了解 Slice Mfg.Studios 和 ARCH Cutting Tools(俄亥俄州门托市)如何使用多任务机床和 GibbsCAM 软件快速地制造复杂零件。

面临的挑战

采用新技术,生产经济实惠的高质量特殊切削刀具,同时减少编程时间和重复任务

解决方案

  • 3D Systems 的 GibbsCAM® 数控机床编程软件
  • 带有机器人的 Okuma MULTUS U4000 车铣复合机床

使用成效

  • 利用 MTM,可减少高达 70% 的加工时间(每次作业、每项设置最多可节省一个小时),并且每转可节省 100% 的损耗钢材。
  • 利用 GibbsCAM,编程速度最多可提高 75%(每个零件最多可节省一个小时)。
  • 渲染和仿真功能可避免机床崩溃、减少失误并为员工腾出更多时间。
  • 通过减少废料、使每种工具的使用寿命延长一倍以上并将工具制作成本降低多达 30% 来节省成本。
  • 几乎立即实现投资回报。

位于俄亥俄州门托市的 ARCH Cutting Tools - Mentor 是一家通过 ISO 9001:2015 认证的制造商,专门生产设计人员制造的特殊零件和定制工具。ARCH Mentor 的前身为 1992 年成立的 Competitive Carbide, Inc.,并于 2019 年被 ARCH Global Precision 收购,专注于几乎所有与切削刀具相关工具的设计和编程,主要面向汽车行业。“如果您要制造芯片,我们就相应地制造工具,”副总裁 Charlie Novak 表示。

ARCH Mentor 主要致力于多加工中心单元、减少刀具更换、组合各项操作和减少批量生产零件的周期时间。ARCH Mentor 钢铁部门工长 Phil Jurick 表示:“我们制作特殊零件的速度与制作标准零件的速度一样快(如果不是更快的话),这一点令我们倍感自豪。”

为此,ARCH Mentor 于 2018 年购买了一台 Okuma MULTUS U4000 多任务机床,以补充其 5 轴铣床、车床和外径磨床。据 Jurick 表示,MULTUS 是一种车铣复合机床,也可以看做是具有动力刀座功能的车床。它有一个完整的 B 轴和带有尾座的单主轴。“这台机床是工厂中最强大的铣床。我们购买它的原因也在于此,希望它带我们走得更远;是时候迈出这一步了。”自 2012 年来一直在 ARCH Mentor 担任数控机床程序员的 Eric Podmore 补充道:“多任务机床可以带我们进入未来。”

  • 自 2007 年以来,ARCH Mentor 一直使用 GibbsCAM 对在其数控机床上制造的每一块钢材的加工程序进行编程,包括可定位钻孔、墨盒和 PCD 镶件。

    “我们的系统使我们能够比业内任何人更快地完成从工程到 CAM 再到加工的各种工具交付,”Novak 自豪地说道。

    更快地制造更好的零件

    利用 GibbsCAM 软件和 MULTUS 多任务加工 (MTM) 设备的省时功能,ARCH Mentor 可以更快地制造零件。此外,零件质量也得到了极大的提高。

  • Okuma MULTUS U4000 车铣复合机床

    Okuma MULTUS U4000 车铣复合机床

  • 镶件

    镗杆

  • 零件 2

    跨式铣刀

  • 单一的加工中心与设置

    如果车床开始运作不正常,ARCH Mentor 则会用一台带有单一加工中心的多任务机床进行替代。同时使用两套刀具进行切削的功能十分强大。我们几乎省去了所有设置时间;并且最多可以同时设置 9,999 个刀具和 80 台机床,”Podmore 补充道。

    拥有单一的加工中心和设置使 ARCH Mentor 的团队能够打造更精确的零件,因为他们可以在一台机床(而不是三台单独的机床)的一体化流程中进行设置并在两侧运行。

  • Multi-task machine tools

“显然,这样可以节省三分之二的时间,也就是 66% 的时间。它消除了许多可变性、机床之间的运行时间、运输零件时间以及进行多种设置的需要。我们只需将其作为一个整体来进行编程,而不必拆卸或者重新设置,”Podmore 指出。他补充道:“我们可以做到这一点,而且可以保证,不必更换零件即可实现 50% 的速度提升。”

“自购买 MTM 设备以来,我们基本上已经淘汰了两台车床,并且开始在这些车床上使用动力刀座,轻松节省了 60% 的时间。”
—美国俄亥俄州门托市 ARCH Cutting Tools 数控机床程序员 Eric Podmore
  • 多任务机床还允许他设置和使用子主轴进行背面工作,而这些工作通常需要进行另外的设置和刀具更换。Podmore 指出:“单从每项作业的设置来看,就至少节省了 30 分钟到一个小时的时间。”

