加工成功需要生产平衡

简介

在使用不同的工件材料生产大量零件时，制造商会使用各种加工工艺。无论如何，所有制造商的共同目标是在规定的时间内以适当的成本制造出一定数量的具有所需质量的工件。

许多制造商通过遵循从工具选择和应用开始的狭隘模式来实现这一目标，并在被动基础上解决问题。然而，扭转这种做法可以降低成本并提高效率。制造商不应等待问题出现然后对个别加工操作进行调整，而应首先关注旨在消除不合格零件和计划外停机时间的主动预先计划。在建立了稳定可靠的工艺后，应用生产经济学的概念可以帮助制造商在生产率和制造成本之间找到平衡点。然后，在安全、经济的运营基础上，制造商可以选择能够充分优化加工过程的刀具和切削条件。

生产经济学

在采取措施优化金属切削之前，必须确保工艺安全可靠，减少有缺陷的零件或计划外的停机时间。实现过程安全需要创建稳定的生产环境。制造商必须分析的领域包括机床维护、CAM 编程、刀具夹持系统和冷却液应用。托盘或机器人零件装载/卸载系统等工作处理自动化也可以作为评估的一部分。

生产经济学的艺术和科学侧重于确保制造过程的最大安全性和可预测性，同时保持最高的生产力和最低的生产成本。当金属切削过程和环境安全且可预测时，生产经济学就变成了一种二维追求：在适合制造商特定情况的生产产量和制造成本之间找到平衡。例如，在简单零件的大规模生产中，以最低成本实现产量最大化可能是首要考虑因素。另一方面，在有价值的复杂零件的多品种、小批量制造中，在解决制造成本之前，必须强调总体可靠性和准确性。

微观与宏观

最大化金属切削产量的传统方法涉及基于在单个操作中优化单个工具的狭义微观模型。另一方面，宏观模型从更广泛的角度考虑制造过程。这些模型专注于生产给定工件所需的总地板到地板时间。

微观和宏观经济模型之间的关系可以比喻为艺术家创作一幅画时的视角。微型模型专注于个人细节，就像艺术家专注于个人笔触一样。宏观模型后退一步并整体查看零件生产过程，就像查看一幅画的整体一样。很明显，注意细节是必要的，但不能以忽视工作的总体目的为代价。

隐藏成本

对细节的过度关注会分散对过程最终结果的注意力。例如，如果使用额外的工具来减少十秒的切削时间，这会增加十分钟的设置和分度时间，这将是一个缺点。同样，努力实现超出客户要求的产品质量将增加成本和生产时间。几乎是认真的，有人可能会问：“生产最差的工件，这在功能上仍然可以接受，需要多长时间，成本是多少？”

运营成本

加工成本模型也可以代表微观和宏观视角。微观模型从狭隘的角度考虑切割过程，将切割条件直接与切割成本联系起来。宏观经济模型从更广泛的角度工作，强调生产给定工件所需的总时间。

制造商以各种方式衡量生产率，从一段时间内完成的工件到完成操作所需的总时间长度。影响生产率的因素很多，包括工件几何形状要求和材料特性、整个设施的产品流程、人员投入、维护、外围设备和环境、回收和安全问题。

制造成本的某些要素是固定的。工件的复杂性和材料通常决定了制造零件所需的加工操作的类型和数量。购买和维护设施的机床以及运行它们的电力的成本基本上是固定成本。劳动力成本稍微灵活一些，但至少在短期内是有效固定的。这些成本必须用机加工部件的销售收入来抵消。提高生产率——工件转化为成品的速度——可以抵消固定成本。

个别优化

在宏观基础上平衡和优化流程的整体生产力和成本效率图后，制造商可以通过仔细优化各个操作来实现进一步的改进。切削条件——即切削深度、进给速度和切削速度——在平衡生产率和成本方面发挥着关键作用。这三种方法中的任何一种或全部都有助于减少加工时间，但每种方法对工艺可靠性的影响差异很大。切削深度基本上对刀具寿命没有影响。进给速度对刀具寿命的影响很小。然而，切削速度对刀具寿命以及切削过程可靠性的影响是显着的。

许多车间经理认为，简单地提高切削速度将在一段时间内生产更多零件，从而降低制造成本。通常这是真的，但需要权衡取舍。通常，操作运行得越快，它变得越不稳定。高速会产生更多的热量，同时影响工具和工件。刀具磨损发生得更快且更难预测，而且刀具磨损或振动会导致零件尺寸变化和表面光洁度下降。

工具可能会损坏和损坏工件。此外，在可靠性外部边界运行的过程通常无法在无人照管或半照料的情况下运行，从而消除了潜在的劳动力节省来源。极高的切削速度和激进的加工参数会增加机器维护成本，甚至会因机器故障而导致停机。

