改善機(jī)床利用率的基本方法

通過(guò)對(duì)整個(gè)金屬切削過(guò)程進(jìn)行優(yōu)化，可以在加工中實(shí)現(xiàn)最高的生產(chǎn)率和利潤(rùn)率。這項(xiàng)工作的基礎(chǔ)是明智地運(yùn)用刀具切削參數(shù)，同時(shí)充分利用機(jī)床的加工能力。實(shí)現(xiàn)有效機(jī)床利用包含兩個(gè)重要組成部分。一是找到將機(jī)器可用于切削金屬的時(shí)間量最大化的方法，第二部分包括使這一時(shí)間最富有成效、二是設(shè)法以最富有成效、最可靠、最具盈利性的方式利用這一時(shí)間。
將可用時(shí)間最大化
　　機(jī)床的充分利用必須始于將其可用于切割金屬的時(shí)間最大化。即使一臺(tái)機(jī)器全年 365 天都在車(chē)間中，它的生產(chǎn)可用性。在每周工作五天，每天單個(gè)班次的情況下除去每年花費(fèi)在假期和其他事情上的時(shí)間，每年可用于生產(chǎn)的時(shí)間約為 1,300 或 1,400 機(jī)時(shí)。即使這樣，在這些時(shí)間內(nèi)，機(jī)器也并非都在切割金屬。編程和設(shè)置會(huì)耗費(fèi)一定時(shí)間。要使非生產(chǎn)時(shí)間盡可能短，制造商應(yīng)采用包含離線(xiàn)編程和模塊化設(shè)計(jì)方法的戰(zhàn)略。刀具庫(kù)和自動(dòng)刀具轉(zhuǎn)換器加快了刀具搬運(yùn)這另一耗時(shí)事件。機(jī)器人化工作處理和交換工作臺(tái)有助于減少裝載原始工件和卸載已完成零件所需的時(shí)間。通過(guò)提高編程速度、加快設(shè)置方法和簡(jiǎn)化刀具及工作處理而節(jié)省的時(shí)間可以用于加工零件。
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高效利用時(shí)間
　　實(shí)施最大化切割金屬可用時(shí)間的戰(zhàn)略后，制造商面臨的問(wèn)題是如何高效利用這些時(shí)間以盡可能低的成本生產(chǎn)盡可能多的產(chǎn)品。關(guān)鍵在于在切削刃與工件材料接觸時(shí)充分利用機(jī)床功能。另外，了解機(jī)床的功能局限性也非常重要。
　　當(dāng)制定計(jì)劃以最有效的方式利用可用時(shí)間時(shí)，很顯然，無(wú)法改變加工工藝中的某些元素。加工工件的最終用途決定制造商應(yīng)選用的工件材料，而材料的可加工性指明了可以使用的初始切削參數(shù)。例如，鈦合金導(dǎo)熱性能較差，這就需要使用低切割速度和進(jìn)給率來(lái)最大限度地減少熱量積聚。機(jī)床功能也是給定的，因?yàn)橥ǔＧ闆r下更換機(jī)器并不是一個(gè)直接選項(xiàng)。制造商在評(píng)估生產(chǎn)成本時(shí)會(huì)意識(shí)到這些因素。然而，如果對(duì)機(jī)床特性評(píng)估不準(zhǔn)確，并且采用了不可持續(xù)的切削工況，則會(huì)導(dǎo)致預(yù)計(jì)成本和實(shí)際成本相差甚遠(yuǎn)。
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　　在確定所有加工的初始切削參數(shù)時(shí)，需要遵守一些通用的規(guī)則。必須選擇適當(dāng)?shù)那邢魃疃群瓦M(jìn)給率以避免刀具破損，確保形成所需切片，并限制熱量的產(chǎn)生。切削速度過(guò)高將導(dǎo)致刀具快速磨損，而速度過(guò)低將使刀具無(wú)法高效工作。
　　快速切割通常會(huì)在較短時(shí)間內(nèi)制成工件。雖然加工時(shí)間縮短，但刀具壽命也會(huì)縮短，同時(shí)刀具成本將會(huì)升高。將需要更造成具來(lái)完成工作，并且需要轉(zhuǎn)位和更換刀具產(chǎn)生的停機(jī)時(shí)間會(huì)增加整體運(yùn)營(yíng)成本。實(shí)際上，快速切割、加工成本更高與慢速切割、運(yùn)營(yíng)成本更低之間是可以折衷的。穩(wěn)定的生產(chǎn)效率和工藝穩(wěn)定性介于兩種方法之間：不夠充分的切削參數(shù)會(huì)降低成本，但刀具不能高效工作，且生產(chǎn)率會(huì)下降；而越來(lái)越高的參數(shù)雖然會(huì)提高生產(chǎn)率，但刀具會(huì)快速磨損或斷裂。
