彭斯克车队的生产经理马特·金贝尔表示,在比赛日,每个人都在电视上看到了比赛,但在幕后,时间就是一切的商店之间正在进行一场比赛。十五件小事加起来可能就是我们在赛道上实现目标所需的半秒。谁能以最快的速度实施变革通常会占据优势,但精确的工具可以决定输赢。

“我们处于低产量、高混合的环境中,交货时间短,因此可能很难将我们与典型的商店进行比较——我们每年生产的大约 50,000 个零件可能仅由 2000 个零件组成数字,”金贝尔继续说道。 “但在保持高质量的同时不断适应的压力与其他所有金属加工操作所面临的压力相同。”
Team Penske 机械车间为 Monster Energy NASCAR Cup、NASCAR Xfinity、Verizon IndyCar 的多名车手提供服务, 和 IMSA DPi 系列电路,位于其 7400 平方英尺(687 平方米)的北卡罗来纳州穆尔斯维尔工厂。该车间的 15 人团队包括程序员和机械师。它实行两班制,外加一些无人值守的工作,涉及从车铣到带电刀具的同步多轴 CNC 机床的所有工作。
需要快速响应
赛车车间的工作是不可预测的交货时间很短。规则每周都在变化——通常是显着的——需要添加、删除或修改不同的部分。每周的赛道也需要类似的调整,更不用说比赛周末来自赛道的实时性能反馈。在赛后汇报中,发动机管理人员制定计划,让赛车在下周末前上赛道。决策必须考虑赛车的重量、平衡、刚度和空气动力学等性能因素。
“大多数车队在获胜时都会很兴奋,”机械车间经理 James O’Toole 说。 “去年在所有三个系列赛中,我们取得了 30 多场胜利。工程师可以想出一个解决方案,让我们在特定的周末加快速度,我们可以在一天或更短的时间内将零件安装到车辆上。很少有时间坐下来彻底计划每项工作。赛车行业的上市时间可能只有六到八个小时,”O'Toole 说。

精密主轴接口
Penske 团队机械车间不断优化工艺和设备。近几个月来,它根据决定扩大 BIG Kaiser Precision Tooling Inc.(伊利诺伊州霍夫曼庄园)的 BIG-Plus 主轴接口和刀柄的使用,对工具进行了改进。在 BIG Plus 接口中,面接触和锥面接触都是通过机床主轴的弹性变形发生的。当保持系统被激活时,刀柄锥度迫使主轴打开,直到实现面接触。
“如果您正在运行 BIG-Plus 主轴,您应该使用 BIG-Plus 刀柄,”Gimbel 说。 “我们的机器配备 BIG-Plus 主轴已经有一段时间了,所以当我们决定在我们的库存中添加更多 BIG-Plus 刀柄时,我们首先考虑了 BIG Kaiser,”Gimbel 说。
Toole 报告说,使用额外的 BIG-Plus 刀柄、标距长度更可重复;增加了刚性;振动得到抑制,扭转力降低,以最大限度地减少切削刃处的偏转。在某些五轴应用中使用标距超过 10 英寸(254 毫米)的加长刀柄时,这一点尤为重要。
全面的重复性
“当我们的机械师不断要求额外的 BIG-Plus 刀柄——因为它们的性能优于我们目前的大部分库存——这对我来说就是证明,”O'Toole 说。

在 2016 年 IMTS 会议之后,Penske 团队和 BIG Kaiser 寻找更好地实现第一部分精度的方法。最小的跳动或稳定性问题偶尔会导致重置并执行精密的铝铣削工作,钛和钢。为了在最短的时间内获得最佳结果,他们使用高进给刀片刀具。振动一直是这些情况下的挑战,尤其是在一些高速铝厂中。 Penske 团队有时会看到如此大的振动,以至于松开插入件上的螺钉并造成损坏。超大或锥形孔。 O'Toole 知道,在团队的一些长期、多轴工作中,这些相同的一致性问题很容易升级为灾难性的水平。

为了应对风险并解决现有问题,该商店开始使用 BIG-Plus Mega ER 夹头刀柄。滚珠轴承滚道和圆柱形外径导致低扭力通过减少夹头和螺母之间的摩擦阻力来减少夹头上的力并增强夹持力。
虽然夹紧螺母使铰孔、钻孔和铣削操作更加一致,但无论操作人员和刀具更换次数如何,性能在车间要求更高的应用之一中尤为突出——在 Mazak VC500A-5X 上进行 ±0.0005 英寸(0.013 毫米)的铰孔,标距长度超过 10 英寸(254 毫米)。 “我们现在可以在没有严重变形或跳动的情况下进行扩孔和插补,实际上小于 0.0002” [0.005 毫米],”O'Toole 说。 “它说明了 Mega ER、BIG-Plus 刀柄的准确性,因为它是起点——一直工作到夹头和刀柄、螺母和夹头之间的关系。当您查看构建中有多少接口以实现孔公差 ±0.0005 英寸 [0.013 毫米] 时,这真的令人印象深刻。”
“您可以在工具中寻找的最重要的东西之一就是多功能性,”奥图尔继续说道。 “借助 BIG Kaiser 提供的所有不同刀夹类型,我们可以将刀库标准化到高水平,无缝地从一项工作转移到下一项工作,并减少设置时间。”
高速,轻切削
为了让他们的汽车尽可能轻便和符合空气动力学,Penske 团队的车间对铝、钛和钢进行精密加工。为了在最短的时间内获得最佳结果,他们使用高进给刀片刀具。振动一直是这些情况下的挑战,尤其是在一些高速铝厂中。 Penske 团队有时会遇到过大的振动,导致刀片上的螺钉松动并造成损坏。
BIG Kaiser 的工程师建议试用该公司的 Hi-Power 铣削夹头,而不是满足于较慢的进给速度。他们解释说,持有人是通过几个字符为这类工作量身定做的特点 - 细槽、滚针轴承、无螺纹以及围绕整个工具而不是单个固定螺钉的平衡夹紧。
Penske 团队同意并首先使用 1″ (25.4- mm) 铝制应用中的工具。它立即能够加快其主轴速度,从而从 1834 增加到 2620 sfm(559-798 m/min)和 110 到 200 ipm(2.8 到 5 m/min)。刀具寿命也增加了约 30%。

“我们在主轴中使用了更稳定的刀具,”O'Toole 解释道。 “这是卡盘现在的明确角色。我们不会更换所有 BIG-Plus 侧锁带有它们的立铣刀刀柄,因为它们非常适合通用铣削,但当我们在这些要求苛刻的应用中工作时,我们肯定会看到 BIG-Plus Hi-Power 铣削夹头的价值。”
数字化镗削、设置
2017 年夏季的一项工作涉及在 Rc 32 钢上加工 80 个 3″(76 毫米)直径的孔,公差为 ±0.0003″(0.008 毫米),同时保持圆度为 0.0003英寸(0.008 毫米)总计。 Penske 团队长期以来一直使用的 BIG Kaiser 镗头性能良好,但精度如此之高,仍然需要进行精加工调整。为加快流程,Penske 团队采用了 BIG Kaiser 的数字镗头。
显示实时直径调整至百万分之 50 并确认夹紧的数字读数提高了孔精加工的效率。通过立即验证调整,消除了试切的需要,使调整过程快了 80%。
“当我们确实需要做出调整,这很容易,”奥图尔说。 “我们可以将镗头留在主轴中并进行有限的调整,一直到十分之一,然后继续我们的工作。我们在读数上看到的就是我们在结果部分看到的。从那以后,我们添加了第二个数字头,就像支架一样,我们的机械师想要更多。”