關(guān)于“制造過(guò)程研發(fā)”的新認(rèn)知

“很多工廠認(rèn)為：制造過(guò)程研發(fā)需要投入大量費(fèi)用和時(shí)間。除非是重要客戶的特殊要求，工廠一般不會(huì)主動(dòng)進(jìn)行生產(chǎn)過(guò)程研發(fā)。但我相信，如果抱著這種理念經(jīng)營(yíng)工廠，在十年內(nèi)很可能被市場(chǎng)所淘汰。”——ADEX制造技術(shù)公司，技術(shù)與運(yùn)營(yíng)總監(jiān)Charles Anthony。
 

目前原材料供應(yīng)商，機(jī)床制造廠，控制器廠商，刀具供應(yīng)商，冷卻液廠商，夾具制造商和CAM軟件開(kāi)發(fā)人員正從各個(gè)領(lǐng)域?qū)χ圃旖鉀Q方案進(jìn)行迅速升級(jí)和迭代。新的產(chǎn)品或技術(shù)很可能會(huì)顯著降低生產(chǎn)成本或提高生產(chǎn)效率。例如使用新型工裝夾具，通過(guò)對(duì)工藝流程的改善，可以減少裝夾次數(shù)，大幅縮短停機(jī)時(shí)間。
 

更大挑戰(zhàn)是將制造業(yè)各個(gè)環(huán)節(jié)中各種新技術(shù)進(jìn)行靈活整合。測(cè)試研究制造過(guò)程中這些新技術(shù)的復(fù)合運(yùn)用，深入優(yōu)化制造工藝，使生產(chǎn)效率的提升達(dá)到現(xiàn)有技術(shù)的極致，這個(gè)過(guò)程被稱(chēng)為“制造過(guò)程研發(fā)”。舉一個(gè)簡(jiǎn)單的例子：
 

穩(wěn)定負(fù)載切削(Constant Chipload Machining)
 

ADEX制造技術(shù)公司(ADEX Machining Technologies)于2007年在美國(guó)南卡羅來(lái)納州格林維爾成立，該公司的擁有多臺(tái)五軸加工中心、立式車(chē)削中心，EDM線切割機(jī)，CAD / CAM軟件和三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x。其重要客戶來(lái)自于航空航天、國(guó)防、能源等高端行業(yè)。加工的零件材質(zhì)，包括鉻鎳鐵合金(Inconel)、鈦合金、高鎳合金，鈷基合金等高硬材料。ADEX想通過(guò)針對(duì)制造過(guò)程的研發(fā)，實(shí)現(xiàn)7天/24小時(shí)全天候生產(chǎn)。
 

ADEX公司的制造過(guò)程研發(fā)重點(diǎn)是優(yōu)化5軸制造工藝，減少不必要的預(yù)設(shè)置，減少循環(huán)時(shí)間，降低運(yùn)營(yíng)成本。其中一個(gè)重要因素是控制刀具的均勻磨損。ADEX使用CAM軟件(來(lái)自CNCSoftware的Mastercam®CAD / CAM軟件)令刀具磨損情況得到了很大的改善。ADEX是Mastercam動(dòng)態(tài)加工技術(shù)(Dynamic MotionTM)的早期用戶。動(dòng)態(tài)加工技術(shù)會(huì)根據(jù)坯料的情況，智能調(diào)整刀具運(yùn)行的軌跡，保證刀具在加工中處于穩(wěn)定負(fù)載切削狀態(tài)。
 

在粗加工中，動(dòng)態(tài)加工技術(shù)在刀具均勻磨損的前提下，令材料去除率最大化。通過(guò)單個(gè)參數(shù)控制切削速度，根據(jù)刀具制造商的建議值維持合理的刀具負(fù)載。使用更小的硬質(zhì)合金刀具，以小于傳統(tǒng)切削方式50%的步進(jìn)切削。這種加工技術(shù)顛覆了CNC程序員的認(rèn)知。這項(xiàng)技術(shù)在工廠的運(yùn)用，幫助ADEX縮短了交貨時(shí)間，降低了生產(chǎn)成本。
 

為了最大限度地利用好這一技術(shù)，必須考慮許多不同的因素，包括材料種類(lèi)，切削條件，切削刀具和冷卻液。ADEX進(jìn)行了深入的內(nèi)部研究，詳細(xì)的測(cè)試了這些因素對(duì)切削的影響。ADEX還與客戶、刀具供應(yīng)商，冷卻液供應(yīng)商和Mastercam的經(jīng)銷(xiāo)商(Barefoot CNC)合作，共同實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)切削在車(chē)間中的應(yīng)用。實(shí)踐證明此項(xiàng)技術(shù)為公司帶來(lái)顯著的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。

制造過(guò)程時(shí)間分析
 

機(jī)床廠商，刀具供應(yīng)商和軟件供應(yīng)商進(jìn)行相互協(xié)作，利用各個(gè)領(lǐng)域中最新的技術(shù)發(fā)展，幫助ADEX在工廠中實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定負(fù)載切削。但Charles意識(shí)到：除了這些值得信賴(lài)的合作伙伴告訴ADEX最新的技術(shù)，根據(jù)自身實(shí)際情況，研究和改進(jìn)工廠自己的制造流程更為重要。
 

