Pfalz-Flugzeugwerke GmbH

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TopSolid与Pfalz-Flugzeugwerke

跟汽车制造行业一样，越来越多的大型飞机制造商，比如空客，正将更多的开发任务分配给他们的供应商。这些供应商通?；岜磺恐剖褂酶巧嫌慰突б恢碌腃AD/CAM系统。往往这样的系统是相当复杂的?；谡飧鲈?，即使车间的员工都有必要的加工经验，直观的CNC编程也变得更难了，因为通常他们的电脑技能都比较缺乏。Pfalz-Flugzeugwerke GmbH (PFW)找到了这个问题的解决方案：将他们设计的CATIA模型转化为TopSolid的几何模型，TopSolid是他们将要用来编程的CAM软件。

今天，Pfalz-Flugzeugwerke GmbH公司使用的是1913时Speyer当地的军用飞机制造商相同的名字。尽管如此，所不同的是公司实际始建的是二战后的Ernst Heinkel-Fahrzeugbau GmbH公司。其后公司多次易手，也多次更换名字。从1964年到1983年，公司名字叫Vereinigte Flugtechnische Werke VFW，在1969年到1980年期间，公司也被叫做Vereinigte Flugtechnische Werke – Fokker GmbH。在那以后的1991年，公司成Deutsche Airbus GmbH接手的 Messerschmidt-Bölkow-Blohm GmbH公司的一部分。
在Deutsche Airbus GmbH旗下，也就是后来的Deutsche Aerospace Airbus，随后的Daimler-Benz Aerospace Airbus GmbH旗下，法尔茨飞机制造公司生产机壳、结构装配和设备组件。在1997年，当空客Speyer分厂处于关闭危险的时候，公司的管理层和员工接管了公司。今天，PFW雇佣了800名员工，年销售额超过1亿3千万欧元（2000财年数据）。随着PFW美国分公司的设立，作为空客的单个组件供应商，打开了美国飞机制造业的大门。

航空工业的供应商有着巨大的时间压力，因为飞机制造商不断的加快了飞机装配工艺。同时，飞机制造商往往只在交货的几个星期前才决定他们的飞机将要使用的最终设备。因此，某系系统供应商必须在非常短的时间内交货。9-11袭击后带来的航空运输行业的不景气，进一步加重了这样的时间压力。一些资不抵债的空客用户，比如瑞士航空，取消了已经准备交付的飞机订单。这些飞机现在必须要在几乎没有时间的情况下修改，以便能卖给其他的客户。

“在9-11以后，物流业已经爆炸了”PFW的货物装载系统及结构组件装配控制中心主管Peter Hammann表示说。PFW供应给空客管道和其他附属系统、结构装配和货物装卸系统。所有的这些产品都需要适合不同的飞机类型和客户需求。比如说，瑞士航空喜欢全自动的解决方案。其他的一些劳动力廉价国家的航空公司，则更喜欢手动装卸系统。“如果用户改变了，我就必须能够跟踪这些我们已经装配的组件，以便能够尽快的提供替换的零部件”Hammann先生解释说。

相对管道系统来说，货物装卸系统的制造工艺有着更高的制造深度。PFW从其他的供应商采购电子传动系统和移动部件，比如制动滚轴或者设置与滚轴传送系统中的止动销，但是这些部件是需要在Speyer的工厂完成或者预装配的。结果，如果某些部件必须替换，大量的工作步骤都必须PFW重新来做。

更多责任的PFW

以前，货物装卸系统是由空客公司自己设计的，然后交到Speyer来生产制造。但是今天，新的系统的研发已经交给供应商来做了。比如全新的宽体客机空客A380，PFW将不仅仅是设计和制造货物装卸系统，也将负责文档、德国民航管理局(Luftfahrt-Bundesamt, LBA)对系统的批准，以及合同授权前空客工厂下，系统在空客汉堡工厂的装配。

对供应商来说，作为开发合作伙伴这样的新角色，以为这大量的投资。为了满足空客的高要求，PFW已经投资了100,000欧元用于概念设计和新的货物装卸系统样机。由于其自身的重量，A380将在机身两侧配置额外的起落架，这样就会减少飞机中部的货物装载空间。要不考虑约束的利用装载空间，容器需要在入口区域转过来，然后沿长轴移动到A380机身中。

