自动化助力机械工厂在竞争激烈的市场中蓬勃发展

缩短交付时间、提高质量并降低成本

“我们过去需要 18 到 22 周的时间来制造用于汽车业的工具，”JK Machining 的总裁 Henry Kalkman 称。“现在该周期已缩短至 10 到 12 周。我们所有的客户都希望缩短产品上市时间。国外模具制造商具有成本优势，并且正在提高产品的质量水平，这些制造商是我们的主要竞争对手。”

凭借先进的技术以及在模具设计制造方面具有深厚专业知识的 15 名敬业员工所组成的团队，JK Machining 成功克服了这些挑战。公司拥有配备先进机床的制造车间，其中包括高速加工中心、磨床、铣床和火花机 (EDM)。

利用领先技术取得优势

几年前，JK Machining 开始着手升级计算机辅助设计和制造 (CAD/CAM) 功能以提高效率和竞争力。公司选择了 Siemens Digital Industries Software 的 NX™ 软件，其中包括领先的 CAD 和 CAM 功能以及专业模具设计工具。

以前，JK Machining 使用单独的软件系统进行模具设计和制造。要从设计转入生产，公司需要先从设计系统中以中性交换格式导出数据，再将数据导入到 CAM 系统进行数控编程。这种数据传递和转换在流程中引入了额外步骤和错误，从而影响到生产效率。此外，数据转换和传递步骤加重了处理不可避免的设计更改时的复杂性，而这些更改难以通过复杂的流程正确地加以跟踪和实施。

JK Machining 以前的 NC 编程软件解决方案缺乏关键功能，限制了该公司可承接的工作类型。当 JK Machining 获得高速 5 轴机床时，NC 编程软件难以执行操作和定制功能，无法更好地满足公司在速度和效率方面的特定要求。

JK Machining 之所以选择 NX，是因为该软件具有几个关键特性。NX 具有完全集成的功能，可以从设计到制造对整个模具开发流程实施自动化管理。NX 的 CAD 工具包括用于处理客户所提供的几何模型的强大功能，其特定于模具的功能可针对模具设计支持高效的典范做法工作流程。在 NC 编程方面，NX CAM 软件提供了可用于 5 轴和高速机床编程的前沿工具，使公司能够充分利用其先进的机床。通过此集成系统，JK Machining 建立了用于实现整个设计和制造流程自动化的数字主线。

来自西门子合作伙伴 CAM Logic, Inc. 的支持

JK Machining 依靠 Siemens Digital Industries Software 解决方案合作伙伴 CAM Logic, Inc. 获得支持和实施咨询。“当我们获得新版本的软件时，CAM Logic, Inc. 提供的支持就变得尤其重要，”JK Machining 的总裁亨利·卡尔克曼称。“他们帮助我们了解每个版本的新功能以及如何充分应用它们。”

使用 NX 开发模具

在 JK Machining，当客户发送他们想要创建的零件的 CAD 模型并请求项目报价时，典型的模具设计流程就已启动。CAD 模型通常采用 STEP 中性交换格式，然后 JK Machining 会将几何数据导入到 NX。JK 会凭借其丰富的模具设计经验来准备报价。“根据以往的经验，我可以直观地了解模架或热流道的成本，”Kalkman 称。“我们的专业知识使我们能够迅速准备准确的投标，这对我们的业务来说至关重要。”

JK Machining 一旦赢得了项目，便会立即全面开启模具设计工作。公司广泛使用 NX 注塑模向导的专业模具设计工具创建模架并设计型芯和型腔、流道、冷却线以及其他模具功能。“使用 NX 比我以前采用 2D 方式设计模具的方法要轻松得多，”拥有 10 余年 NX 使用经验和 30 年相关经验的模具设计师布赖恩 (Brian) 说道。“这些模具分析工具非常棒 – 我可以轻松确定底切区域或者需要更多拔模的位置。我可以查找薄壁或厚壁，并且自动确定模具的总重量和它的重心。”

布赖恩对其他自动化 NX 模具设计功能也非常感兴趣。“模具设计库确实可节省大量时间，过去几年我们一直在向库中添加内容，”他说道。“NX 注塑模向导已实现简化和自动化的设计更改 – 当我们得到修改的零件模型时，我们只需将它放入、添加收缩、比较新旧零件、确定不同之处并快速执行所需更新。”

“物料清单创建也已实现自动化，所以我不必花费一天的时间来编译它，”布赖恩解释道。“通过操作记录录制和宏功能自动执行大量重复的任务，我们还能节省更多时间。完成一次任务后，我可以使用操作记录录制功能录制该任务并另存为宏，以便在后续项目中使用，这可以极大地加快设计流程。”

使用 NX 制造模具

JK Machining 使用 NX CAM 为模具制造中涉及的所有铣削操作进行编程。该公司的生产设施包括两台主要用于钻孔和粗加工的 Milltronics 机床，以及两个高速 Röders 立式加工中心（一个为 3 轴，另一个为 5 轴），用于对模具型腔进行精加工以及切割用于放电加工的电极。

