库内创建了属于他们自己的一个机加工车间，促使他们这样做有两个因素：其一是，可为赛车联盟提供服务，满足他们的需要，因为多年来，他们自己也一直是赛车联盟的成员。其二是，他们原先工作的那家生产厂一直处于苦苦挣扎的萧条状态。

图1 该车间创造发明了一种带有车轮螺杆的专用卡盘适配器，可将图1中所示的大型车轮安装夹紧到CNC车床上车削加工。从图1中可以看到，轮盘一半的外侧轮缘已加工完毕。这一加工需要使用一把专用刀具，该刀具由加工车间自己研究开发。为了能够达到刚性支持的目的，刀具的长刀杆可安装到转塔上两个相对的工位之中。轮缘外形的加工不可能一次装夹完成，因此车轮必须翻转过来再车削加工另外一半的轮缘。由于这类车轮零件的CAD文件很大，因此车间需要使用FTP来转换和接收大型程序文件

Carney先生一家选择了将他们未来的命运掌握在自己的手里，2004年初，创建了Carney Custom Machining专业加工车间。最初，他们专门为赛车制造厂提供专用零件，如像赛车制造厂自己不生产的那种托架和托板。事实上，该加工车间目前已拥有两台VMC立式加工中心、一台CNC车床、一台CNC金属折弯机以及一些通用的车间加工设备。

Dan先生和Nancy女士都具有19年金属加工的丰富经验。Dan先生原先是一位机械师和机修工，而Nancy女士则是一位模型工。他们的儿子Brad先生也是一位具有5年工龄的模型工。Carney先生一家经常为提高赛车的零件强度和功能性提出设计改进意见。多年来，他们在参加赛车联盟的互联活动中，建立了良好而健康的客户基础。

Carney先生一家购置的第一台机床是转速高达10 000 r/min的Fadal VMC 4020型立式加工中心，这台机床为他们的业务起步创建了一个良好的开端。然而很显然，单单依靠为赛车运动提供服务的工作量是无法维持车间生存的。于是，Carney先生一家开始将他们的业务扩大到其他行业和市场。他们新添置的CNC车削加工业务为实现他们的战略目标起到了十分关键的作用。自2005年他们购置Amera Seiki T-312 2轴CNC数控车床以来，该加工车间一直为当地一些没有CNC车削加工能力的模具车间、机械手生产厂和汽车维修零配件市场等客户提供外包服务。

该加工车间虽然拥有2台VMC立式加工中心和1台CNC车床，但还不能称为一个“车削加工”车间。然而，CNC车削加工是赢得新加工业务和新客户的最有力的手段。

图2 该车间正在扩大其生产能力和扩大其加工服务范围，其中包括模具制造商、机械手生产厂和汽车维修零配件市场

正确的选择

Amera Seiki T-312型车床是该加工车间购置的第二台机床。机床上的卡盘直径为12 in（1 in=25.4mm），其转塔带有12个工位，Z轴行程为30 in。Carney先生一家将一些大型工件转移到这台Z轴行程为30 in的车床上进行车削加工。

为了能够让车床在无人干预的情况下自动工作，其中一个关键就是将棒料连续不断地输入给车床。要达到这一目标，主要采用两种方法：一是采用棒料进给装置，不断地将棒料推送到车床内进行加工；另一种方法是采用棒料拉拔装置，通过主轴将棒料拉出来加工。鉴于目前他们所加工的是中等水平的棒料，Carney先生一家决定采用由Royal Products公司提供的棒料拉拔装置。棒料拉拔装置像刀具那样安装在转塔的工位上。然后通过可调的弹簧钢夹将棒料拉拔装置在转塔上定位和夹紧。此后，沿着Z轴将转塔退缩回来，并将棒料的一部分送入到加工区域。一旦零件完成车削加工以后，被机床自动切断，使其与棒料分离，这一工艺重复进行，直至棒料用完为止。

Carney先生一家将棒料拉拔装置应用于模具零件的加工。此外，该车床还用于一些齿轮和链轮的端面加工、拉削或钻削加工，然后再将它们从齿轮的棒料上切割下来。总之，棒料拉拔装置可以有效地拉拔像主轴一样的棒料，其有效程度不亚于拉拔实心的棒料。