认识到这些问题，美国机械工程师 F.W. Taylor 在 20 年初 世纪，开发了一种确定刀具寿命的模型。该模型表明，对于给定的切削深度和进给组合，存在一定的切削速度窗口，其中刀具磨损是安全、可预测和可控的。泰勒的模型可以量化切削速度、刀具磨损和刀具寿命之间的关系，平衡成本效率和生产率，并提供一个操作的最佳切削速度的清晰画面。

一般来说，制造商应根据刀具夹紧、工件夹具和机床的稳定性以及机床的功率，为每道工序选择尽可能大的切深和最高进给速度。还必须考虑在切屑形成和排屑、振动和工件变形方面的操作安全性。一种平衡的方法包括降低切削速度，同时按比例增加进给率和切削深度。利用可能的最大切削深度可减少所需的切削次数，从而减少加工时间。进给率也应最大化，但工件质量和表面光洁度要求可能会受到进给率过高的影响。在大多数情况下，在保持或降低切削速度的同时增加进给速度和切削深度，所产生的金属去除率与单独提高切削速度所达到的效果相同。

生产成本是工具成本和机器成本的总和。随着切削速度的提高，加工时间变短，机器成本降低。然而，从某一点开始，总成本会上升，因为较短的刀具寿命会增加刀具成本和换刀时间，足以超过节省的机器成本。

当进给速度和切削深度达到稳定可靠的组合时，切削速度可用于最终校准操作。目标是提高切削速度，以减少机器时间成本，但不会因加速刀具磨损而过度提高切削刀具成本。

非切割问题

环境和安全问题是生产经济中越来越重要的因素。制造商面临节约能源的压力。冷却剂和切削油的使用和处置受到越来越多的监管和昂贵。切削条件的平衡方法可以帮助制造商处理这些和类似的问题。较低的切削速度与更高的进给速度和更小的切削深度相结合，可减少去除金属所需的能量。平衡条件还可以延长刀具寿命，减少刀具消耗和处置问题。较低的能耗会减少热量的产生，从而为最少或零冷却液加工提供机会。

结论

采用生产经济学概念需要对加工环境进行全面分析，并接受与许多既定金属切削实践相反的思维方式。但是，执行推荐的策略可以提高成本节约和工件质量，实现更环保的生产，同时在整个稳定可靠的制造过程中保持生产力和盈利能力。

设施范围的观点

从宏观角度查看加工过程的好处不仅限于单个金属切削操作。广义的观点考虑了生产中所有步骤的相互关系。一个简化的示例涉及在一个系列中使用两台机床来生产一个组件。如果机床 A 进行了优化以提高其产量，但机床 B 的结果无法改进，则第一台机床的零件将作为半成品库存等待第二台机床，从而增加成本。在这种情况下，简单地优化第一台机器上的切削成本（而不是产量）将在保持产量的同时降低整体加工成本。

另一方面，在机器 B 闲置等待从机器 A 处理零件的情况下，增加第一台机器的产量将增加总产量。很大程度上取决于车间的生产流程是按流水线、批次还是平行顺序组织的。

机床购置成本也可以相对于制造商的整体业务进行评估。一个典型的情况是一家车间每周运行 40 小时满负荷运行的铣床，并决定用更昂贵、更复杂、速度更快的机器来代替它。但是，当新机器启动并运行时，它有一半的时间处于闲置状态。

这家商店面临着寻找更多工作以保持新机器忙碌并证明对其进行投资的挑战和费用。此外，充分利用新机器功能的工作可能不适合商店的其他运营或市场。更好的方法是首先检查更大的图景并预测新机器更大的输出会产生什么结果。较便宜、不太先进的机器可能更符合当前和预期的零件要求和产量。与旧机器搭配使用时，更精心挑选的机床还可以提供更大的灵活性和冗余性，以处理计划内或计划外的机器停机时间。

全面了解流程优化还可能涉及非常基本、简单的操作和分析。对使用过的工具的检查提供了对车间中正在发生的事情的广泛了解。例如，如果一家商店通常使用具有 12 毫米长的切削刃的刀片，但刀具上的磨损图案仅达到 2 毫米或 2.5 毫米，那么该商店可能使用的刀片对于他们的工作来说太大了。具有 6 毫米切削刃的工具绰绰有余，具有 6 毫米长切削刃的工具比具有 12 毫米切削刃的工具便宜得多。这样一个简单的观察可以在不影响生产力的情况下将工具成本降低 50%。

之前曾在 SecoTools.com 上推荐过。