最近几年，PFW建立了自己的设计研发部门，以应付产品研发中的新的挑战。在空客决定整个3D建模过程使用CATIA软件以后，重新选择系统成为了多余。PFW不得不顺应这个决定。但是在其后的生产制造和模具设计部门，PFW使用了Missler公司的TopSolid和TopSolid'Cam解决方案。

“最初，我们也想设计和制造都用一个CAD/CAM解决方案，但是当空客经过很长时间才决定一个解决方案是，我们已经在之前的1999年就走在了前面，并使用了TopSolid'Cam”在CATIA介入之后依然坚持他的选择的Hammann先生解释说，“我想要CNC编程在制造部门完成。这不仅是基于几何外形创建铣削刀路。这一步还要求专业的技术知识。对于这个工作，我须要知道如何操作机床的人，已经接受过额外培训的人，但是CATIA对他们来说并不是适合的工具。”

从实体块铣削加工

在Speyer最常见的加工方法是铣、钻和铆。铝制零件，除了型材，由于航空安全规范禁止使用压力铸造，都是由实体铝块铣削加工出来。即使没有这样的规范规定，绝大多数情况下，对于仅仅只需要很少数量的零件，模具制造也是不符合经济效益需要的。“超过100件的订单就是非常稀罕的了，”Hammann先生说：“我们通过铣削加工得到零件。我们的零件通常都要95%的材料去除，也就是说从12Kg的毛坯上面，加工以后最终只会留下600g左右。”

以前，铣削刀路的编程都是直接在机床或者简单的编辑器上来做的。这两种方式的局限性都非常明显，因为零件已经变得越来越复杂了，以便尽可能的减轻重量，同时还不影响零件的功能性和耐久性。“在飞机设计中，重量是所有零部件的一个重要指标。”Hammann先生说：“对于A380，零件被计划得更轻了，同时他们还得能够承受更重的载荷。滚轴传送系统的边缘必须配置数百个减重孔，这样就能减少20Kg的总重量。通常，任何多余的材料都将会被去除以减轻重量，这样一来有时就会得到一些奇特的形状。”

尽管如此，安全是比减重更加重要的指标——特别是对于航空工业来说。在飞机起飞或者降落的过程中，如果一个货物集装箱或者甚至只是一个附属部件松动，都非常有可能导致飞机坠毁?；谡飧鲈?，设备有关的材料和加工工艺要求都是非常严格的，正如Hammann先生所说：“一般来说，车间工头决定哪种冷却润滑剂可以用于机床。而对于我们来说，LBA告诉我们使用哪种冷却润滑剂。”

零件变得越来越复杂，就要求采购新的铣床和加工中心。为了高效的使用这些新的机床，PFW也需要一个强大的CAM系统。两个系统最终入围，其一就是Hammann曾经在另一家公司已经成功实施项目的TopSolid软件。功能范围和性价比更好的TopSolid和TopSolid'Cam最终获得了肯定。

“软件得简单易学，”Hammann说：“最重要的是图形化的模拟功能，因为的新的铣床使用了大量的冷却液，操作者根本看不见东西。他只能听到碰撞，但那已经太迟了。现在他们所操作的机床远比他们10年前操作的机床快多了。操作者根本没有反应的时间。因此，我们必须保证没有任何错误。”随着PFW的短交货周期，?；丫遣豢赡艿牧?。一些机床必须得24小时运转。

寻找称职的合作伙伴

尝试避免巨大的系统集成，Hammann正在附近寻找一个小的但是称职的，能够以合理的价格定制后置处理的合作伙伴。这些年来，PFW购置了许多不同控制驱动单元的机床，一些甚至是相当不常见的，比如用于加工底座或者滚轴传动系统的机床。“一个大型的软件系统通常不会为一台机床定制后置处理，即使有，价格也会是我们难以接收的，”Hammann说。

West，设在Saarbrücken的系统集成商，成为了PFW适合的合作伙伴。TopSolid公司的销售合作伙伴West公司不仅是提供软件，培训员工和提供支持，这个公司还可以定制后处理程序，这一般来说是不简单的。“我们的轮廓铣床是根据我们的需求定制的，”Hammann解释说：“主轴上附加了一个连接臂，执行反向的钻孔操作。这样一来，旋转方向和进给速度就都改变了。此外，零点也偏移了200mm。但是我该怎么给电脑解释这些呢？” 目前，有时5轴加工机床的控制还有些困难，但是Hammann相信随着与West的合作，这些都能得到解决。

