标准化参数 使无人值守更可靠

文章来源:MM《现代制造》 点击数:634 发布时间:2017-10-20
特定材料的标准化参数以及切削刀具组合帮助HMS(硬铣削解决方案公司)降低劳动力,应对千差万别的工作量。
标准化参数 使无人值守更可靠

对于HMS而言,标准化刀具参数有助于促进构建一个对无人值守不可或缺的标准化、可靠生产工艺流程。对于像P20汽车格栅模这样存在难度的加工项目来讲,可靠性和可预测性都是尤为重要的要素。对此,HMS的Corey Greenwald评论道,这是头一次碰到客户要求对工件全部铣切加工,而不是采用EDM加工。总的来说,这种几何形状需要超过300 h的无人值守、不间断地加工。

机加工车间的牧野V77机床2万r/min主轴继续在一个4140预硬化(28~32 HRC)零件上进行刀具加工,以形成沙模铸造工艺中使用的泡沫。HMS的设置通常包括由几部分组成的零件,它们都具有不同的几何图形、硬度和表面规格,全都聚集在一个工作台上。

图1 机加工车间的牧野V77机床20000 r/min主轴继续在一个4140预硬化(28-32 HRC)零件上进行刀具加工,以形成沙模铸造工艺中使用的泡沫

身为HMS总裁的Corey Greenwald展示了一个模板,据他讲,充分利用机加工车间的CAM软件数据库在更高可靠性和可预测性方面取得了回报,这两者都对无人值守操作至关重要。

当零件磨损时,将被送往HMS进行重构,但通常不针对某一定尺长度。出错余地也因此被考虑到作业中,因为程序员可以在不报废零件风险的情况下挑战系统的极限。

Julian Becker是一位负责设置的自由职业技师,很快希望学习编程,从HMS的大量硬质合金产品中找出适合刀具。HMS程序员没有在各种项目中采用相同的刀具/刀夹组合,相反,采用了CAM-Tool软件来确定在无阻碍情况下,每个切刀可以短到什么程度,然后,为工作台上的每个工件加载相应的机床。

不少像Ryan Mihelcich一样的程序员依赖于视频和自动电子邮件或短信警报来获得每台机床的反馈,无论他们是否身处机加工车间都可以得到相关信息。

对无人值守作业至关重要以及为每个机加工车间所共用的其他资源包括:像这样的激光刀具探测针以及主轴负荷监测能力。

HMS的最新机床也是其最大型的机床:来自牧野的F-9 VMC。目前成长中的公司不仅着眼于更加大型的零件,同时也在寻找一个更大的空间。

图2 对无人值守作业至关重要以及为每个机加工车间所共用的其他资源包括:像这样的激光刀具探测针以及主轴负荷监测能力

每个早晨,当Corey Greenwald到岗时,机加工车间内所有八台铣床都会运转完至少一个完整的班次。事实上,在这个他2004年创立的HMS中,机床不间断数日运转的情形实属常见。此外,HMS绝非生产经营型企业。事实上,在这个占地4900ft2的底特律机加工车间中有相当大的一部分工件是一次性的。Greenwald讲道:“我们的目标是确保在机床不运转的场合设置或添加程序。”

据Greenwald讲,保持无人值守主轴旋转,既是对心理,也是对工艺流程和技术的一次考验。更具体地说,作为差异制造者的HMS愿意让个体直觉服从基于经证实、具有历史性加工操作的机加工车间范围内实践。这些最佳实践(主要涉及采用特定、盘存切削刀具,用于加工特定材料的最有效速度、进刀、侧吃刀量和逐渐降低)已被整理编写到CAM软件库中。标准化这些参数不仅可以减少程序员的工作量,也可确保他们充分利用过去从无数工作经历中积累的经验,他们的经验现在属于整个组织,也包括新入职的员工,而不是锁在特定个人的头脑中。

机加工车间承揽的加工项目越多,就会越去精炼这些参数,从而确保从加工任务中积累的经验教训,能为未来取得更高工作效率,打下潜在的基础。最近,机加工车间已将多个数据库条目集成到模板中,从而使多达80%的某些零件编程实现了标准化和自动化。Greenwald讲道:“数据库和模板能够有力说明我们公司的实力。我们的主要目标是确保每个程序员都能够采用同样的方式设计切削程序,并得到相同的结果。我们希望客户知道公司不单单靠的是任何个人的经验和能力。”

