Integrated CAD/CAM At Its Best 

在汽车制造业蓬勃发展的时代，越来越多的大型飞机制造商，例如“空中客车”，向他们的供应商提出了新的发展任务。供应商通常是被迫和他们各自的客户使用相同的CAD / CAM 系统。然而这些系统的操作方式往往是很复杂的。因此，更难的CNC计划自然被放弃了，因为车间里的工人只拥有实际的加工知识，却不具备计算机技能。Pfalz-Flugzeugwerke 股份有限公司已经找到了解决问题的策略：他们通过Missler公司出品的这个一度被他们仅用于创建加工程序的CAM软件把设计出的CATIA模型转为TopSolid几何体模型。

现在的Pfalz-Flugzeugwerke股份有限公司延续了他们1913年在Speyer地区生产军用飞机时的荣誉。然而在此期间，公司曾经以Ernst Heinkel-Fahrzeugbau股份有限公司为名在二战之后重新组建。从那之后，公司所有者更换过许多次以致公司名也更改过多次。从1964年到1983年，该公司使用的是Vereinigte Flugtechnische Werke VFW 的名字，而从1969年到1980年它又Vereinigte Flugtechnische Werke – Fokker股份有限公司。之后，该公司成为Messerschmidt-B?lkow-Blohm 股份有限公司的一个部门，直到Deutsche 空中客车股份有限公司1991年接管了它。

在后来成为Deutsche 航空空中客车和Daimler-Benz航空空中客车 的Deutsche 空中客车股份有限公司的保护下，Palatinate飞机制造公司负责机身外壳制造、结构装配和设备组装。在1997年时，设于Speyer的空中客车站点面临即将倒闭的困境，公司的管理部门以及雇员接管了它。现在，PFW拥有大约800个职员，年销售总额多于1.3亿欧元（2000财政年度报表）。在美国地区，空中客车构件的单一来源供应商打开了美国飞机制造商的大门。

自飞机制造商开始不断提高航行器装配效率以来，航空工业供应商就常常会感受到来自时间问题的巨大压力。与此同时，客户也被迫在正式交付的前几周才能决定飞机的最终装备。因此，某些模块的系统供应商无一例外必须要缩短订货至交货的时间。由“9.11”袭击事件引发的对一些航空公司的经济打击增添了更大的时间压力。一些破产了的空中客车的用户，例如瑞士航空公司，纷纷取消了本应交付的飞机订单。现在，这些飞机需要立刻进行改良以便可以卖给其它的用户。

“后勤商业在‘9.11’之后已经爆发，” Peter Hammann 说。Peter Hammann 是PFW货物装载系统及结构装配控制中心负责人。PFW公司负责为空中客车提供管道和附加箱系统以及进行结构装配和完善货物装载系统。所有这些产品都必须同时满足飞机飞行和客户的需要。比如瑞士航空公司，首选的是自动化的解决方案。而其它航空公司仍然选择使用廉价的农村劳动力以及手工货物装载系统。“如果客户方面有变化，我们也必须依照他们的需求尽快更改必要的甚至是已经装配了的零部件，” Hammann解释说。

与管道系统相反，货物装载系统的制造过程拥有较高的制造水平。PFW获得从其它供应商那里转让过来的电动系统和活动零部件例如刹车辊子或安装于滚筒输送机中的柱塞销的供应权，但是这些零部件的完善和预装配仍然是在Speyer站点进行。这样的结果是，如果某些部件需要替换，PFW将执行大量的加工步骤。

在以前，货物装载系统通常由空中客车公司自己设计然后交由Speyer站点加工。而现在，新的发展的职责交到了供应商的手中。对于新的宽机型空中客车380，PFW将不仅设计和加工货物装载系统，还要对德国国民航空权威机构（Luftfahrt-Bundesamt, LBA）授予的系统批准文件和在空中客车德国Hamburg站点进行的系统的装配负责——如果合约授予了先前的空中客车厂的话。投标程序还没有结束。

他们作为合作伙伴的新任务，就是为供应商引进坚实的投资。为了能够满足空中客车的高要求，PFW已经在新货物装载系统的建模和原型上投资了约100,000欧元。由于它的重量，A 380将会在飞机的两侧增添附加的着陆装置，从而减少飞机中部的储货空间。为了在使用储货空间时可以忽略压缩造成的影响，容器需要在入口区域被扭转，同时改变为狭长的形状以便可以装入A 380机身中。