T-312型车床采用Fanuc 0i控制系统，备有可供选用的操作指南对话编程软件包。Carney先生的这家车间之所以选择了这一软件包，他们确信利用它可以节约编程时间，而事实上也确实达到了这一目标。他们利用操作指南自动地创建了加工编码程序块，作为操作员工作开始时所需的相关输入信息，以及作为各种车削加工操作周期、换刀和结束程序的相关输入信息。此外还可以根据棒料的总长度，在车床上编制一排棒料中一定数量的零件加工程序。编程软件包还可提供模拟加工操作，以便在实际加工前检查其可能存在的干扰情况和其他问题。通过CAD软件可以在机床的控制系统上画出零件的图形。

巨大的转折

Carney先生一家最近承接的一项加工任务是工具车上大型车轮的加工。车轮的毛坯件是由锻铝材料制成的，与其他许多专用车轮不一样，由轮缘和中心部分两个零件组成。加工由这两个零件组成的车轮不存在很大的难度，因为这两个零件可以分别加工，然后再焊接在一起。

而要加工单件的车轮毛坯件则是另外一回事了。首先，需要在一台VMC立式加工中心上铣削加工安装于车轴轮毂的车轮背面。然后需要对车轮的内、外轮缘外形进行车削加工。Dan先生发现，最有效的方法是创建一个圆柱形铝制车轮适配器，然后安装到车床的卡盘上，并将车轮夹紧，以便进行车削加工。适配器可以翻转过来，以利于车轴轮毂外形的加工。此外，Dan先生还在适配器上加工了可与车轮螺栓定位匹配的螺纹孔，以利于在孔内安装螺杆。这样，适配器就可以用卡盘夹紧，并突出其轮缘的外形，然后用螺母将车轮固定夹紧到适配器上，正如车轮被安装到汽车车轴的轮毂那样。

大型车轮的直径为20 in，宽12 in，这为加工车轮轮缘的外形提供了方便条件（这一轮缘外形的截面大致上像一个“U”形字母）。虽然内侧的轮缘表面采用镗杆车削加工，但这样直的刀具无法接近轮缘外形的谷底。为此，Dan先生创建了一套刀具加工系统，它可直达轮缘的周围。这一结实耐用的刀具配有很长的刀杆，可跨越整个转塔的直径，被固定锁紧在转塔的两个相对工位上。采用这一夹紧方法有助于机床在切削过程中承受沉重的刀具重量。

然而由于车轮的宽度问题，刀具无法在一次性装夹过程中完成其整个外形的车削加工。刀具只能达到轮缘中心稍过一点的位置，如超过这一位置，转塔就会与车轮发生碰撞。为了车削轮缘的另一半，必须将车轮卸下，然后再翻转过来安装夹紧。完成这道加工程序以后，车轮返回到车间中的其中一台VMC立式加工中心，铣削中间的轮辐部分和钻削阀杆孔。

图3 CNC立式铣削加工仍然是车间内的主要加工手段。该加工车间应用多种铝制夹具板，适用于VMC立式加工中心上多个零件的一次性装夹加工。从图中可以看到，机床正在从一块聚碳酸酯板上加工一系列齿轮零件。加工时，首先将这块聚碳酸酯板夹紧在铝制夹板上，然后在上面钻削4个固定零件所需的小孔。这些孔内插入螺栓，将每个零件固定在夹板上，以便零件从聚碳酸酯板上加工下来。在这一加工实例中，车间可以从一块聚碳酸酯板上加工21个零件

步上正轨

建设一个新的较大型工厂似乎已列入计划之中，2007年初，Carney先生的这个车间又增添了一台Fadal VMC 4020型立式加工中心。他们也在考虑添置一台水喷射切割机，这样有利于他们进一步扩大市场，适合于更宽范围的材料加工。

工厂内具备CNC数控车削和铣削能力以后，还会带来了其他的好处。Dan先生还为其1948年的Pontiac汽车制造了一些零配件，例如车门里面的把手、旋钮、发动机皮带轮、杯托、气动和制动踏板。他正在考虑维修他那辆大马力四门巡航汽车，自己动手加工这一汽车的轮子。他承认，现在他的加工车间实在是太忙了，很难抽出时间来改装他自己的汽车了。