GibbsCAM 编程提速纳斯卡（NASCAR）赛车制造

密密麻麻

  B2 g& G  Q, y' MGibbsCAM 编程提速纳斯卡（NASCAR）赛车制造
Ed Pink于1959年创建自己的企业，并逐步发展成为现在拥有23名雇员的研发公司，即Ed Pink
Racing Engines公司（简称EPRE，位于美国加利福利亚州的Van Nuys）。
EPRE公司是一家拥有15000平方英尺（1394平米）的工厂，他们生产的高性能发动机和零部件在赛
车界，亦或更准确的说是在椭圆形赛道赛车界，非常有名。在他们的众多客户中包括通用、福特、日产
和丰田。
该公司出色的项目包括在印第赛车（北美方程式赛车）上的涡轮增压Cosworth和Buick V6引擎，以
及可以跑12小时和24小时耐力汽车赛的涡轮增压保时捷引擎。EPRE公司的产品几乎覆盖所有主要系列
赛事，包括印第赛车联盟、Champ Car赛（前身为CART车赛），USAC赛（美国汽车俱乐部赛车）和美
国纳斯卡赛车(NASCAR)。EPRE公司甚至将生产多年的发动机改造，使其发动机运转速度达10000转/
' ]6 ^) s: i+ @分，近800马力（即597千瓦）。
1 D# o0 B1 j& L- u6 `所有赛车组织对车、发动机和零部件的尺寸和重量上有严格的限制。EPRE公司的创始人兼老板Ed
Pink说“NASCAR是要求最为严格的赛事。他们的规则使得任何人都很难获得优势，但对我们而言是好生
7 `% K' L  ~3 C7 E) T意。”
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在哈斯 VF3 加工中心上生产的用于 NASCAR 赛车的油泵转子的最终轮廓。
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EPRE公司的核心业务是为赛车行业研究、设计、测试和开发高性能发动机和零部件，他们的非定制
3 x% p4 o" T" a! U& f, J  {零部件产品通常采用外包形式，这些零部件包括凸轮轴、连杆、发动机轴承、活塞、汽门机构、水泵、
: k  I* C2 U% S. F+ M干式油底壳油泵、冷却系统、进气口、点火器和排气系统。
在生产样品时EPRE公司遇到了似乎无法逾越的挑战。虽然该公司的加工车间占地7500平方英尺
2 w0 C. I9 ]8 }8 i" V, G( s5 H7 G（697平方米），常规机床装备精良，（三台车床、四台立式铣床、两台卧式铣床和一台测量机），
, g$ Z9 T: _6 ]& E, q9 k& p5 T* HEPRE发现他们如果要连续及时生产，还需要设备。
传统的依赖外包的生产方式已是个非常令人头疼的问题。“很难找到满足你质量与交货要求的可信赖
加工车间。当你找到时，他们有时会收取你完全无法支付的高昂费用。经过多次被制约后，我们确定我
们需要改变现况，我们必须找到一种更好的方式来加工我们的零件。” Pink解释说。
3 ?( d; o# w! o) \+ K$ iPink的团队带着一个难题和一点点CNC机床知识，调研了几台机床后，最终从Haas自动化公司（位
于加利福利亚州的Oxnard）选择了一台Haas CNC数控 VF3 立式加工中心。EPRE公司需要合适的软
件，以便于充分发挥机床用途，缩短从样品到正式生产的周期。
“NASCAR 是要求最为严格的赛事。他们的规则使得任何人都很难获得优势，但对我们而言是好生
意。”
( ^1 c  @) v  Y, C2 ^“由于毫无经验，我们参加了WESTEC博览会，看到不计其数的软件产品，” Pink笑着说。“除了
Gibbs公司（位于加利福利亚州的Moorpark）外，其它绝大多数厂商对待我们就像对待讨厌鬼一样。Bill
Gibbs本人把我们当作有诚意的买家一样对待，悉心教导我们，向我们演示软件，并回答我们提出的种种
问题。他们的耐心证明当我们在学习过程中，他们将能够提供我们需要的服务。” Pink说。
EPRE公司设计工程师Mike Johnson的很多产品开发Pink都很赞赏，而根据Mike Johnson的说法，
1 f8 y2 U" ]3 z0 k" pGibbsCAM软件易学易用。“几乎全部的设计我们都使用SolidWorks。我可以把模型发给我们的编程人员
兼操作工Doug Nealy，他再导进GibbsCAM，而立即可以编程，” Johnson说。“GibbsCAM操作起来非常
简单，适应环境能力很强。我们可以完全导入一个零件模型并进行操作。自从使用GibbsCAM后，我们
车间那些常规机床使用率大大提高，积灰很慢，我们的废品率也非常非常低。”
GibbsCAM可以直接读取SolidWorks设计的模型，当产品模型发生变更时，其几何结构、工艺参数
与刀具路径具有关联性，可自动转换。SolidWorks中有插件可以把模型从SolidWorks直接导入到
" [" z0 L1 _1 a$ N5 u4 YGibbsCAM。
“我们在 GibbsCAM 的刀路仿真中运行模型，我们可以仔细研究，以检查存在的潜在问题，并看
我们能采取什么更好的方法。”
“我们在GibbsCAM的刀路仿真中运行模型，我们可以仔细研究，以检查存在的潜在问题，并看我们
4 M+ M# d- j( j7 d" n3 }能采取什么更好的方法。” Johnson解释说。“通常，你会看到在哪里改变加工方法或刀路可以节约时间。
$ F% d, G' Y- C5 G2 _! Q/ W自从使用GibbsCAM软件后，我们已经大大降低了我们的废料率，缩减了生产成本，并缩短了产品交付
时间。”
使用GibbsCAM的最大好处就是它能加工新设计的零件，把零件放进检测实验室核查其性能，并进
行快速修改。“以前，我们需要等好几周才能知道检测结果。现在，我只要几个小时就能生产一个很好的
功能零部件，并通过测试，准备投产。” Nealy说。
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$ A7 I' l$ Q3 C# A4 f# d  o一个意想不到的好处就是它能从小的坯料直接加工零件，这样的零件以前要通过放电加工或铸造生
产。这样的例子很多，比如说Johnson为几个NASCAR赛车队设计的新干式油底壳油泵的一个关键零
件：转子，现在已经进行到开发的最后阶段了。
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GibbsCAM 的模拟加工渲染功能可以模拟刀具运行轨迹和余量去除，使油泵转子加工达到最优化。
! k2 p. G$ V# T+ ~这个泵旨在加强赛车机油控制，通过减少摩擦力和阻力来降低功率消耗。与大多数其它干油底壳泵
! D' g( u, K7 u) y+ r5 w  T- n不同，在每个排出废气（或回油）部分EPRE公司的设计采用两个转子，使齿轮只在增压部分转动。Pink
4 {! {# d; P$ F7 ~3 D的工作团队认为转子可以更加有效地排出废气，并在发动机曲轴箱内生成高负压，有助于拉动汽油运转
9 g1 u  s$ d0 y1 y2 J部件，而不需要润滑油。
尽管这个泵包含了一些独特的属于EPRE专利的零部件，但Pink声称这不是重新设计的转子，而只是
8 n* D" b' S& g1 Z; }通过应用知识与经验使它达到最优化。
虽然如此，运用他们的知识也不是一件容易的事。以前转子生产过程包括四个供应商，第一步，生
产2"（50.8毫米）厚，2'（0.6毫米）平方的铝板，它可以用表面研磨获得良好的平整度。第二步，在板
上放置100个双叶转子，用中心钻孔获取转子布局图，第三步，在每个叶片末端钻和攻丝10-24个孔。最
& }) I0 E* M& R后，铝板会被转移到一个放电加工车间，做成单个转子，最终做成20条，每条带有五个转子。
每个转子都可以自由切削，可以对每个转子末端进行局部加工。然后开凿一个半圆柱形凹槽到中心
孔边缘。通过放电加工，在单个转子内做一个与之相匹配还能放置销子的凹槽，把转子锁在轴上。“这个
麻烦的生产过程结束时，已经过去快四个月了，我们要在每个转子上花费100美元。” Pink说。
一个Ed Pink为NASCAR V8赛车发动机生产的新赛车油泵有五个排气部件：四个用于每个曲轴箱的
: ~* t, d+ F9 Y1 m两个汽缸区域，一个用于发动机的上部。这么一个油泵，仅10个转子成本就要1000美元，但Pink很快强
调说生产延期和这种高成本一样糟糕。