在最近几年，PFW已经设立了自己的设计部门来迎接产品发展的新挑战。在空中客车决定使用CATIA软件进行整个三维建模过程之后，再选择一个系统已经变得多余。然而，在自己互联的制造及加工设计部门，PFW则选择了Missler的TopSolid和TopCam作为解决方案。

“其实起初我们只需要拥有一套CAD/CAM解决方案来进行设计和加工，但当时空中客车在一个解决方案的决定过程中耗费了太多时间，我们就先走一步并在1999年引进了TopCam，” Hammann 解释道，他始终坚持自己的决定甚至在CATIA引入之后依然如此。“我希望在加工部门中CNC程序就已经完成，仅有根据几何体创建的刀具轨迹是不够的。而这一步骤需要特殊的技术。为了这项工作，我需要懂得操作机床的人，还需要接受过特殊训练的人

大多数普通的制造方法不外乎铣削、钻孔和铆接，除机身外壳以外的所有铝零件，都是从实体毛坯铣削而成，是因为这涉及到航空安全方面的因素所以必须遵守严格的尺寸标准而不允许使用铸造的方法。即使没有这些标准，刀具加工作为一个仅占所有零件加工的一小部分，在所有加工方法中是比较高成本的。“订购量在100件以上都非常少见，” Hammann说。“我们的确需要在铣削过程中多做些事。我们的零件需要去掉近95%的碎片，也就是说如果对12千克的原材料进行加工，最后仅有600克被保留下来。”

在以前，铣削路径常常是在机床加工过程中被直接创建出来或再作一些简单的编辑。这两种方法的局限性很快显现出来：为了在不影响到功能和寿命的情况下将重量减到最小，零件变得越来越复杂。“在飞机的设计过程中，重量是衡量一切的标准，” Hammann说。 “对于A 380，零件除了要同样要求更轻之外，同时它们需要承受更大的负荷。滚筒输送机剖面的边缘有上百个减重孔，这些孔总共去掉了20千克的重量。通常情况下，任何一点多余的材料都不允许留下来，无论它们是不是会是飞机外形变得很漂亮或特别。”

安全，无论如何都比减轻重量要重要得多——特别是在航空领域。如果储货仓哪怕是一个附加箱在起飞或降落过程中出现松动，飞机都有可能坠毁。因此，对于材料和加工方法的选取一定要非常严格，接下来看到的Hammann举 的例子就指出这一点。 “通常情况下，机床应该使用哪种冷却润滑剂由采购部门负责人决定。而在我们这里，由LBA决定应该使用哪种冷却润滑剂。”
越来越复杂的零件需要购买新的铣削机床和加工中心。为了有效地利用新的机床，PFW同样也需要一个强大的CAM系统。两种系统通过了初次审核，其中一种是Hammann 已经在另外一家公司的一件执行方案中使用了的Missler公司出品的软件。它们丰富的功能和优越的性价比使人们的天平倾向了TopSolid和TopCam。

“我们需要容易掌握的软件，” Hammann 说。“我们最需要的是它的模拟仿真功能，因为在使用新铣削机床加工的实际操作过程中有许多的液体产生而使操作者什么都看不清。当他听到碰撞的声音时已经迟了。现在，机床的运转速度比10年前更快了。操作者没有及时反应的机会。因此，我们必须确保在加工过程中不能发生任何错误。” PFW只有很短的订货至交货的时间，不允许有因设备检修等引起的停工期。一些机器基本上每天工作24小时。

为了尽可能避免系统占用过大的空间，Hammann 需要就近寻找一个小规模的，但是有能力并且愿意以较合理价格依照客户要求对产品进行后期加工的合作者。之前的那些年，PFW已经习惯多个不同的机床由多个不同的单位来控制，其中一些相当少见，例如用于制造座位滑块或滚筒输送机的机床。“一个大型的软件将不会为一台单一的机床进行定制的后期加工，即使可以，所要求的价格也会超过我们可以承受的范围，” Hammann 说。

