美国火星探测,少了3D Systems GibbsCAM怎么行?

国际金属加工网 2017年05月09日

星任务筹划多年,但美国加州一家工厂却利用学习一个CAM软件实体曲面编程的机会,用不到三周时间就完成了一个极端公差的火星探测器零件从CAD造型到最终CNC铣削编程。

美国加州理工学院的喷气推进实验室(JPL)是美国国家航空和航天管理局(NASA)的一个下属机构,是太阳系探测机器人研究的核心部门。他们研制的太空船访问过除冥王星之外太阳系所有行星。JPL望远镜正在观测宇宙中遥远的星系,研究我们的太阳系是如何形成的;JPL还控制着全球太空跟踪系统,该系统主要负责全球各个战略点与太空船的交流,并进行科学研究。

喷气推进实验室(JPL)还负责采购制造2003年发射的火星探测漫游者所需的零部件与装配

JPL自己内部生产20%的零部件,而其余80%的零部件全部分包给像Next Intent这样的工厂。Next Intent公司位于美国加州San Luis Obispo,火星探测漫游者的多个零部件都是由该公司生产,包括车轮。

Next Intent公司创始人RodneyBabcock认为开办机械厂,进行高精度加工和其它像制造工程与部件装配这样的增值服务有一定的发展空间,便创立了NextIntent公司。Babcock回忆说,“我创办NextIntent公司之前在一家半导体设备厂工作,我接触过的最好的厂商是在项目开始前就提供很多有关图纸和产品规格的信息。” Rodney Babcock很清楚,预先花时间研究设计工艺的工厂最终会省时又省钱。

Next Intent公司承接了很多高精度加工任务,在加工钛、铝、塑料和不锈钢方面非常专业。他们主要为航空航天、空间技术与半导体原始设备制造、移动通讯设备、军用和商用飞机零部件制造等行业服务。Next Intent公司与客户的制造工程师们密切合作,确定产品的工艺性及机械加工性能,并以最佳方式应对加工难题,他们以此自豪。难怪,在火星探测漫游者项目上,Next Intent公司能与JPL保持稳步合作。“我们认为我们公司是JPL制造工程部的外延。”Babcock说。

面临的最大挑战

尽管如此,也存在着严峻挑战。

赢得制造火星探测漫游者车轮的订单后,紧接着,Next Intent公司推行学习与工作一举完成的策略,采用GibbsCAM全面的3轴多曲面加工包GibbsCAM SolidsSurfacer的高级铣削模块进行加工编程。他们采用以前从未用过的程序为火星探测漫游者车轮编程,仅用了两周半的时间——从他们收到火星探测漫游者车轮的CAD模型到完成CNC编程。

“因此,基本上我们在学习实体曲面软件的同时还得为一个非常复杂的零件编程——破天荒头一次这样做,” NextIntent公司制造部经理Chris Baker说。

Next Intent公司多年前选择GibbsCAM软件作为其CAM软件解决方案的主要原因在于GibbsCAM软件学习周期短,仅这一点就十分关键。Next Intent公司采购CAM软件包时,与多家使用其它软件的机械工厂交流过,最终确认GibbsCAM是最佳选择。

“我们非常喜欢GibbsCAM的用户界面和软件的易用性。不仅如此,GibbsCAM软件在我们所专长的高精度加工方面也独具特色。另外,美国Gibbs公司紧跟最新的科技发展步伐,不断与时俱进,如,实体加工。” Babcock解释说,“GibbsCAM软件十分灵活,便于我们随心所欲地进行操作,就像工模具编程老手经常会使用你意想不到的方法。”

火星探测漫游者车轮带来的挑战

火星探测漫游者车轮每个面的壁厚要严格把控。公差不断缩紧以便于材料尽可能薄,但不会影响到车轮设计结构的完整性。保持结构的完整性才是最优先考虑的事。“54磅重的坯料,加工完成后只剩2.25磅,简直不可思议。” Babcock说。

由于太空船、着陆器和漫游者在大小和重量上有十分严格的限制,他们像俄罗斯套娃一样,层层相扣。把诸多工程与科学功能装进一个相对狭小的太空船系统中,很多零件几何体的复杂性充分反映了设计的创造性。

仅漫游者和着陆器就需要三十多个齿轮和发动机,这些齿轮和发动机一部分用来打开着陆器投放漫游者,一部分用来部署科学和通信工具,还有一部分用在漫游者的移动和转向系统。

由于火星探测漫游者车轮工艺要求十分严格,事实上,Next Intent公司还得充分发掘GibbsCAM软件的潜力,尝试很多之前从未用过的功能和方法,为了能及时出色完成任务,他们需要很多技术支持。

美国Gibbs公司代理商不厌其烦地帮助Next Intent公司,借鉴其他使用GibbsCAM软件十分得心应手的老用户的经验,提供一些鲜为人知的GibbsCAM软件应用技巧和诀窍。

“Gibbs公司代理商解决问题能力非常强,还帮我们做日常工作中的实际零件。他们不懂时也会虚心求教,更加努力地探寻解决方法。” Baker说,“与Gibbs公司代理商及其他经验丰富的GibbsCAM软件用户合作,确实对我们帮助很大,使得我们应用GibbsCAM软件的水平大大提高。这期间,我们一直使用GibbsCAM软件干活,完成了原本无法完成的任务。 ”Babcock高兴地说。