　　此外，切削工況的選擇不僅僅取決于切削工具，大多數(shù)情況下，還取決于機(jī)床的功能。不同的機(jī)床具有不同的功率、扭矩、轉(zhuǎn)速和穩(wěn)定性限制。最顯而易見(jiàn)的限制是功率。
　　僅額定功率不會(huì)確定機(jī)器對(duì)特定應(yīng)用的功能。一個(gè) 60 kW 的機(jī)床似乎可以提供充足的功率，但如果計(jì)劃制造 12 m 長(zhǎng)、3 m 直徑的扎輥，那么 60 kW 并不夠。切削特定工件所需的功率取決于工件材料及尺寸、切削深度、進(jìn)給率和切割速度。由于切削力隨著轉(zhuǎn)速的提高而成倍增加, 功率需求將會(huì)提高。
　　因此，高切割速度可能需要超過(guò)機(jī)器額定功率的功率。
　　此外，極端切削參數(shù)可能超出機(jī)床其它功能的承受能力。極高的切削深度會(huì)產(chǎn)生高于機(jī)床結(jié)構(gòu)剛度的力，振動(dòng)可能會(huì)降低零件質(zhì)量。同樣，過(guò)高的進(jìn)給率會(huì)產(chǎn)生大量切屑，會(huì)干涉切削過(guò)程并堵塞排屑系統(tǒng)。
　　要最大程度地在其功能限度內(nèi)利用機(jī)床，需要在切割參數(shù)開(kāi)發(fā)中應(yīng)用智能、平衡的方法。通常，會(huì)涉及到降低切割速度，同時(shí)相應(yīng)提高進(jìn)給率和切削深度。在考慮機(jī)床穩(wěn)定性的情況下使用盡可能大的切削深度可以減少走刀次數(shù)，因此減短了加工時(shí)間。切削深度通常對(duì)刀具壽命的影響微乎其微，但切削速度對(duì)刀具壽命影響深遠(yuǎn)。同時(shí)，盡管極端的進(jìn)給率對(duì)工件表面拋光有負(fù)面影響，仍應(yīng)最大程度提高進(jìn)給率。
　　當(dāng)供應(yīng)商實(shí)現(xiàn)進(jìn)給率和切削深度的可靠組合后，可以使用切削速度對(duì)加工進(jìn)行最終校準(zhǔn)。目的在于利用可提供富有成效的金屬切除率和工藝穩(wěn)定性的切削條件。機(jī)器性能和切削參數(shù)的最佳組合可實(shí)現(xiàn)刀具成本、工藝穩(wěn)定性和生產(chǎn)率之間保持平衡。
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　　未來(lái)戰(zhàn)略
　　如果意識(shí)到機(jī)床性能可對(duì)加工過(guò)程形成限制，更換機(jī)床并不是一種簡(jiǎn)單、快速或經(jīng)濟(jì)的解決方案。控制切削刀具應(yīng)用參數(shù)以使現(xiàn)有機(jī)床達(dá)到最佳性能是更快、更簡(jiǎn)單的方式。即使對(duì)新機(jī)床的投資具備可行性，相對(duì)較長(zhǎng)的設(shè)備工作壽命也是一個(gè)重要的考慮因素。某家公司可能購(gòu)買(mǎi)性能匹配或超過(guò)其當(dāng)前需要的機(jī)床，在接下來(lái)的五年、十年或更多年內(nèi)，零件工件材料、尺寸和體積等因素可以而且將會(huì)發(fā)生顯著變化，而機(jī)床仍可正常運(yùn)行。為了應(yīng)對(duì)這些變化，必須以更加明智的方式改變切削條件。
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　　找到最大程度增加機(jī)床可用于切削金屬的時(shí)間的方法后，推薦的做法是為工件材料和相關(guān)加工選擇具有最適合的基體材料、鍍層和切削刃槽型的刀具。接下來(lái)是在保證刀具正常工作的情況下選擇最小的切削速度。之后，進(jìn)給率和切削深度應(yīng)盡可能高，同時(shí)考慮機(jī)床的功率和穩(wěn)定性特征。已經(jīng)創(chuàng)建了有助于確定加工參數(shù)和機(jī)器性能最佳匹配的數(shù)學(xué)公式。如有可能，車(chē)間可能傾向于執(zhí)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試來(lái)獲得相似的結(jié)果。通常情況下，公式僅可確認(rèn)事實(shí)情況。但在超過(guò) 90% 的情況下，簡(jiǎn)單、實(shí)際的最有效方在采用最大進(jìn)給率和切削嘗試的同時(shí)使用較低的切削速度，并將切削速度作為校準(zhǔn)工具。這一方法不僅可以成功地提供可靠且富有成效的加工，而且還能充分利用現(xiàn)有機(jī)床的加工能力。
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