JK Machining 的数控 (NC) 编程人员直接使用模具的 CAD 模型工作，并广泛地使用 NX 设计功能来准备要加工的模型和设计电极。CAD 工具通常用于拉伸、合并和闭合间隙。“在模具模型中有很多我们可以利用的历史记录，”JK Machining 的资深编程人员里克 (Rick) 称。“例如，如果我们希望移除所有水线或螺栓孔，只需单击即可完成。NX 中的同步建模技术非常简单直观。我们使用优化面功能来修复从客户处获得的有问题的零件几何体，这比使用多步骤的修复过程要轻松得多。我们可以轻松地移动、替换和偏置面。”

NX 完全集成的模具设计和制造能为大多数项目节省几小时的时间。“我们可以轻松地在 CAD 中编辑，轻松地在 CAD 和 CAM 之间来回切换，”JK Machining 的 CNC 编程人员米奇 (Mitch) 称。“使用我们之前的软件时，我们会设计一个模具，将其从 CAD 系统中导出，然后导入到 CAM 中，如果出现问题，我们就得再来一次。”

NX 的先进数控编程功能帮助 JK Machining 取得了更大的竞争优势。“使用旧软件时，每当我们看到一个零件，我们常常怀疑是否有能力处理它，”里克称。“而现在，能力已不再是问题。我们现在可以应对包括复杂零件和深腔在内的任何挑战，我们知道我们有能力对它们进行编程。”

高速加工

高速加工是模具制造商的一项关键技术，因为更高的机床主轴速度和进给率可以更快地实现接近镜面光洁度的铣削表面。“NX 专为高速加工量身定制，”里克称。“它具有自动半径以及刀轨的逼近和退出，可以获得非常快速和平滑的刀轨。该机床可以保持高 RPM 和进给率，并能消除钢材或石墨上的尖角、突然停刀和暂停的现象。”

“光洁度非常棒，”里克继续说。“使用 Röders 机床，我们在每项作业上都能实现出色的表面精加工。当我们得到加工后的模具时，不需要进行任何钳工处理。这可以节省大量时间，并提高客户的验收率。”

更轻松的 5 轴加工

JK Machining 的 NC 编程人员特别欣赏 NX CAM 的刀具侧倾控制，此功能有助于更轻松地利用 5 轴加工。它自动将 3 轴刀轨转换为 5 轴刀轨，从而高效地加工深腔模具。凭借侧倾刀具，JK Machining 可以使用较短的刀具来减少振动、尽可能地减少刀具挠曲，并且改善表面光洁度。“如果没有刀具侧倾功能，我们不得不将刀拿到磨床上以减轻刀颈的压力，”里克说道。“当您用直径为 0.032 英寸并下挂 1.5 英寸的刀切割电极时，必须将进给率降低三分之一以进行更小的切割。使用传统的加工，所有操作都会变慢。但是采用 NX CAM 中的 5 轴刀具侧倾方法，不仅可缩短高达四倍的加工时间，而且可以提高模具质量。”米奇同样赞赏这种能力：“刀具轴侧倾让人难以置信。它让我们能够做的事情与众不同，现在我们可以承接很多以前没有能力完成的项目。”

功能强大、灵活、全面的 NC 编程

借助高水平的用户控制和多种选项，NX 的先进 5 轴铣削功能让 JK Machining 的编程人员可以更灵活地保持高进给率和精细的光洁度。“我们用于剩余铣的清根切削方法是模具加工的理想选择，”里克称。“有多种选项可以让您获得适当的刀轨 – 可以从顶部开始，也可以从底部开始；可以由外向内，也可以由内向外。我们以前使用的软件无法达到这样的效果。有了 NX，我们始终可以获得出色的刀轨。”

通过自动化节省时间并提高编程效率

JK Machining 利用 NX 中的各类工具实现了模具设计和制造的自动化和定制。流程模板帮助 NC 编程人员确保使用成熟的切割方法和工装。“使用流程模板，我从不担心必须为每个作业输入相同的参数，比如切割的直径或深度，或进给和速度，”里克解释道。“我可以重用保存的模板，在几分钟内创建一个刀轨，而不必耗费一个小时来考虑深度、侧壁和刀痕大小。我们拥有包括粗加工、半精加工和精加工在内的成熟加工周期的模板库，因此可自动进行 NC 编程。它使加工速度变得更快。”

定制可量身打造功能并自动执行可重复任务

JK Machining 还重视开放的自动化和定制工具，使公司能够根据其具体要求定制 NX。“我喜欢 NX 支持不同编程语言的方式，”里克说道，“当我要编写操作记录文件来自动执行重复的步骤时，我可以选择我偏好的语言。”创建特定于机床的 NC 程序，这是里克欣赏的另一重要方面：“使用 5 轴机床时，我无法更改使用先前专用软件的后处理器。但是，NX 后处理构造器是完全开放的，我可以轻松调整后处理。使用微调的后处理，我们可以得到适当的程序，更快更出色地完成加工。”

长期成功

卡尔克曼总结了 NX 对 JK Machining 的影响：“NX 很好用。我们已经使用此软件很长时间了，在此期间，我们看到了很多变化。过去我们只使用 3 轴加工，现在我们使用 5 轴加工。我们已经着手研究机器人技术，希望进一步提高流程自动化。使用 NX 实现的自动化和持续改进帮助我们树立了按时交付高质量模具的声誉。这正是我们保持竞争力和发展业务的方式。”