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高效加工

来源:信息中心 时间:2009-2-1 10:38:59

  • 减少换刀次数
    刀具厂商开发了一些具有多种功能的刀具,以应付不同的加工需要。如伊斯卡、山高、肯纳、瓦尔特等提供的八角刀片铣刀,能完成各种平面、倒角、圆周插补、型腔粗铣等的加工;肯纳的A4车刀和伊斯卡的霸王刀,在车床上能完成双向的车削、方形、台阶等复杂的加工任务。
  • 复合加工
    复合加工是指将多道工序集中加工,如钻孔/扩孔/倒角/锪平面常常被复合,钻孔/倒角/铣螺纹近来也多有复合。图3就是肯纳的一种钻孔/倒角/铣螺纹复合刀具。
  • 减少工件装夹时间
    通过合适的装夹技术减少工件的装夹时间也是减少非加工时间的一种方式。如近来一些机床厂商提供的车铣复合加工机床、雄克等提供的快速装夹技术,都可以有效减少工件的装夹次数和装夹时间,从而提高加工效率。



  • 中国刀协在2005年倡导“中国刀协20工程”,我非常赞同。世界各国将制造基地纷纷移师中国,中国成为世界首屈一指的机床消费大国,都表明中国已经成为一个制造大国。但是我们的劳动生产率现在还很低也是一个不争的事实。数据表明,我们的劳动生产率仅为德国的1/18,美国的1/23,日本的1/25。就刀具制造企业来说,瓦尔特全球的2003年的劳动生产率约折合约135.08万元人民币/人,而国内的一个类似规模的硬质合金刀具制造商仅约4万元人民币/人,国内外相比为33倍;钴领全球的劳动生产率约折合约147万元人民币/人,而国内一个产量最高的高速钢麻花钻生产商仅约17.78万元人民币/人,国内外相比也为8.3倍。可以预见,劳动率低下将成为阻碍我们提高竞争能力的瓶颈。
    我们劳动生产率低下的一个重要原因,是我们的一些企业对提高劳动生产率缺乏正确的认识和足够的动力。他们往往认为我们国家人口众多,劳动力价格低廉是我们的优势。但如果仔细分析,我们可以看到我们劳动力的绝对价格是比较低,但由于劳动的效率有时极低,往往分摊到单个产品尤其是高附加值的产品的成本并不低。因此,我们经常看到我们一些产品只有在劳动力密集的行业中才有狭小的生存空间。我国的数控机床产量在金属切削机床中的总产量仅占10.7%,而日本则占到59.4%。
    提高加工效率,实现高效加工,我认为对于提高企业的竞争力有极大的帮助。通过提高加工效率,我们可以因此而降低制造成本,从而增加利润、为自身的新品开发提供资金支持、为股东更多盈利、吸引优秀员工为企业服务、也可以为社会贡献更多,如增加就业机会,增加税收,更多地参与社会公益活动,从而回报社会;通过提高加工效率,我们还可以缩短制造周期,从而实现快速制造,为自己的客户创造价值,可以成为客户供应链中可信赖的环节,并且加快资金周转,降低财务费用。
    那么,提高加工效率,实现高效加工,我们可以通过那些途径加以实现呢?我认为我们主要可以通过在切削时间内提高加工效率和减少非加工时间两大途径加以实现。