    而且,由于能够同步车削,他可以同时使用上主轴和下主轴进行车削,从而有效使每转节省 100% 的损耗钢材。

  • 加工

    多任务机床上的铣削和车削

“如果没有 GibbsCAM,我们就无法在机床上完成如此多的吞吐量。在一天中的一次轮班时间内,我们的一些员工能在一台机床上完成三到四个设置。如果没有 GibbsCAM,我们永远都做不到这一点,”Jurick 表示。

  • 对各种机床进行编程

    在 2007 年转用 GibbsCAM 之前,ARCH Mentor 程序员在车床和外径磨床上使用的是手写的 G 代码,在铣床上使用的是 Mastercam。“因为我们已经转用 GibbsCAM,并为不同的机床配备了后处理程序,所以现在我一个人就能对工厂里的各种机床进行编程,”Podmore 说。Jurick 补充道:“GibbsCAM 适用于我们工厂里的每一台机床,甚至是使用了 25 年之久的机床。我们可以轻松为所有机床设置后处理程序。”

    “利用 GibbsCAM,我们生产零件的速度比利用之前的程序快了 100%。如果没有 GibbsCAM,我们将会花更多的时间研究 G 代码,而不是真正地进行编程,”Podmore 总结道。

  • Okuma 机床

    所有使用 GibbsCAM 进行编程的机床

所有经过编程的机床具备完全相同的兼容性意味着,无需对任何人进行特殊培训,就可对新的 MTM 进行编程。

易于使用

ARCH Mentor 其时正在寻找一款易于编程的 CAM 软件,并通过口口相传了解到 GibbsCAM软件。“我们发现,它的使用如此简单,GibbsCAM 成功征服了我们所有人,”Podmore 回忆道。

Podmore 表示,学习 GibbsCAM 十分简单。他花了大约两周的时间开始在机床上编写真正的程序 — 没有任何错误。Jurick 补充道:“在我们使用的所有软件中,GibbsCAM 最容易上手。阅读和操作都十分简单。并且相当简明。”

GibbsCAM 易于学习正是 Novak 推荐的主要原因之一。“每个在我们这里学习过使用方法的人都对它的简单易用感到十分高兴。无论哪个行业,它都能为您提供 CAM 系统所需的各种功能。这是一款非常受欢迎的系统,因此找到有使用经验的人并不难。”

“GibbsCAM 绝对简单易学。借助 GibbsCAM 用户界面,操作简单易懂。”
— 美国俄亥俄州门托市 ARCH Cutting Tools 数控机床程序员 Eric Podmore
  • 单一、可定制的界面
    GibbsCAM 另一个省时的优点是系统拥有单一、可定制的用户界面 (UI)。因为程序员使用一个界面即可对多台机床(铣床、车床、MTM)进行编程,所以他们只需要学习一种编程方法。

    此外,Podmore 对于能够自定义 GibbsCAM 用户界面的功能感到十分满意,这样便可轻松访问他经常使用的所有功能。一切内容显而易见,并且点击一两下便可访问,无需搜索;他表示这节省了高达 30% 的时间。

    导入实体
    ARCH Mentor 选择 GibbsCAM 的另一个原因是,与其他 CAM 不同,他们可以在任何 CAD 系统中设计 3D 实体,导入实体,根据规格调整实体,并直接对实体进行加工。

    设置表
    GibbsCAM 中的设置表和工具列表自定义功能也可以节省时间。每台机床都有一个设置表,可以为操作人员提供设置机床所需的每一个细节 — 基本上涵盖作业的各个流程。“现在,它看起来干净、整洁。一切都已安排妥当,不再有困惑或疑问,事情从而轻松许多,”Podmore 表示。
    Jurick 指出,好的开始是成功的一半。操作人员可以设置作业的下一次的运行,如果工具扩展正确,他可以让机床 100% 马力全开,然后离开。Podmore 补充道:“与手动重写所有内容相比,仅此一项便能节省 100% 的更改时间。”