TopSolid'Cam加工软件已经在两个车间安装运用，如果PFW赢得了A380合同的话，还将扩展到第三个车间也安装使用。软件安装在构建了基础的局域网中的Windows 2000操作系统的PC机上。这些PC机能够从设计部门访问CAD数据，也或者是从服务器上得到他们自己的数据。两台电脑的额外控制，尽管如此，也不再可能像Outlook和Office的自动更新那样经常造成问题。另外，Microsoft程序减慢了计算机的速度，使得软件不得不安装在单独的工作站上面。 

完美的CATIA接口

PFW的制造专家使用TopSolid的CAD/CAM软件来来做绝大部分的铣削编程。从设计部门来的CAD数据，已经被CNC编程员工用完美的CATIA数据接口转换为了TopSolid几何模型。“我定位零件模型，以便需要铣削加工操作的特征可以尽可能的加工到。然后定义铣削加工策略，提供要求的概念设计，”PFW的两个CAM专家之一Dirk Martens解释说。通常，机床操作者也会提出一些问题和建议。

为了更好的理解零件，避免后续更改，CNC编程人员会和设计者讨论。有时，编程者会建议做一些更改以适合铣削工艺。通常情况下，零件的几何模型不或者很少在TopSolid中修改，除非是很细小的改变，并且零件的编程已经完成了。由于两个?？橥耆亓?，只是简单的点击鼠标，两个程序就都会更新。

零件的TopSolid模型不仅是用于铣削加工编程，也用于质量管理。不仅前，PFW安装了一台新的Zeiss测量机用来快速检测原始3D模型。如果是可以接收的质量，测量结果可以让车间员工立即磨去多余的部分。由于测量机不能读入CATIA数据，TopSolid模型创建的STL文件就可以用来物理测量数据做比较。

强大的模拟仿真功能

在经过一周的培训之后，加工员工就能用CAM软件工作了，虽然效率上还比较有限。“熟练掌握这样一个工具不是意见容易的事情。因此我们乐意投资与使用者的培训，”Hammann说：“几百万的新机床都已经投入了，也不会再去节省几千欧元的培训费用。”根据Dirk Martens的经验，掌握TopSolid'Cam是比较容易的，但是不需要培训也是不可能的，特别是每一个版本都会添加新的功能。

TopSolid公司的CAM软件覆盖了PFW所需要的所有功能。“这个软件包含了自动的功能支持用户定义铣削加工策略,”Martens说：“当然也有时候，可能手动添加一个轮廓作为加工边界，并告诉程序你这是要做什么，这样还会更快。你需要权衡一下是使用自动功能，还是不使用。”

Martens认为非常直观可靠的加工仿真模拟功能是TopSolid'Cam的一个关键特点。“直观预览的机床、刀具和夹具都集成在了一起，后置处理器又能准确的生成跟我们电脑上模拟加工仿真看到的一致的程序。”PFW的CAM专家首先要在TopSolid中创建模拟机床主轴结构，因为机床生产商不会给他们的客户提供3D模型。West调整了软件，从而能够使用修改的刀具，比如铣削刀路会自动的修正。

通过程序对比零件几何的计算，TopSolid还能让用户看到每一步材料去除以后的剩余坯料。Martens找出的一个缺点是程序需要用来计算处理一些加工步骤的时间。“一个小的不足就是，即使你只是修改第一把刀的加工的转速和进给，你也必须重新计算每一个加工步骤。”

更快，也更精确

在Hammann看来，使用TopSolid的CAD/CAM软件的结果是缩短了交货时间，即使不能准确的计算出到底节省了多少时间。复杂零件的CAM编程加工毫无疑问比手工编程更快。即便如此，软件与新的机床一起使用也只会带来好处。Hammann用下面的例子来验证他的观点：“和新的机床一起来使用CAM软件加工一个货柜门，我们能够节省60%的加工时间。一个原因是这次加工只须更少的加工装夹次数。与此同时，加工的精度也提高了，因为每次装夹的二次定位误差都会导致精度的降低。”

文/ Michael Wendenburg, Sevilla
照片/ BG Concept Marketing Communication