通过加工4.0，提升精准度

　　总部位于美国加利福尼亚州利弗莫尔市的Pacon 制造公司的员工，对“物联网”这个概念态度相当认真。这家公司主要为OEM 厂商及国防部电子及运动控制零件开发领域提供服务，已经花了好几年的时间来优化其高复杂度、精密零件的数字到物理制造水平。

　　Pacon 公司是由微波电子行业的资深人士在1977 年创办的，专为半导体设备生产各类精密运动零件，为太空探索和国防领域生产微波和结构零件，为生命科学设备生产电光系统零件。公司首席执行官Steve McClure 表示：“我们公司的DNA 就是制造执行关键任务的精密零件。”

　　Pacon 公司将“精密加工4.0”作为总体工作方法。McClure 将这个理念定义为“我们在加工流程中全面实施精益生产原则和工业4.0技术，实现了‘从数字到物理的制造’呈现”。这种方法将选择机床、如何用机床来改变制造过程以及如何选择“从数字到物理的软件”（特别是数字软件）联结了起来。

　　“精密加工4.0 不仅关乎我们的运作方式，”McClure断言，“也是我们公司一路走到今天的原因。”

　　专注于数字

　　Pacon 公司专攻采用比较普遍的材料（主要是铝）制造的公差严格的零件。McClure 说，通常大多数客户的零件复杂性都较高。客户也很喜欢推陈出新。对他们来说，质量必不可缺，至关重要。想想2020 年的火星车、新冠诊断自动化及疫苗研究、导弹制导和目标捕获等电子装置的零件吧。

　　McClure 指出：“保持对‘从数字到物理技术’的关注是满足客户对质量期望的关键，特别是当我们从三轴机器转向五轴时。”（Pacon 公司在2015 年改用五轴，旨在减少调度的复杂性，简化设置，同时尽量减少产量损失）。

　　制造高质量、复杂的零件时，需要公司精心调整机床和软件。自2000 年以来，Pacon 公司一直使用CNC Software公司（总部位于美国康涅狄格州托兰市）的MastercamCAD/CAM 软件来进行铣削加工。当Pacon 公司开始转向五轴加工时，也曾考虑过其他选择，但最终还是选择继续使用Mastercam 软件，因为公司不希望采用多种平台，而且这款新软件的功能是有竞争优势的。

　　CNC Software公司的高级市场分析师Ben Mund指出，新冠病毒感染令许多工厂车间开始重新审视运营方式，评估内外部的数字流程，并在必要时做出改变了。“Pacon 公司这些年来一直接受这种现状，并加强了系统之间的互操作性，提高了产量。他们在此领域是个成功案例。”Mund说。“当我们开始进行五轴加工时，我们在Mastercam 中发现了一些新的功能集，可以帮我们完成新任务，”McClure解释说，“考虑到这是一个从数字到物理的过程，我们希望尽可能在软件中完成前端任务。客户通常会给我们一个STEP 文件，然后我们可以利用Mastercam 的集成SOLIDWORKS 阅读器，在软件中对实体文件直接编程，简化时间。因此在数字化阶段，我们就在提高生产效率了。”

　　正确的工具

　　没有合适的工具夹具，任何加工过程都无法开始。McClure 介绍说，当Pacon 公司首次进行五轴加工时，一个加工单元里可容纳30 把刀具，足以满足一个零件的加工需要。但是现在，在一个较大的加工单元中，每台机器可容纳313 把刀具，其中约三分之一是标准刀具。随着程序员不断为新应用添加相应的刀具，它们最终都会成为标准刀具，并被上传到软件的刀具库中，用于未来的零件加工。这种高度混合性的车间每周加工的批量，从一个到数百个零件不等。公司试图找到一种方法，将其固定件标准化，来建立工具库。“我们需要搞清楚如何在某一周内制造大量不同的零件，而标准化夹具是其中的一个关键成分，”McClure 回忆说，“它让模拟更容易了，因为我们可以建立工具库，无需为每个零件安排一个新夹具。”