  • Podmore 正在使用 GibbsCAM 中的自定义用户界面

    Podmore 正在使用 GibbsCAM 中的自定义用户界面

    在 GibbsCAM 中导入实体

    在 GibbsCAM 中导入实体

    Podmore 和 Jurick 正在检查多任务机床的设置表

    Podmore 和 Jurick 正在检查多任务机床的设置表

自动化

作为数控机床程序员,Podmore 面临的最大挑战是如何以简单而及时的方式完成重复任务。GibbsCAM 的自动化功能有助于解决这一挑战。

ARCH Mentor 制造大量的对称零件。例如,其中一侧带有 3 个凹槽的零件总共有 12 个凹槽(3 个 0 度凹槽、三个 90 度凹槽、三个 180 度凹槽以及三个 270 度凹槽)。利用 GibbsCAM,Podmore 仅需对三个凹槽进行编程,GibbsCAM 便会自动围绕 360 度进行四次编程。他总结道:“因此,我节省了 75% 的时间,因为只需要对一侧进行编程,而不是全部四侧。”

只需点击两次 GibbsCAM,他们就可以处理 RPM,并在整个程序的所有过程中同时减慢或加快进料速度。

  • 保存流程和工具
    与之前的 CAM 软件不同,GibbsCAM 可以将多个流程保存在一起,以便一遍又一遍地重复。Podmore 表示:“自定义保存供重复使用的多种工具、速度和进料可以为我们每天节省数小时用于铣床、车床、多任务机床等的时间。”

    转用 GibbsCAM 后,ARCH Mentor 的数控机床程序员为自己的所有工具保存了流程,这样他们就只需执行一次操作,而无需时刻担忧流程运转不畅。Podmore 指出:“自从我开始编程以来,我不必进行太多更改,”

  • Saving processes in GibbsCAM

Podmore 表示,GibbsCAM 让一切都变得十分轻松,并将编程速度提高了至少十倍。他们可以将多个工具保存在一起,以便同时重新使用多个工具,而不是一次只使用一个工具。“这至少为我节省了 50% 的编程时间。”Podmore 补充道:“GibbsCAM 十分擅长以预先保存的速度和进料同时引入多个工具。而且工具路径比 Mastercam 或我曾用过的其他程序要简单得多;点击两三次即可。”

他总结道:“现在我已经设置了它的使用方式,一切都十分流畅。我们不需要启动单独的工具。相较于 Mastercam,在 GibbsCAM 中完成切削部件的待办事项要简单得多。这让我的生活轻松了许多,因为我不需要做任何计算,也不需要弄清楚任何内容。”


Podmore 最喜欢的另一个 GibbsCAM 自动化功能是宏。GibbsCAM 让他能够自动化重复执行的任务。例如,他可以创建一个宏来绘制具有一定直径或长度的几何图形,然后在此基础上创建实体和流程。他可以指示在宏中使用哪些工具、速度、调整和实体。“使用 GibbsCAM 宏可以节省 100% 的时间,因为填充三个框比绘制几何图形或实体要快得多。”

  • VoluMill 高速加工

    VoluMill 高速加工是 GibbsCAM 的另一大省时功能。Podmore 称,高速粗加工几乎立即为 GibbsCAM 收回了成本,因为至少减少了 200% 的粗加工时间。每个小型零件至少可以节省 5 到 10 分钟,大型零件则可以节省 1 个多小时。“通常需要 4 个小时才能完成的零件,我们现在利用 VoluMill 高速加工则将用时缩短到了大约 1 个小时。因此,如果生产 10 个零件,您一天就能节省 30 个小时。”

    渲染和机床仿真

    ARCH Mentor 在 GibbsCAM 中为 MTM 和其他数控机床渲染所有内容,以避免崩溃并节省时间。Podmore 表示:“诚实地说,对于一个四小时的程序,渲染为我们至少节省一个小时,因此每个程序、每个零件可以节省 25% 的时间。”而且,无需人员监视程序,从而为操作人员腾出了时间做其他事情。他补充道:“GibbsCAM 的渲染功能比 Mastercam 要流畅得多。所以我们可以进行完美的切削。”

    GibbsCAM 的机床仿真功能也为操作人员腾出了更多时间。他们可以进行设置,按下启动,然后就可以走开无需值守,因为它一定会正常运行。因此,如果一个程序需要一个小时来运行,这就为操作人员腾出了一个小时。

    而且利用同步控制,ARCH Mentor 可以多完成 50% 的工作;例如,他们可以在左侧进行车削,而在右侧进行铣削。

    减少错误

    购买多任务机床的另一个因素是,它有助于消除人为错误和可轻松避免的错误,如使用错误的工具和坐标。

    此外,GibbsCAM 有助于轻松检测渲染错误,并通过保存的流程消除人为错误。

  • GibbsCAM 中的 VoluMill 高速加工

    GibbsCAM 中的 VoluMill 高速加工

    Machine simulation rendering in GibbsCAM

    为操作人员腾出更多时间

    为操作人员腾出更多时间

节省成本

如果每天制造超过 20 个零件,每个零件节省一个小时或更多的时间,则可以实现十分可观的成本节省。

减少报废率

Podmore 表示,减少 GibbsCAM 中的报废率十分简单。从本质上讲,GibbsCAM 有助于防止机械师操作失误,并有助于避免固定装置重做。这点还有其他的好处,那就是削减机床维修和库存成本。