混乱状态可控化

据Greenwald讲,自从他12年前创建HMS公司以来,这个系统就始终存于头脑中,当时他手里只有一台机床:牧野V56,这么多年过去了,这台机床仍然一如既往地可靠。在其他特性中有必要特别指出的就是这台机床的刚度、测定容积的精度、2万r/min、内部冷却的主轴,这些要素对于公司的定位业务来讲,是至关重要的。同样,保持排屑量(切削负载)恒定的CAM软件刀具轨迹,对于满足硬铣需求来讲,也是至关重要的。然而,Greenwald也选择CGS北美CAM-Tool系统的另一个原因是:软件支持数字刀具库。尽管当时在CAM中,这个功能并不是很普遍,但他知道:对于采用整齐均匀的切削刀具/刀夹总成及其相关参数快速提供零件程序来讲,此项功能仍是不可或缺的。

反过来,这种性能将有助于控制主要源自工具制造者高混合工件所导致的混乱,尤其是那些寻求限制劳动密集型抛光和定位能力的注塑模具制造商。据Greenwald讲,随着产能的扩大,机加工车间的客户群也是如此,应对更大的挑战,在这种情况下,扩大宝藏般的最佳实践就显得更加重要。如今,HMS拥有七台牧野VMC(4个V系列机型,包括原来的V56以及三个F系列机型),以及一台YCM NTV158B VMC。在任何给定的时间,这些机床上的任何一个工作台都有可能会堆满需要一夜之间加工完成的迥然相异的各种零件,每个零件都有其各自的一套刀具轨迹、精度和表面粗糙度规范。除了模具成型零件之外,此设置可能还会包括:各种冲模、冲床和分立零件,诸如铝或铜等软金属中的工件。

据Greenwald讲,让个人程序员在整个设置过程中,选择并手动输入参数将花费太多的时间,会带来不可接受变化程度。相反,程序员的注意力应该集中在为工件选择合适的切刀和刀具轨迹策略。Greenwald解释道,大多数刀具与多个数据库条目相关联,每个都占据一个特定的突出长度。反过来,每个条目包含对应于实现经机加工车间采用特定刀具组合加工的每个材料中表面粗糙度特定“层”(“精细”、“超级精细”等)的最佳实践切削参数。选择预期的刀具组合和精加工层可自动地采用相关的切削数据填入程序。

对于本身属于某个模板的工件来讲,程序员可通过立即输入多个刀具而节省更多的时间。据Greenwald讲,模板通常不能使整个工件的编程实现自动化,但它们确实提供了一个良好的开端。为了解释这一点,他例举了两个不同的P20模芯镶块。只要模芯在尺寸上足够相似,即使它们的几何形状明显不同,但它们各自的大部分加工程序和刀具选择也可能是相同的。在这种情况下,两个程序可能涉及采用一系列逐步变小的球头立铣刀进行等高残余量加工。鉴于数据库可使针对每个刀具的参数选择实现自动化,模板可进行整批次处理。此外,程序员不必担心需要在第一时间选择正确的刀具。

据Greenwald说,首先,这种策略无需任何突破性的新技术。尽管希望建立一个类似系统的任何人可能无法与HMS前进的步伐保持一致,但从机加工车间中学到的一些经验教训还是可能通用的。其一:这个策略需要投入大量时间。其二:需要有一个到位的流程、系统,以缩小参数的选择。其三:并非所有数据生来都是平等的,也就是说,一些特定参数可能会因机加工车间的能力和优先等级而存在差异。最后,重要的是要确保已选定的参数继续改善,而不是成为一个限于生产率的约束性措施。以下是对这些经验教训的总结:

承诺至关重要

对于HMS来讲,流程开始于按几何图形定义每个刀具和刀夹存货,从那些最常使用的开始。据Greenwald讲,如今可大范围地从供应商那里得到几何形状数据,这将使此项任务变得更为容易。但是,无论如何,填入程序库仅是第一步。在确保所有刀具组合将在零件程序中得到准确表示之后,机加工车间将开始着手记录对应于每台机床每次作业的进刀、速度、侧吃刀量和逐渐降低数据。

这可能看起来冗长乏味,但它可能是确定哪个机床运转,哪个不运转的唯一方法,换言之,就是要确立一个基线,为某一给定的切刀/刀夹/材料组合确定更为有效的数据。对于HMS来讲,建立基线通常是一个简单的事情:对牵扯相同材料的两个不同工件中的特定刀具组合性能进行比较,然后,对最有效的参数进行标准化,直至找到更好的“最有效点”。Greenwald说:“主要目标是让每个人都采用同一方面进行切削,无论始于何处,标准化会暴露若干弱点,然后就可以进行相应的调整。”