一个名为West的Saarbrücken-based系统机构成为符合PFW要求的合作者。Missler 公司的销售伙伴West不仅进行软件销售，还进行技术培训和提供支持，该公司还提供定制的后期加工，一项通常不是很容易的任务。“我们的外形铣削加工工艺是依据我们的要求定制的，” Hammann解释说。 “轴上附加一个臂，钻孔程序逆向运行，最终结果是旋转和进给的方向发生了改变。此外，零点再移动了200毫米。但是我要怎么向我的计算机描述这些？”通常，五轴加工的控制会有一些困难，但Hammann相信在West的协作下他们一定能够解决这一问题。

CAM制造装置包括两个TopSolid / TopCam工作站，但如果PFW签署与空中客车380合作的合约，这两个工作站将被扩大为三个。该软件可以在使用Windows 2000系统的个人电脑上安装，主要在局域网中使用。个人电脑可以从设计部门获取CAD数据或从服务器上寻回他们自己的资料。然而，这些电脑的外部控制不再可能像Outlood和Office 会经常自动更新。另外，Microsofe程序将计算机的运行速度降到一定程度以致该软件不得不被安装在分散的工作站。

PFW的制造专家使用Missler公司的CAD / CAM软件主要是用于生成加工程序。从设计部门获取的CAD数据是已经被CNC程序员根据实际操作利用高效的CATIA接口形式修改成的TopSolid几何体。“在加工操作中我需要使用尽量少的夹具来定位模型。因此我需要定义加工策略和提供基本的设计概念，”Dirk Martens，PFW两位CAM专家之一解释说。据估计，加工操作者可能也在提出和拟定这方面的建议。

为了更好地熟悉零件同时避免新的状况发生，CNC程序员与设计员一同参与讨论。有时，程序员建议改革以促进加工程序发展。通常，零件几何体在TopSolid中没有或只有极少被修改，除非变化十分微小而且零件的加工程序已经完成。由于两个模块间的关联性极强，只需点击鼠标就能够更新所有的内容。

TopSolid零件模型不仅可以用于生成加工程序，还可以用于进行质量管理。不久前，PFW安装了新的用于在三维环境下检测模型的Zeiss测量仪。所得测量结果如果符合要求的话，车间工人能够进行加工。对于测量仪无法对CATIA数据进行识别的情况，TopSolid模型可以生成一个STL文件然后与自然测量得到的数据进行比较。

制造工人接受一周的培训后就可以使用CAM软件进行工作，尽管他们的生产力有限。“对这样的工具进行控制并不是一件简单的工作。所以，我们乐于在培训使用者方面进行投资，”Hammann说。“省出几千欧元对工人进行培训要比花上数百万购买新机器上要有意义得多。” Dird Martens认为，管理TopCam并非难事但是也必须经过必要的培训，特别是各种新版本增添的新特性。

Missler出品的CAM软件提供了PFW所需要的所有功能。“软件中的自动功能为使用者提供加工策略，”Martens说，“就算有时手动添加外形加工轮廓和手工编程更快些。你最好衡量一下你是否需要使用自动功能。”  

Martens考虑到了拥有非常可靠仿真功能的TopCam。“如果机床、刀具和夹具一对一结合起来，后期加工便能够像在计算机中模拟的一样精确地执行程序。”PFW的CAM专家第一次像机床制造者一样使用在TopSolid上进行心轴机构的模拟。West已经对软件进行了调整使之可以使用改良过的刀具，也就是说，刀具路径将因此可以被修正了。

使用者可以通过重新计算零件毛坯几何体的体积可以查看每一个加工步骤完成后有多少材料被移除掉。Martens发现在处理一些加工步骤的程序所需要的时间上有错误。“还有另外一个小缺点就是如果你只是需要改变转速或者第一把刀具的进给速度，你得重新计算每一个加工步骤。”

在Hammann看来，使用Missler出品的CAD / CAM软件带来的是更短的订货至交货的时间，虽然节省下的时间总数没有确切的统计。复杂零件的CAM加工毫无疑问比手动加工要快得多。然而，这种好处只有当软件与新型机床配套使用时才显现出来。Hammann使用了下面的例子来说明他的观点：“把CAM软件与新型机床配套使用进行货舱门锁护盖我们可以将加工时间缩短60%。时间缩短的原因之一是所必需夹具变少了。同时，少量的夹具使得配合公差减小从而精度也提高了。”

作者： Michael Wendenburg, Sevilla
图片： BG Concept Marketing Communication