改善机床利用率的基本方法

作者：山高刀具集团技术培训经理 Patrick de Vos

欢迎访问e展厅 展厅 3 铣刀展厅 钨钢铣刀, 立铣刀, 整体铣刀, 盘铣刀, 螺纹铣刀, ... 通过对整个金属切削过程进行优化，可以在加工中实现最高的生产率和利润率。这项工作的基础是明智地运用刀具切削参数，同时充分利用机床的加工能力。实现有效机床利用包含两个重要组成部分。一是找到将机器可用于切削金属的时间量最大化的方法，第二部分包括使这一时间最富有成效、二是设法以最富有成效、最可靠、最具盈利性的方式利用这一时间。 将可用时间最大化 机床的充分利用必须始于将其可用于切割金属的时间最大化。即使一台机器全年 365 天都在车间中，它的生产可用性。在每周工作五天，每天单个班次的情况下除去每年花费在假期和其他事情上的时间，每年可用于生产的时间约为 1,300 或 1,400 机时。即使这样，在这些时间内，机器也并非都在切割金属。编程和设置会耗费一定时间。要使非生产时间尽可能短，制造商应采用包含离线编程和模块化设计方法的战略。刀具库和自动刀具转换器加快了刀具搬运这另一耗时事件。机器人化工作处理和交换工作台有助于减少装载原始工件和卸载已完成零件所需的时间。通过提高编程速度、加快设置方法和简化刀具及工作处理而节省的时间可以用于加工零件。 高效利用时间 实施最大化切割金属可用时间的战略后，制造商面临的问题是如何高效利用这些时间以尽可能低的成本生产尽可能多的产品。关键在于在切削刃与工件材料接触时充分利用机床功能。另外，了解机床的功能局限性也非常重要。 当制定计划以最有效的方式利用可用时间时，很显然，无法改变加工工艺中的某些元素。加工工件的最终用途决定制造商应选用的工件材料，而材料的可加工性指明了可以使用的初始切削参数。例如，钛合金导热性能较差，这就需要使用低切割速度和进给率来最大限度地减少热量积聚。机床功能也是给定的，因为通常情况下更换机器并不是一个直接选项。制造商在评估生产成本时会意识到这些因素。然而，如果对机床特性评估不准确，并且采用了不可持续的切削工况，则会导致预计成本和实际成本相差甚远。 在确定所有加工的初始切削参数时，需要遵守一些通用的规则。必须选择适当的切削深度和进给率以避免刀具破损，确保形成所需切片，并限制热量的产生。切削速度过高将导致刀具快速磨损，而速度过低将使刀具无法高效工作。 快速切割通常会在较短时间内制成工件。虽然加工时间缩短，但刀具寿命也会缩短，同时刀具成本将会升高。将需要更造成具来完成工作，并且需要转位和更换刀具产生的停机时间会增加整体运营成本。实际上，快速切割、加工成本更高与慢速切割、运营成本更低之间是可以折衷的。稳定的生产效率和工艺稳定性介于两种方法之间：不够充分的切削参数会降低成本，但刀具不能高效工作，且生产率会下降；而越来越高的参数虽然会提高生产率，但刀具会快速磨损或断裂。 此外，切削工况的选择不仅仅取决于切削工具，大多数情况下，还取决于机床的功能。不同的机床具有不同的功率、扭矩、转速和稳定性限制。最显而易见的限制是功率。 仅额定功率不会确定机器对特定应用的功能。一个 60-kW 的机床似乎可以提供充足的功率，但如果计划制造 12 m 长、3 m 直径的扎辊，那么 60 kW 并不够。切削特定工件所需的功率取决于工件材料及尺寸、切削深度、进给率和切割速度。由于切削力随着转速的提高而成倍增加, 功率需求将会提高。 因此，高切割速度可能需要超过机器额定功率的功率。 此外，极端切削参数可能超出机床其它功能的承受能力。极高的切削深度会产生高于机床结构刚度的力，振动可能会降低零件质量。同样，过高的进给率会产生大量切屑，会干涉切削过程并堵塞排屑系统。 要最大程度地在其功能限度内利用机床，需要在切割参数开发中应用智能、平衡的方法。通常，会涉及到降低切割速度，同时相应提高进给率和切削深度。在考虑机床稳定性的情况下使用尽可能大的切削深度可以减少走刀次数，因此减短了加工时间。切削深度通常对刀具寿命的影响微乎其微，但切削速度对刀具寿命影响深远。同时，尽管极端的进给率对工件表面抛光有负面影响，仍应最大程度提高进给率。 当供应商实现进给率和切削深度的可靠组合后，可以使用切削速度对加工进行最终校准。目的在于利用可提供富有成效的金属切除率和工艺稳定性的切削条件。机器性能和切削参数的最佳组合可实现刀具成本、工艺稳定性和生产率之间保持平衡。 未来战略 如果意识到机床性能可对加工过程形成限制，更换机床并不是一种简单、快速或经济的解决方案。控制切削刀具应用参数以使现有机床达到最佳性能是更快、更简单的方式。即使对新机床的投资具备可行性，相对较长的设备工作寿命也是一个重要的考虑因素。某家公司可能购买性能匹配或超过其当前需要的机床，在接下来的五年、十年或更多年内，零件工件材料、尺寸和体积等因素可以而且将会发生显著变化，而机床仍可正常运行。为了应对这些变化，必须以更加明智的方式改变切削条件。 找到最大程度增加机床可用于切削金属的时间的方法后，推荐的做法是为工件材料和相关加工选择具有最适合的基体材料、镀层和切削刃槽型的刀具。接下来是在保证刀具正常工作的情况下选择最小的切削速度。之后，进给率和切削深度应尽可能高，同时考虑机床的功率和稳定性特征。已经创建了有助于确定加工参数和机器性能最佳匹配的数学公式。如有可能，车间可能倾向于执行现场测试来获得相似的结果。通常情况下，公式仅可确认事实情况。但在超过 90% 的情况下，简单、实际的最有效方在采用最大进给率和切削尝试的同时使用较低的切削速度，并将切削速度作为校准工具。这一方法不仅可以成功地提供可靠且富有成效的加工，而且还能充分利用现有机床的加工能力。

文章内容仅供参考 (投稿) (11/12/2014)