先进的 CNC 解决方案加速了 NASCAR 车轮的生产

用于旋压成型机床的先进 NUM CNC 改造为 NASCAR 车轮供应商 Aero Race Wheels, Inc. 大幅提高生产效率提供了平台。生产率方面的改进包括提高了批次转换速度、更强的流程控制和新零件程序的自动生成。

Aero Race Wheels 是 NASCAR 赛事主要钢制比赛用车轮的顶级供应商。该公司成立于 1995 年,现已发展成为美国最大的赛车钢制车轮制造商。公司工厂位于爱荷华州的埃斯特维尔,每天可生产数百个赛车车轮,供赛车界的众多车队使用。参加 IMCA 和 WISSOTA 赛事的车手们均使用 Aero Race Wheels 的产品,该公司 59 个系列的 NASCAR 车轮所赢得的房车大赛、全国赛以及世界露营大赛的冠军数量甚至超过其他所有品牌 之和。

Aero Race Wheels 利用旋压成型技术生产高性能赛车轮胎。该工艺使用高速旋转圆柱形钢制工件和成型工具,同时利用滚轴在局部施加压力,使铸铁熔液溢出工具。该技术是制造轮辋等轴对称零件的理想选择。其利用单件材料制造出极为牢固的无缝部件,废料极少,甚至为零。

通过已使用 20 年的 Autospin 金属旋压机床完成塑造成型操作。该机床配有两套压力滚轴 —— 一套位于工件前部,另一套位于工件后部 —— 无需人工介入即可完成两侧轮辋的成型操作。每套滚轴配有两个运动控制轴(即 X 轴和 Z 轴,由四个液压缸驱动)和由电机驱动的机床主轴。考虑到工艺成熟的 Autospin 机床对制造作业尤显重要,Aero 也日益开始关注其可靠性。尽管可对机床的机械结构提供支持,但想要获取原运动控制系统的替换零件已越来 越难。

此外,使用多年的原控制系统已经过时。其限制了功能的扩展,只能通过逐点式数据输入表格进行编程,这使得机床运动难以可视化和更改,同时需要对操作员进行大量培训。由于系统只能储存少量车轮程序,因此生产转换通常较为耗时 —— 一般需要三至四小时,甚至更长时间 —— 严重影响小批量生产工序的经济性。为改善该状况,Aero 求助于专门研究旋压市场机床改进解决方案的机床改造商。

机床改造商对机床进行了全面的机械和电气改造。对于改造的关键 CNC 元素,其选择了 NUM 高端改造解决方案,这主要因为,NUM 美国公司研制的独特专用软件可帮助克服该机床现有控制系统的所有局限性。该软件为专用于旋压成型应用的 NUMspinform 控制程序包的定制版本。改造内容还包括一个 NUM FS151 操作面板、一个定制 HMI 编程界面和一个定制机床面板。

在 Aero Race Wheels 应用之前,NUMSpinform 界面采用示教编程方式:首先,操作人员仿形切削成型工具或心轴的形状,规定零件所需壁厚;然后 CNC 系统计算二维安全区域,以防滚轴与工具之间发生任何碰撞。其次,操作人员通过控制杆手动控制 X 轴和 Z 轴,旋压成型新零件,同时 CNC 系统对运动路径进行记录。在将已记录的旋压循环作为最终生产程序保存之前,可通过使用经校准的手轮更改 X 或 Z 轴内的滚轴路径,轻松对其进行在线优化。对于 Aero Race Wheels 四轴 Autospin机床,其首选编程方法为示教心轴安全区域,之后利用屏幕上的制图工具绘制一系列样条曲线用作旋压循环。目前,此绘制方法也是 NUMSpinform 解决方案的组成部分。对于旋床人员而言,其有众多优势,包括减少了直接暴露于机械元件的机会,这增加了安全性,简化了操作人员的学习过程,无需具备示教过程所需的多年旋压操作经验。

此外,NUMSpinform 还提供离线程序生成。用户可以选择使用软件的图形绘制工具创建工具文件,或从设计自动化来源处,如 AutoCAD,导入文件,然后利用简单的鼠标点击方式对旋压周期进行编程。一旦设计准备就绪,只需单击按钮,所有定义的几何图形即可转化为生产程序,并导出至机床的 CNC 系统,以试生产零件。因 NUM 系统配有本地驱动器,并可访问网络驱动器,故用户不再因文件存储问题而被限制程序库中的旋压循环程序数量。

NUMSpinform 程序包包含简易型两轴旋压机床或四轴机床,如Aero Race Wheels项目。Aero 机床的滑台可作为独立路径进行编程和操作,或采用另一种方法,操作人员对一个 X1/Z1 滑台进行编程,而另一个X2/Z2滑台以镜像模式随动。Aero Race Wheels 设计/工艺工程师 Marv Dailey 表示:“我们的业务要求进行高柔性制造 —— 我们主要进行小批量生产,因此需要尽可能快地在两个批次之间进行转换,同时能够尝试新的设计。NUM 和我们的机床改造合作伙伴所提供的服务非常出色,使我们实现了精密机械与最先进金属旋压编程和控制的完美结合。现在,产品转换耗时通常少于 20 分钟,生成和优化旋压循环程序的半自动化方法也显著减少了开发和操作人员培训时间。同时,离线编程还能空出这一重要机床的生产时间,进一步提高了生产率。”

NUM 美国公司总经理 Steven Schilling 指出,专用应用软件对 NUM 的经营策略极为重要。“升级后的 CNC 软件是机床改造项目取得成功的关键因素,我们对该项目的成果十分满意,而这一切都源于NUM、设备制造商和 Aero 工程团队之间的密切协作。”