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（上图）EPRE 公司为 NASCAR 赛生产的用转子套住的油泵排气部件。

  D' C2 l9 G+ [* a2 d. K$ O& b现在，EPRE公司使用GibbsCAM软件和他们的三轴CNC加工中心生产转子。第一步，CNC机床用
一个方坯加工复杂的外部轮廓，然后在中心镗孔，钻和攻丝10-24个孔，最后加工中心孔旁的合缝销凹槽
! o; z. Q* d! {8 j* ]完成转子的生产。
& I2 [" x  z( ~我过去的经验是要想把一个零部件做的更好或更快，就要花费更多的成本。但是 GibbsCAM 颠覆
了我的经验。
$ M* [  P6 x$ `7 {) \# mPink对于这样的成效非常高兴。“从开始生产到最终完成，通过外部多个厂商加工生产100个转子需
要四个月。现在我们用GibbsCAM软件和CNC机床自己内部生产， 100个转子只需一周就可以完成。”我
! B( y+ R, G: Q% W7 m们在其它泵上用这些转子成效显著。通过减少操作间隙，内部生产的转子在尺寸上更精确，泵的排出废
# W( e- x# S3 a, Y# H气功能更强。使用GibbsCAM一个意外的好处就是我们能够更改转子叶片的形状，用台架测试新设计，
& a2 M; N; A: u8 f8 P: k1 W, G+ [然后在我们内部生产中具体实践这些修改部分。
4 D+ U8 X/ M( s7 ~( a2 w/ g0 p3 M8 d那么成本如何呢？Pink说：“我过去的经验是要想把一个零部件做的更好或更快，就要花费更多的成
本。但是GibbsCAM颠覆了我的经验。我们生产转子的成本从100美元降低到不足25美元，每个泵节约了
750美元。我们取消了以前常规铣床方面耗费工时的外包生产，现在我们能做出更好更精确的零件，并且
4 o7 G6 O2 p) ], e7 X/ N速度大大提高。”
当EPRE公司的常规机床日愈闲置时，Ed Pink和他的团队继续寻找新的激励人心的项目，希望生产
足够多的干式油底壳油泵和其它零部件。“通过添加更多的CNC机床，我们可以自己生产，采用了
2 V% d  `1 F1 J, t' OGibbsCAM软件，单机就能干这么多活儿------机床可以每天24小时运转呢！”