加工单元提高夜班作业的可靠性

 
斗山（Doosan）公司的HP 4000型卧式加工中心具有足够的刚性，可在高进给率和高速条件下进行强力切削

该公司确定，达到这些目标的下一步发展计划是实现自动化。像许多其他的加工车间那样，对任何特定的工作，在确定其周期开始之前，Westwood公司的运营商们有一系列的步骤需要审核：清除以前的设置、更换夹具和底板、装卸刀具、上传下一个程序、触发起动第一把刀具以及执行其他大量消耗生产时间的较小步骤。如果考虑到换班、中途休息，那么其停机时间及相关的费用甚至将会更高。事实上，如果每天晚上停机，那么就会失去整个夜班的生产时间。 

对任何设备来说，工作的批量、类型和规模都决定了某一主机和工件储存的规格。针对公差尺寸精密的棱柱状铝金属零件的加工，要求采用X、Y、Z轴联动机床，其使用的刀具数量在20～100把之间。零件加工的批量范围从1～250个或更多，但通常介于25～100个之间。所测量的典型公差尺寸为1/10，表面质量要求十分严格。由于航空航天工业工作的不可预知性，因此加工车间要事先准备好30个或更多的加工件，以便在需要的时候，可立即加工任何一个工件。 

根据以上这些要求和其他要求使得该车间得出这样的结论：需要一台能够进行深度强力切削、高速进给和高速运转的刚性卧式加工中心，其重复加工精度应保持在1/10的公差尺寸范围之内。该机床应配备一套由计算机控制的自动化托盘系统，且该系统应能够扩展，也就是说，必要时加工车间需要增加托盘的能力，在可能的情况下，可连接配置新的控制功能。经过慎重考虑，该公司从Doosan公司引进了一台HP 4000型卧式加工中心，并从Fastems公司引进了一套FPM750型柔性托盘库系统（FPM）和加工单元控制器（图2）。

 
该公司事先设置了多个加工作业项目，并提前存储在Fastems公司的FPM柔性托盘库容器内

这台4轴卧式加工中心的主轴转速为14000r/min，其最高进给速率为1181in/min（1in=25.4mm，下同）速移动速度为2362in/min，其机械性能适合于该车间工件的加工要求。在控制方面，其配有AICC Nano II型高速软件的Fanuc 31i CNC系统提供了200个程序段预定位置的计算，以保持其多轴联动过程中的高速和高进给率运行。此外，该机床30hp（1hp=0.75kW）的主轴，能够使其进行所需的粗切削加工，同时，其拥有262把刀具的ATC自动换刀装置具有足够的能力，最大程度地减少作业之间的换刀时间。 

通过Fastems公司、Doosan公司、CNC机床服务公司以及Doosan公司本地分销商等工程技术人员的共同努力，该机床配置了一套由3个层次组成的48个托盘FPM柔性托盘库系统。该FPM包括一个装载零件用的调试设置站和一台在容器之间来回搬运托盘的堆垛机吊车。而加工单元的控制系统具有刀具监控功能，可储存工作用工具包，内有调试设置数据表、蓝图和其他关键数据，工作人员可通过密码使用它们（图3）。

 
站在加工单元旁边的是Landau先生，而Jason Vise先生正在调试设置站工作。Landau先生说：“该加工单元控制器的优势之一是可以遥控管理。这使得该公司和3个关键系统的供应商能够通过互联网上传程序、调试报警或监控操作。”

在该系统进厂前，调试安装技师Jason Vise先生一直在忙于为该系统做准备工作。他说道：“所有零件都是铝制工件，因为黑色金属材料的不一致性可能会导致在无灯光操作业期间发生一些问题。被选择的工作中还包括一些进度表中无法预测的重复零件。提前准备好这些零件将能够使他们快速完成这些零件的加工，因而不会影响其他的工作。” 

在生产开始不久，新加工单元的优势就变得非常明显了。Vise先生说：“节约时间的一个重要因素是该加工单元控制器的能力，它可根据关键的变量来安排工作计划的优先顺序，其中包括交货要求、编程刀具的寿命和刀具的实用性。“所有这些调度计划，根据我们对每一工种输入的关键变量，在控制系统中自动安排。” 

“根据一系列复杂条件而重新自动安排计划的灵活性，使库存减少了，现金流动量提高了。”Landau先生说。他列举了一个例子，为了满足两项不同而更紧迫的工作需要，该控制系统建议略过下一项工作。“根据这三项工作的规模、周期时间和交货要求，确定我们能够完成和交付两项较小的工作，而且仍然有足够的时间按原工作计划执行，不会给所要求的交货期造成任何延误。” 

Doosan公司的HMC卧式加工中心具有自身独特的优点。Landau先生说：“该机床的刚性，使其能够以更快的速度和更高的进给率进行较强力的切削。”他回想起一项特殊的加工项目，这涉及到一批精密公差尺寸的外壳件加工。在新的卧式加工中心安装后不久，车间将加工从一台不同的机床上转移到这台新的卧式加工中心上加工。其进给速率设定在150%水平上，新机床完成每个零件的加工时间为225s，比以前机床的加工时间缩短50%。此外，那种特殊的刀具组合，适合于零件在较高进给率和较高的速度下运行加工，并且材料的表面质量提高了近50%。整体较为清洁的切削加工，省去了大部分的手工去毛刺工艺，减少了二次操作所需的加工时间，使每个零件的加工时间从原先的7min降至1min以下。 

与以前的机床相比，该车间必须降低进给速度，以满足零件公差尺寸的要求，因为该零件安装在墓碑式夹具的顶部或远离托盘工作台。“刀具可以离轴承表面足够远的距离工作，就像一根很长的杠杆，”Landau先生解释说。“我们见到的托盘工作台与耦合件之间的偏差过大。然而，在Doosan公司的机床上，即使以150%的速度运行，仍然不会发生偏差现象。” 

这些效益尤为显著，因为零件的表面包括一个3D半径与一个直壁组合成的一个整体。这需要X、Y和Z轴联动工作。在这些运动过程中，可以节省大量的周期时间，其中包括刀具路径的计算，而许多CNC系统是无法处理这些内容的。在同样情况下，CNC系统通常会抑制编程进给率。然而，这对Fanuc CNC系统来说是不成问题的，因为它具有200个程序段的前瞻能力。 

“除了生产率和零件质量的提高之外，该加工单元还重新确定了公司在设置方面应该注意的哪些问题。”Vise先生说。与以前相关的倒班工作制相比，采用每周7天、每天24h的工作制，减少了加工单元的中断和停机间歇时间。Landau先生补充说：“其生产控制更为容易，执行更加有效。我们已经消除了生产链中许多点的变化。在生产中，我们没有看到像以前出现的那种尖峰现象。我们看到的是更高和更直的直线图表，这确实是一件非常好的事情。”

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