图3  Greenwald正与Prime技术服务公司的Jerry Hill交谈,他本人被公司派到这里维修布卢姆激光刀具探测针

这不是魔术

机加工车间有一个旨在寻找最佳参数的系统,它植根于数十年行业范围内,长期被认可的机加工实践。

在机加工车间中,车床和作业人员都倾向于按进刀率和主轴速度这样的语言来传递信息。然而,这些数据并不能传达发生在切削刃中的真实情况。因此,达到每分钟转数或每分钟英寸的特定数字本身永远不可能成为一个目标。相反,HMS的程序员们专注于表面速度和排屑量。通常在每分钟表面速度和表面速度中所表现的是度量某个单独切削刃穿过材料的速度。如果太快了,切削刃就会很快磨损且变得钝化。排屑量度量作用于该切削刃上的力,即:切削刃在孔型上有多少“吃刀”。如果力度太大,切削刃就会开始形成缺口并折断。

行业供应商长期记录了特定材料中特殊类型切削刀具的最小和最大表面速度。这些到处都可以得到的数字在历史上为HMS的程序员们提供了一个很好的出发点,无论目标是修订现有的策略,或是为全新的切刀/材料组合鉴别参数。程序员使用一个公式来确定以特定表面速度实现某一初始排屑量目标所需的进刀率。然后,根据需要,对排屑量进行调整,直至在效率和可靠性之间达到一个可以接受的平衡。在速度和进刀均被锁定的情况下,剩下要做的事情就是确定所需的侧吃刀量并逐渐降低,以实现各种水平的表面粗糙度。

反映机加工车间的数据

Greenwald不愿意共享反映其多年来通过经验积累、艰苦实验和数据收集所得到的参数。也就是说,这些参数反映了在某个拥有特定成套设备的特定机加工车间中多年来积累的经验。因此,即使从检查机加工车间数据中可以收获很多,但绝非任何人都可以做到和HMS完全一样。机加工车间最佳实践数据中所固有的东西是一套特定的假设,如:高速、内部冷却、直驱式传动主轴的使用,恒定排屑量、刀具轨迹;某些刀具的几何形状和涂层;熟练的设置人员。倘若HMS采取不同的设置,那么其最佳实践参数可能会不同。

机加工车间的已选参数也能够反映其优先次序。例如:侧重关注无人值守加工可使工艺流程的整体可靠性和可预测性变得比单独加工程序的粗效率更重要。因此,大多数的数据趋于保守。也就是首要目标是保持机床运转,确保它不会停止,直至工件加工完成。

对可预测性和可靠性的需求,在很大程度上也解释了机加工车间对F和V系列牧野机床进行标准化的原因,尽管一些工件不需要这些机床发挥全部能力。这种不匹配似乎不太理想,但它对于HMS来讲是有意义的。大多数情况下,对于来自65-HRC和CPM-M4镶件到铝压铸件的任何工件而言,均可采用相同、可预测的结果,为任何这些机床提供路线。如果铝压铸件不需要具备与镶件一致的刚度和精度,则更好的参数可以保证零件完成时间快于稍逊色机床的加工时间。

改进应处于闭环状态

事实上,不负责调定零件的程序员们主要依赖于视频反馈和自动报警来了解他们工作站的运转情况。从这种方法得出的一个经验教训是:真正致力于无人值守的操作,能够从真正意义上消除调整需要的方法不只是降低劳动力成本,也是一个促进持续改进的固有催化剂。Greenwald讲道:“真正意义上的无人值守可为程序员恢复反馈环。”

数据库有助于充分利用这种反馈。HMS优先保证:在做出对某个给定刀具/材料组合进行标准化的决定之后,循环不会停止。事实上,HMS公司积极鼓励程序员在班次期间自行作出调整,甚至在低风险工件中,大力提倡这种做法。Greenwald认为:“如果你身处一个距离剃刀边缘太近的环境中,偶尔失败将是不可接受的,你将永远失去改进的机会,侧重于个人产量的奖金系统为寻求新效率提供了额外奖励。”在Greenwald决定是否规范某一变更之前,将组织召开一次会议,对新调整进行讨论,允许与会人员各抒己见,并提出自己的想法。

有才干的员工团队

任何一家拥有适当CAM软件的机加工车间都会潜在地建立一个类似的系统,HMS更是拥有别人难以复制的优势,尤其在涉及到确保参数继续改进方面:公司拥有敬业、认真的专业人员。别家公司的人员鱼龙混杂,但HMS个个都是出类拔萃的人才。他们不只是每天打卡的上班族,而是对事情抱积极推进态度,试图了解更多情况,努力让公司变得更好的员工。

加工经验是不可或缺的。参数系统的另一个好处就是:有助于促进学习。当你所谈论的很多概念被嵌入在一个容易取得的模板中时,转化知识就变得更容易。当你忙碌时,这个模板可以帮助任何有效率之人做事,而无论其经验积累达到了何种程度。