提高工具使用寿命和机床使用率

ARCH Mentor 还通过提高工具使用寿命和机床使用率来节省成本。

据 Podmore 介绍,ARCH Mentor 利用 VoluMill 高速加工将每件工具的使用寿命至少延长了一倍。并且通过在 GibbsCAM 中的渲染,不仅避免了机床崩溃,并将工具使用率提高了至少 20–30%。

对于大多数的钢切削工具,ARCH Mentor 使用的是并不便宜的硬质合金。因为具备在 GibbsCAM 中模拟工具路径的能力,所以 ARCH Mentor 可以节省成本。

快速投资回报

Podmore 表示,GibbsCAM 仅凭具备高速机床的能力便可几乎立即收回成本。某些零件的制造时间可以节省一个小时以上;而每个小型零件的制造时间可以节省至少 5–10 分钟。他预测,多任务机床在几个月内便能收回成本。“我现在可以告诉你,收回成本的速度比之前要快得多。”

“GibbsCAM 一次又一次地收回成本。”
— 美国俄亥俄州门托市 ARCH Cutting Tools 钢铁部门工长 Phil Jurick

与专家合作

事实上,GibbsCAM 自 1985 年就已存在,并通过遍布全球的卓越经销商网络提供出色的后处理程序支持和本地的当日支持,这也是 ARCH Mentor 的一大卖点。

顺利实施

从 Mastercam 过渡到 GibbsCAM 非常简单,而且从编程和 G 代码的角度来看都易于实施。在他们从 GibbsCAM 经销商 Virtual Manufacturing Services, Inc. 获得适用于机床的后处理程序和 G 代码后,根本就不会花太多时间。Jurick 回忆道,利用 GibbsCAM 纠正后处理程序比想象中要容易。“就像 3 轴铣床一样顺利。”

  • 后处理程序支持

    大多数在 ARCH Mentor 车间里工作的人都是操作人员,而不是机械师,所以提供出色的后处理程序支持和用户友好的后处理程序十分重要。“Virtual Manufacturing 知道如何创建对用户友好的后处理程序,”Jurick 说。

    他补充道:“我会向所有打算投资 CAM 软件系统的人推荐 GibbsCAM。他们成为行业领导者是有原因的。世界竞争十分激烈,有时真的要仰仗产品背后的支持人员,而我们在使用 GibbsCAM 的整个过程中都十分顺利。”

  • 利用 GibbsCAM 进行后处理

    利用 GibbsCAM 进行后处理

“我们真正实现了事半功倍。事实证明,在技术上的投资的确我们的生产流程起了很大帮助。”
— 美国俄亥俄州门托市 ARCH Cutting Tools 钢铁部门工长 Phil Jurick
  • 保持竞争力

    利用 GibbsCAM,ARCH Mentor 可以制造更复杂的零件,并保持领先地位。并且借助多任务机床,还可以制造像刀柄和前端这样的零件,而普通 5 轴机床无法制造这类零件。

    ARCH Mentor 的长远前景是继续发展,坚持使用 GibbsCAM,因为它具有可扩展性。据 Jurick 介绍,GibbsCAM 与他们一起发展。随着他们添加新型机床,GibbsCAM 版本变得越来越好,并保持了他们需要的速度。ARCH Mentor 投入了更多的资金来打造更好的工具,以跟上 GibbsCAM 的发展,这反过来又减少了对机床的滥用,并使零件的制造速度比以往任何时候都要快。

    Novak 补充道:“我们希望 GibbsCAM 能继续与我们一同发展。每当我们需要改进、更换或引进新设备时,GibbsCAM 总是如影随形。所以,只要我们在,它就在。”

    “我向所有想要进军 MTM 的人强烈推荐 GibbsCAM。利用 GibbsCAM,您可以在其实际运行前查看渲染,将后处理程序更新为所需的内容,将流程保存到一起,一侧进行车削,而另一侧进行高速加工。借助 GibbsCAM,您可以如此轻松地实现时间节省,以至于实际上别无二选,”Podmore 总结道。

  • 25 度平面铣刀

    25 度平面铣刀

    镗杆

    镗杆