Next Intent公司还了解到使用GibbsCAM做越复杂的零件优势越明显,能让装配人员不进车间就了解产品情况,确保他们在实际加工前熟悉所有工序如何进行。

GibbsCAM仿真模拟功能便于机械师查看刀具运行情况。之后,机械师再根据软件提供的仿真结果选择加工策略。“机床操作人员完全了解加工任务亦或理不清头绪,区别很大。以这种方式进行加工可以节省很多设置时间。一图胜千言;GibbsCAM仿真模拟功能可确保编程人员和设置人员或机床操作人员充分理解。” Baker说。

成功交付产品

Next Intent公司成功交付火星探测漫游者的多个零部件,包括摄像机座架、轮毂和几个多角U型悬架臂,以及倒扣壁。悬架臂采用纯钛加工,厚度小至1毫米(0.040英寸)。这些悬挂臂最终要组装到一起,以便于汇集成电子束。“这些零部件的编程我们都是采用GibbsCAM软件完成的,我们充分发挥了软件的功能与使用价值。客户看到成品后非常兴奋,就像我们当初的心情一样。” Babcock解释说。尽管如此,当初Next Intent公司联系美国Gibbs公司探讨火星探测漫步者车轮的编程问题时,Gibbs公司也曾有所顾虑。

“归根结底,GibbsCAM软件能做的比公开宣传的多得多。我们用户应不断发掘软件的潜力,充分应用软件的各种功能到实际加工中去,会有意想不到的收获。” Baker说。

Next Intent公司主要擅长做短期原型工件,以及中小型产品加工。他们有一套GibbsCAM软件,两名编程人员,七台CNC机床两班倒。由于Next Intent公司承接了很多原型工件和研发工作,他们往往需要快速编程,采用最稳定的刀路加工。Baker解释说:“我们刚编程完或者还在加工,就会有工程师打电话或发传真给我们,说要变更。通常在我们交付成品前,我们能做多方面修改,不会影响产品的交付周期。”

GibbsCAM的刀路关联性对完成这项工作至关重要,因为此功能有助于Next Intent公司快速便捷地进行变更——在任何地方——这样,他们在需要做工程变更时就不必全部重新编程,只局部修改即可。“由于客户要测试四种不同方法,因而同一个零件我们会同时做出四个不同版本,每个零件都有编号。GibbsCAM的刀路相关性对有效且成功完成这项工作而言十分关键。”

2004年,两辆功能强大的新火星车“勇气号”和“机遇号”登陆这颗红色行星。每辆火星探测漫游者都配有精密的仪器,用于搜寻火星上曾有液态水存在的证据。两辆火星车是孪生兄弟,但投放在火星的不同区域。

上图:勇气号”和“机遇号”火星车

然而,回到正题,制造前置时间会继续变得越来越短。大多数公司还是会在紧要关头才购买,并希望立即交付产品,这就需要像Next Intent公司这样的机械厂快速做出反应。“古人云:质量、成本和交货期——任选其二,万事大吉。”Babcock说,“现在客户却要求三者齐备,不断以更短的交付时间完成任务。使用GibbsCAM软件能快速编程,便于我们掌控生产总周期。”

这就意味着企业要与时俱进,保持竞争力,即使竞争对手实力非常雄厚也要迎头而上。

美国火星探测续篇:

好奇号火星探测器是美国国家宇航局研制的一台探测火星任务的火星车,于2011年11月发射,2012年8月成功登陆火星表面。它是美国第七个火星着陆探测器,第四台火星车,也是世界上第一辆采用核动力驱动的火星车,其使命是探寻火星上的生命元素。项目总投资26亿美元,是截至2012年最昂贵的火星探测项目。GibbsCAM为好奇号火星探测器编程加工多个零部件。

上图:好奇号火星车

美国火星探测项目进展

2004年登陆火星的勇气号和机遇号火星车已经发现,火星在过去曾经是温暖和湿润的,甚至可能存在过海洋。但是后来它的环境发生了巨大的转变。自那时起,美国宇航局火星探测任务的科学目标就围绕考察火星是否曾经支持生命存在而进行,好奇号火星车亦进一步推进美国宇航局“跟着水走”的战略。

2012年8月6日凌晨1时30分(北京时间6日13时30分),新型火星探测器“好奇”号计划着陆火星表面。作为一个星际间太空飞行器,“好奇”号的能量来自钚 ,大小只有一辆小型机动车大小它已经从地球出发,旅行了八个半月了。“好奇”号携带的计算机会控制着陆过程,放慢速度,小心登陆火星表面。因为火星和地球之间存在时间差,地球上的科学家将在火星车着陆14分钟后才得到反馈。不过,美国宇航局官员表示,此后,还得需要几个小时甚至几天的时间才能确认着陆成功与否。

美国“好奇”号火星探测车2012年8月19日首次使用高能激光枪击打火星岩石,以期分析火星岩石矿物成分。好奇号火星漫游车利用机械臂末端的钻头钻取了火星表面一块基岩的样品,这是首次通过钻探获取火星岩石样本。NASA称这是好奇号自2011年八月抵达火星以来所取得的最大的具有里程碑意义的成就。着陆后,地面控制人员将指示好奇号利用携带的科学设备分析样品,分析其矿物和化学成分,以确定火星上是否有水,是否有或曾经有适合生命存在的环境。

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