因此，ADEX對(duì)生產(chǎn)流程進(jìn)行了為期18個(gè)月的“時(shí)間研究分析”(Time Study Analysis)，得出了令人吃驚的結(jié)論：機(jī)床處在M01(程序條件暫停)的時(shí)間，使ADEX失去了15-50%的可用生產(chǎn)時(shí)間。ADEX的業(yè)務(wù)范圍包括制造大型及中型精密零件，零件單價(jià)從5,000美元到15萬(wàn)美元不等。ADEX的CNC程序員將M01插入他們的程序指導(dǎo)，要求機(jī)床操作員檢查零件和切削刀具以確保一切正常，杜絕廢料的產(chǎn)生。

由于機(jī)床操作員會(huì)同時(shí)負(fù)責(zé)多臺(tái)機(jī)床，某臺(tái)機(jī)床出現(xiàn)條件停止后，在機(jī)床操作員趕到這臺(tái)機(jī)床之前，會(huì)停機(jī)相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間。當(dāng)機(jī)床操作工到達(dá)待機(jī)機(jī)床之后，可能會(huì)花費(fèi)更多的時(shí)間來(lái)進(jìn)行測(cè)量和調(diào)整偏移，決定繼續(xù)加工或重新開(kāi)始加工，確保一切都處于正常狀態(tài)。有時(shí)精密的序中檢測(cè)需要將零件從機(jī)床上取下，移動(dòng)到三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x進(jìn)行測(cè)量，然后將夾具及零件重新在機(jī)床上定位。當(dāng)在處理.0001英寸公差的零件時(shí)，這可能成為一個(gè)大問(wèn)題。這些人工干預(yù)措施非常耗費(fèi)時(shí)間，同時(shí)還可能出現(xiàn)人為錯(cuò)誤。
 

這些制造時(shí)間分析的結(jié)論為ADEX持續(xù)改進(jìn)計(jì)劃中的下一步指明了方向。

以CAM驅(qū)動(dòng)的在線序中測(cè)量
 

這個(gè)問(wèn)題的理想解決方案是使用5軸設(shè)備的主軸測(cè)頭在制造過(guò)程中的特定點(diǎn)測(cè)量零件，驗(yàn)證尺寸是否超出公差，并啟動(dòng)刀具補(bǔ)償校正，而不會(huì)暫停制造過(guò)程。這個(gè)方法理論可行已經(jīng)多年，但實(shí)踐中依然遇到很多問(wèn)題：需要在CAM軟件之外使用專(zhuān)門(mén)的測(cè)量程序來(lái)創(chuàng)建探測(cè)過(guò)程，并根據(jù)測(cè)量結(jié)果啟動(dòng)序中控制。這種方法要求CNC程序員精通在線測(cè)量或CNC程序員以及測(cè)量系統(tǒng)編程人員一起工作來(lái)編寫(xiě)制造過(guò)程中的測(cè)量程序。這個(gè)辦法是可行的，但非常繁瑣而效率低下，并且增加了成本。而工廠的目標(biāo)是在昂貴的精密零件制造中普遍應(yīng)用序中測(cè)量控制來(lái)減少(而不是增加)交貨時(shí)間，運(yùn)營(yíng)成本和NRE費(fèi)用(一次性工程費(fèi)用)。
 

2014年，Mastercam推出了“Productivity+”模塊，允許CAM程序員在Mastercam編程環(huán)境中創(chuàng)建并調(diào)用雷尼紹測(cè)頭。大大降低了對(duì)測(cè)頭進(jìn)行序中控制編程的難度。 ADEX立即嘗試測(cè)頭及“Productivity+”在其制造過(guò)程中的使用效果。
 

經(jīng)過(guò)為期一年的研發(fā)項(xiàng)目，ADEX開(kāi)始將新技術(shù)應(yīng)用于來(lái)自航空航天，國(guó)防和能源行業(yè)的業(yè)務(wù)中。ADEX發(fā)現(xiàn)了序中測(cè)量的潛在巨大優(yōu)勢(shì)，并將其作為業(yè)務(wù)重點(diǎn)。ADEX將Mastercam經(jīng)銷(xiāo)商，BarefootCNC，納入該項(xiàng)目的合作伙伴。他們?yōu)?Productivity+提供了后置處理程序，并獲得了CNC Software總部Mastercam制造實(shí)驗(yàn)室的測(cè)試支持，Barefoot還指導(dǎo)了ADEX的CNC程序員和操作員如何使用測(cè)頭編程模塊及后處理。

在2015年10月，包含在線測(cè)量功能的五軸加工程序以及三臺(tái)五軸Mazak機(jī)床向ADEX的客戶交出了滿意的答卷。一個(gè)案例中，通過(guò)自動(dòng)化序中測(cè)量，在加工過(guò)程中減少了75%停機(jī)時(shí)間。ADEX準(zhǔn)備在工廠所有的五軸加工中心，三軸銑床及立式車(chē)削中心上都采用序中測(cè)量技術(shù)，預(yù)計(jì)在保證產(chǎn)品合格率的同時(shí)，可將生產(chǎn)效率提高25%-40%。