　　在制造方面，Mastercam 这款软件至少有两个主要功能——动态运动技术和OptiRough 刀具路径，所以成为了Pacon 公司的首选解决方案。“我们经常使用动态运动技术，因为它在切削超硬材料方面有好处，也能帮我们减少周期时间。本质上，就是我们可以在更短的时间内切削更多的零件，”McClure 说，这家公司生产的结构件能将卫星的各零件固定到一起。“这些零件角度复杂，因为所支撑的东西必须有这种奇怪的扭曲。而且它们有多个角度，因此可能用一个支架把多个实体固定在一起。”

　　Mund 补充说：“看到一个加工厂像Pacon 公司那样积极使用动态运动技术，很令人激动。它是我们的一款核心刀具路径引擎，我们正在不断将它推向新的加工领域，同时努力提高它能够节省的加工时间。当一个加工厂真正致力于采用这样的新技术时，结果是令人印象深刻的。”

　　“工业4.0 有许多组成部分，”他继续说，“例如，对于像Pacon 这样的加工厂，模拟机器环境进行安全快速的实验至关重要，特别在五轴加工应用领域——它与Mastercam 软件能促进多少连接渠道以确保信息的交换和使用密切相关。”

　　减轻负担

　　Pacon 公司加工的零件是需要尽可能轻的。它们的几何形状特色明显，有大量的型腔以及复杂的角度，可在五轴机床上一次加工完成。Pacon 公司的工程师团队发现，Mastercam 软件的OptiRough 刀具路径技术，在最初的粗加工中，只用刀具直径的一小部分，连续进行几次较短的切削，就能使零件达到所需形状，效果很好，可以粗加工出大量材料，产生一个接近净形的零件。

　　这种刀具路径技术也可用于电子外壳的加工，通常其内部有各种层次特征。虽然这些外壳没有复杂的角度，但确实有很多特色设计，需要精密公差加工。

　　McClure 断言：“我们的五轴方案大大简化了加工流，使成本效益更高，不像此类加工的典型做法——在三轴机床上以各种不同的操作加工零件。”

　　Pacon 公司获得了一家客户的数字产品开发（DPD）认证，所以有资格使用这家客户的实体或STEP 文件，按照后者制定的“规则”制造零件。

　　“我们拿到那些支架产品的图纸后，常常发现有些半径交叉点很难加工，”McClure 解释说，“那些三维表面有奇怪的切角。我们最终不得不采用轮廓工具路径混合处理。”

　　他说：“传统上，人们会选择一个工具，命令它‘完成这种半径加工’，但最终会得到与STEP 文件或实体文件不一致的产品，而且不精确。这对我们的客户是个麻烦。因为模型的强度和重量都标在他们的图纸上，模型的任何偏差都意味着模拟结果有偏差。”

　　Pacon 公司为火星车制造了50 多个零件，都是通过精密加工4.0 流程完成的。在限制可制造性问题出现后，未经客户许可，Pacon 团队是无法对模型进行修改的。

　　“当发现图纸或模型有问题时，我们会通知客户，并提出可制造性建议，由他们决定接下来该怎么做，”McClure说，“通常我们发现的问题也会影响整个装配线上的其他部分。我们会一起避免昂贵的返工及进度延误。”但是，利用其自身的制造工艺，Pacon 公司其实能够采用球头铣刀对零件表面轮廓加工来制造零件。

　　重置过去的做法

　　对于其他客户，Pacon 公司使用这款软件的模型准备功能来修改实体。

　　McClure 说：“每当客户给我们一个形状非常有挑战的零件时，我们总会认真审视，制定详细的策略，希望不仅把这种零件做好，同时利用此次获得的经验来处理其他的复杂零件。”

　　Pacon 公司成功的一个明显的原因是，公司一心希望简化操作，精心安排了诸多工艺、设备变化方案，一起和谐运作。McClure 说：“为了实现精益生产，Pacon 公司不得不重新调整过去的许多做法。了解最终目标，是非常有价值的。对需要解决的问题排序，一次解决一个问题，是最基本的。”

　　2020 年9 月，Pacon 公司在旧金山湾区收购了第二家工厂。公司目前拥有员工20名，包括4名全职程序员，其余的都是机械工程师。

　　McClure 说：“我们致力于将那些了解如何加工零件以及为什么要这样加工的工作人员，以及那些从机械工程项目中出来的、真正了解新软件能力的人组织起来协作。”

　　这样的人员组合，使公司员工能够以每周七天一个班次的模式进行工作，同时最大限度地推动其精密制造4.0流程。