车间通过集成 CAD/CAM 软件 hyperMILL 提升原型设计效率
Alfred Karcher SE & Co KG | 温嫩登
（巴登-符腾堡州）， 德国
产品创新需要有创意的开发人员以及能够快速而高效地落实理念的原型设计。它所需的设备包括可轻松地用于各种流程的 CAD/CAM 系统。OPEN MIND Technologies 出品的 hyperMILL CAM 软件及其集成 CAD 模块提供了全面的 5 轴加工策略和编程结果，确保实现可靠的流程。
在德国斯图加特附近的 Karcher 隶属于 Alfred Karcher SE & Co KG 集团，在 72 个国家/地区的超过 127 个公司拥有 13,500 名员工。Karcher 是世界领先的清洁设备制造商，致力于提供各种创新清洁解决方案，包括高压和超高压清洁器、真空吸尘器和蒸汽清洁器、清扫机和刷洗机以及更多其他产品。该公司将创新作为最重要的增长因素。1,000 名员工从事研究和开发工作。Karcher 目前拥有 630 项有效专利，所有产品中约 90% 的问世时间不超出过五年。
每种新产品最初都在创建于 1988年的原型部门制作。原型部门主任兼认证模型制作师 Achim Sanzenbacher 解释了他自己及其团队的工作内容，“我们有 12 名员工，每周生产 600 到 800 个钢、黄铜和塑料材质的部件。”CAD/CAM 软件和其他编程系统用于 5 轴加工、3D 打印和钣金加工中心的生产工作。
Karcher 非常重视内部原型制作。这样可缩短上市时间，并确保专有技术不会过早传播。因此，原型设计的投资方面特别受到关照和支持，以便进一步加快获得功能性首样的进度。CAD/CAM 软件就是实现高效原型设计的关键技术之一。
“这次测试让我们在现实条件下体验了 hyperMILL。
看到结果之后，我断定这种 CAD/CAM 系统就是我们的最佳解决方案。它很容易编程，加工起来速度快，并能获得始终可靠的加工结果。”
这给 Karcher 原型团队的 CAM 和加工专家之一 Michael Wussack 留下了深刻的印象。
用于机械加工的先进 CAD/CAM
从 2018 年 11 月开始，因为 hyperMILL 高效的5轴加工策略，Sanzenbacher 及其团队选择换用 OPEN MIND Technologies 出品的 hyperMILL 软件进行原型设计。此外，换用新 CAD/CAM 平台的决定还取决于另一个同样重要的原因。“我们与软件供应商之间出现了服务问题，最终未能向我们交付软件或后处理器更新，”Sanzenbacher 说，“我们无法忍受继续使用老旧的系统。我们的部件越来越复杂，因此我们希望利用每种新技术的优势，并在需要时得到软件供应商提供的应用支持。”
在选择新 CAD/CAM 系统时，由四人组成的 Karcher 加工团队寻找有吸引力的服务，当然还包括最新的技术。Karcher 最初邀请其清单上前四位的 CAD/CAM 提供方参加标准测试程序，其中包括在典型原型设计条件下使用螺旋槽编程和加工复杂的 5 轴组件。这意味着早上获得 CAD 数据，就可以期待部件通过一键设置的加工流程很快制出。
Karcher 的清单上的两家软件供应商选择不参加标准测试程序挑战。但是，OPEN MIND 的技术项目经理兼模具构建和原型设计应用专家 Steffen Völker 着手使用 hyperMILL CAM 系统，并出色地完成了标准测试程序的任务。到了下午，标准测试程序部件已在 Hermle C400 上加工好，等待检验。这给 Karcher 原型团队的 CAM 和加工专家之一 Michael Wussack 留下了深刻的印象。他说，“这次测试让我们在现实条件下体验了 hyperMILL。看到结果之后，我断定这种 CAD/CAM 系统就是我们的最佳解决方案。它很容易编程，加工起来速度快，并能获得始终可靠的加工结果。”
Steffen Völker（右），OPEN MIND 模具构建和原型设计应用程序专家，无论何时需要都能为 Michael Wussack 及其同事提供现场支持。
强有力的支持
当天结束时另一件事也已明确下来，Sanzenbacher 强调说，“我们一致认为 OPEN MIND 正是自己要找的合作伙伴，他们可以为我们提供所需的服务。”
OPEN MIND 与其客户保持着密切的关系。最初，Völker 每周与 Karcher 联系一次，查询与编程或组件有关的任何问题，或者快速解决任何问题。但是，由于 Karcher CAM 用户的原型设计专业知识非常扎实，需要的帮助极少。
从左到右：Karcher 的原型设计师 Achim Sanzenbacher 和 Michael Wussack 对 OPEN MIND Technologies 的 Steffen Völker 和 Aleš Vurušič 提供的支持非常满意。