    一、提高切削效率

    众所周知,切削加工本身具有三大要素:切削速度、进给率、切削深度。我们说提高切削效率,其实质就是提高金属切除率,主要就应该从这三方面及其交互作用来实现。
    1. 提高切削速度
      提高切削速度是提高加切削效率的一个非常有效的途径。100年以来,经过切削专家的不断努力,主流刀具材料经过了从高碳钢、高速钢、硬质合金、涂层硬质合金刀具等几个阶段,切削效率得到了极大的提高。以一个直径65mm、长度1m的钢件车削为例,100年以前大约耗时100分钟,而现在的主流加工方法大约只需要1分钟。由于加工效率的提到,金属加工业者也获得了及其可观的经济效益。笔者1997年与一个阀门客户进行过一个阀门法兰钻孔的工艺改进。该阀门客户原长期使用高速钢麻花钻加工该法兰上的螺栓孔,加工效率已经成为其产能提高的瓶颈。但他们对于使用高效率的可转位钻头心存疑虑,因为可转位钻头刀体的价格比他们正在使用的高速钢钻头高十多倍,况且高速钢钻头的可刃磨次数不少,使用可转位钻头的经济型也许不太理想。笔者与他们一起进行了一系列的试验和分析,最后表明由于切削效率的提高,加工工时大大减少,分摊在每个工件上的成本大大下降,刀具的消耗费用也有减少,在他们一个工作日上因此节约的加工成本就足以支付采购可转位钻头刀体所需要的费用。
      硬质合金基材和涂层技术的发展,为提高加工效率,降低制造成本提供了技术保障。肯纳金属提供的一份资料表明,在切削钢件时采用其KC9110材质将有可能对加工效率极有帮助:KC9110那中温CVD和普通CVD组成的镀层总厚度达到24µm,从而可以大幅度提高切削速度;钴加强的硬质合金基材又对刀具韧性进行了增强,从而提高了进给率:在美国某企业的加工实际中,由于切削速度和进给速度的同步提高,该工序的加工费用由原来的近3.7万美元锐减到不足0.9万美元,下降幅度超过75%。
      必须指出,在常规的切削速度范围内,提高切削速度通常意味着刀具消耗的增加。如果其它条件不作变化,提高20%的切削速度可能意味着刀具消耗费用会增加约50%。但是由于刀具费用通常只占加工成本的2%~4%,该成本的增加对于总成本影响极其有限。但由于加工效率的提高,分摊到工件上的机床成本、厂房成本、劳动力成本、管理费用成本都会下降,总的制造成本不但不会因刀具费用的增加而增加,反而会加工效率的提高而降低。山特维克可乐满的资料说,如果我们减低30%的刀具费用,我们可以降低1%的成本;如果我们延长50%的刀具寿命,我们也可以降低1%的成本;但如果我们提高20%的加工效率,我们可能降低15%的成本。
    2. 提高进给率
      上面我们看到,提高切削速度可以提高加工效率,可以降低制造成本,但其刀具本身的费用增加不少。那么,是否存在既可以提高加工效率,又可以在降低制造总成本的同时,也降低刀具本身的费用呢?我们的初步答案之一是采用修光刃技术进行大进给加工。
      铣削的大进给已经存在很长时间了,而车削类型的大进给则是近几年来国际上技术领先的那些刀具供应商都在大力推广的一种新型技术。这种技术被普遍称为“Wiper”技术,使用这种技术能在维持原有生产节拍的条件下大幅度降低工件表面粗糙度的数值,提高表面质量;也可以在保持原来工件质量的前提下大大减少加工时间,提高加工效率。
      1. 减少加工工序
        有些时候使用合理的技术可以较少加工工序。如肯纳金属的SE钻头,钻孔的圆柱度比普通钻头提高很多,在一些场合可以免去扩孔工序;又如硬模具直接铣削,可以大大减少加工工序,缩短模具制造周期。
      2. 减少换刀时间
        减少换刀时间和换刀后的调整、试切时间,也会对减少非加工时间有帮助。如普通的数控车床在小批轮番生产时更换工件后需要重新对刀,而采用可乐满的Capto或肯纳的KM系统就能保证以后重新生产时不需要重新对刀、设置刀长和偏置,可以减少换刀时间。肯纳以数控车床每班平均需要换5把刀、工人一般3班倒、每周工作5天、每年工作46周、每小时工时费用为60美元为标准进行计算,普通的换刀时间需要5分钟,而肯纳的KM换刀时间只需要半分钟,每年节约的费用可以达到15,525美元。

    图3
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