Karcher 获得了用于表面和型腔加工的全部十三种 5 轴策略hyperMILL 许可，还有在集成 hyperMILL MAXX Machining（高性能加工）高性能软件包中的粗加工和精加工模块。Wussack 说，“我们非常快地掌握了 hyperMILL，因为用户界面非常直观，结构清晰。尤其是，每个策略的一般操作都相同。”Karcher 还认为，OPEN MIND 开发的所有软件都有一项优势，那就是其模块能够轻松地集成到一起。
hyperMILL 的表面和型腔软件包可提供 13 种不同的 5 轴策略。这样，无论要求有多苛刻，编程人员都可以为每种加工的部件选择正确的策略。
整体 CAD/CAM 概念
例如，hyperCAD-S 是“CAM 专用的 CAD”系统，由 OPEN MIND 专门为 CAM 编程人员开发以加快 NC 编程速度。“它完全集成到 hyperMILL 中，”Wussack 说。“这样可使用户无需接口即可在 CAM 和 CAD 之间来回切换。由此节省了大量时间，大幅减轻工作压力。”
特别是在原型设计中，组件仍需要适应加工流程，因为它们通常为采用注塑和压铸的后续连续生产开发。加工部件时，需要支撑面或夹持面，并且必须进行调整，例如修改半径或闭合孔。这些正是 hyperCAD-S 的任务，通过其快速而易用的制图、曲面和实体功能提供支持。
大范围的 5 轴策略
从加工要求来说，原型设计与连续生产本质上有区别。制造单个部件时，将总加工时间缩减零点几秒没有什么重要意义。如果工艺可靠的实际生产 NC 程序 – 理想情况下是在一键设置中生成成品组件的程序 – 的创建速度非常快，则可以节省更多时间。在这个方面，5 轴加工是原型设计的理想技术，因为几乎所有组件都可以从五个面整体加工。这还产生了更长的连续加工时间，使 Wussack 及其团队能够对下一个部件进行编程。
hyperMILL 在 5 轴加工中脱颖而出。它提供了多种倾斜策略，因此可为每种几何形状和任何机器运动学特点找出合适的解决方案。“编程很简单，” Michael Wussack 指出，“因为它通常基于三轴 3D 加工或刀具设置为特定角度进行的加工。除了熟悉的 3D 策略，例如平面加工或残料加工，只需要再增加一个窗口来补充 5 轴刀具位置。”
自动化功能和高性能策略可提升效率
OPEN MIND 软件提供了众多有助于 5 轴编程的自动化功能，例如自动索引功能。即使在需要多个刀具位置的情况，它仍可在编程和加工区域实现一键操作。这种功能自动搜索每个加工区域的无碰撞固定刀具角度。无法使用倾斜刀具进行加工的区域可在五个轴上实现同步加工。
自动 5 轴清根加工功能也非常有用。它检测在精加工过程中未完全加工的残留材料区域，并在用户定义参考刀具和加工区域后自动执行所需的加工操作。“这样可以节省大量时间，”Wussack 说。
粗加工是在原型设计中经常使用的一种加工模式。这是因为大多数组件都从实心原材料加工而成。在 Karcher，由 hyperMILL MAXX Machining（高性能加工）高性能软件包中的粗加工模块轻松地完成此工作。Karcher 还斥资购买了 hyperMILL MAXX Machining（高性能加工）精加工模块。Sanzenbacher 期待在加工热水高压清洁器的电动机时使用精加工模块。有大量散热片需要非常精确地精加工到预定义的厚度，以获得正确的热测量值。“使用圆桶刀和相应的切向精加工策略，我期望可将加工时间减半，”Sanzenbacher 说。
不留任何漏洞
对于 Sanzenbacher 来说，下一步的发展涉及加工区域的进一步自动化：“在原型设计领域，我们的关注点还包括使用机器减少在夜间和周末需要配备的人员来提高时间利用效率。”我们投资购置了配备六叠托盘交换装置的 Hermle C22，因此已具备此基础。
自动化要求最高程度的流程可靠性，因此避碰撞检查非常重要。hyperMILL 为此提供了高效的选项，例如考虑到整个机器环境的模拟解决方案。对于 5 轴模拟加工，hyperMILL 自动计算无碰撞刀具角度。用户只需根据机器运动学特点指定应当优先避开哪个旋转轴上的碰撞。
在编程和加工过程中节省时间
Achim Sanzenbacher 非常满意，“OPEN MIND hyperMILL CAM 解决方案以及所有其他组件完美地满足了我们的原型设计需求。模块化策略的系统通用性很强，用户界面在所有策略之间保持一致且结构清晰。生成的程序可确保安全且可靠地进行处理。我们还提高了速度。”虽然他没有与组件相关的数字来支持此观点，但是他知道“生产能力增长可观。依我来看，hyperMILL 目前处在原型设计的前沿。”
图集
原型构建者依赖 OPEN MIND 出品的 hyperMILL CAD/CAM 系统生成可靠的加工程序。
5 轴加工是原型设计的关键技术之一。夹紧后，可从五个面对工件进行全面加工。原型团队利用长运行时间进行下一个组件的编程。
Karcher 每周生产 600 到 800 个原型部件。选择的技术是 5 轴加工。
Karcher 每周生产 600 到 800 个原型部件。选择的技术是 5 轴加工。
黄铜接头整合在 EASY!Force 高压喷枪的手柄元件中。它还包含机械组件，例如操纵杆，它与外壳半体一样都使用 3D 打印机制作（作为原型）。