无论是您经常使用切削工具,还是有时急需合适的工具,您都可能考虑过自己制造,或者重磨。但是如何判断自行磨削刀具是否是明智的决定呢?GKN航空航天发动机公司首席制造工程师Jeremy St. Pierre向我们介绍了他们经验。此外,他还就介绍了他们宝贵的实践建议,以帮助您实现这一飞跃。
节约成本,2 年收回成本
数控刀具磨床和所需的辅助设备是一项重大投资。GKN公司的管理层请Pierre研究他们的刀具消耗量,并分析预测通过自行磨削可降低的成本。St. Pierre 解释说,其中一个关键因素是他们的许多刀具都可以多次重磨。比如他们有许多锥形球头立铣刀,可以随时磨削到所需的任何形状。
相反,St. Pierre 提醒说,许多此类刀具都很复杂,具有不等分度和可变螺旋,许多外部供应商不愿意重磨这些刀具,除非这些刀具是他们制造的。因此,如果你不能自己重新磨削,你就会被限制在有限的供应上,这不仅成本高昂,而且有潜在的风险。
Pierre 还发现,他们的一些大批量工具非常昂贵,原因就在于这些工具不是标准刀具。"我们可能需要直径为 0.485 英寸的刀具,而不是半英寸的刀具。我们需要支付高昂的费用定制刀具,而且交付周期很长,我们为此要等待12 周的时间。通过计算刀具的实际成本,包括他们不得不 "一次发送 70 件刀具以获得一个好价格 ",Pierre 能够有力地证明投资一个比最初设想更强大的刀具室是正确的。该刀具室配备了 4 台 ANCA MX7 刀具磨床、一台 ZOLLER "Titan "测量机,以及砂轮修整机和拖动精整机等全套辅助设备。然而,投资回报期仅为两年。
当然,St. Pierre 承认GKN是一家大公司,可以在工具室投资上花费巨资。然而对于许多公司来说,从小规模开始更具执行性。他还建议,"在你说'我们可以引进所有设备'之前,先仔细研究一下'容易获得'的设备,那些既重要又可行的设备"。然后,你就可以自信地指定磨床和相关附件,看看数字是否可行
更快的周转
Pierre工具室可以快速提供生产车间所需的工具,极大地提高了GKN的整体效率,而且不仅仅是修磨。"St. Pierre 解释说:"我们目前使用 ANCA 机床磨削直径从八分之一英寸到八英寸的所有刀具,切削长度为五英寸半。"我们制造大量的一次性定制工具和任何紧急维修需要的工具。任何可以在外包制造的工具,我们现在都能制造。我们制造复合材料工具、特殊材料工具、塑料工具、木材工具......任何我们需要做的。他补充说,定制工具的交付时间最短一天,最长两周。"如果你只需要一个,我们就给你做一个。
调整设计,改进加工
你可能会认为,专业制造商会比内部磨削车间制造出更好的切削工具。但由于公司内部工具室更了解GKN,同时 Pierre愿意进行试验,事实上该团队"击败了许多知名的刀具制造商制造的的刀具",Pierre说。"当然这并不是我们的本意,只是我们能够真正专注于我们的业务和产品,并为生产环境定制工具。我们有能力只为我们自己调整工具"。
Pierre将他的方法概括为 "推动直到它们坏掉,然后再调回来,制造出最好的刀具"。如果有闲置的机器,他们会在附属的GKN工厂试用工具,或者将工具送到他们在瑞典的工厂,因为那里有专用的测试机器,可以立即提供反馈。他们还会向多年合作的公司提供工具样本,并征求他们的意见。
Pierre还认为,位于密歇根州威克索姆的ANCA帮助他应对了一些工具设计挑战。"我每年都会去密歇根州几次,每次都不虚此行。如果我遇到困难,我通常会把没有多少人在做的工具交给 ANCA,然后我们坐下来一起设计。或者他们会打电话给我,我们在电话里讨论。一两天之内,我们就能一起设计出一款工具。他们不会提出任何要求,只想知道进展如何。他们帮了很多忙。
Pierre报告了一个令人惊讶的发现,那就是通过在 OTEC拖曳式研磨抛光机上磨削切削刃,不再需要涂层。"我们的刀具在刃口预处理后比涂层后的寿命更长,"Pierre说。"如果刀具用于高温加工,我们会对其进行涂层处理。但我们制造了很多用于钛的锥形球,我们做了很多测试。我们只需对工具进行边缘预处理,它就能经久耐用。有时我们的刀具寿命是以前的四倍"。
Pierre补充说,除了更高的性能外,边缘预处理还省去了涂层所需的大约一周的准备时间,以及成本和额外的运输和处理费用。"他继续说:"一次重新打磨的成本可能是 5 美元,也可能是 100 美元。"但如果是 5 美元的修磨,那还是 10 美元的涂层。现在你的工具成本基本上是原来的三倍。我们只需几秒钟的时间,就能消除这种情况。(据Pierre称,GKN公司的平均磨削时间约为一分钟,而 OTEC 一次可加工 25 件工具)。
独立的利润中心
Pierre的工具室附属于位于康涅狄格州纽宁顿的GKN航空发动机厂,但它是作为一个独立的利润中心运行的。他们为GKN航空航天发动机公司在北美的所有 7 家工厂提供服务,此外还向当地其他航空航天公司出售工具。他们甚至还能为公司带来其他外部工作,增加收入。GKN公司只是一个参考,当然在决定进行内部刀具磨削时,这种可能性也值得考虑在内。
选择合适的磨床
如果您已经准备好开始刀具磨削,那么下一个最重要的考虑因素就是您应该投资哪种刀具磨床。当然,使用的简易性和支持度是关键因素,而且最好不要只考虑机床制造商。更应该询问您目前供应商使用的是什么机床,他们是否愿意共享程序或提供其他帮助。对于GKN而言,ANCA 是一个明确的选择,因为他们是市场的领导者,而且并且公司瑞典的业务也使用ANCA的机床。
Pierre解释说:"这样我们就可以互相帮助。"我们可以互相发送程序,我们的磨削方式是一样的......如果他们需要我们制造一些工具,他们可以发送给我们一个程序,我们生产工具,然后运回去,工具就和他们在那里制造的一模一样。
需要强调的是,虽然Pierre在GKN开始这个项目时拥有多年的制造和解决问题的经验,但他从未打磨过工具。此后加入团队的每个人也都是如此。"Pierre回忆说:"我雇用的人都是我知道的有机械倾向的人,他们知道如何避免把事情搞得过于复杂。"他们一开始都很紧张,但我们做的第一件事就是飞往密歇根,在 ANCA 接受为期两周的培训。然后我们就开始生产了。他补充说,从那时起他们就一直在学习,也犯过一些错误。但他们只发送过一次失败的工具。
Pierre对 ANCA 的软件赞不绝口:"他们的所有软件,无论是重新校准、重新调试,还是在进行自动化时重新教授一个位置,都能真正指导你完成。这是我用过的最便利的机器。我可以让从未见过这台磨床的人在半小时内制作出一个工具。在机床上设计一个,然后磨出来,他们根本不知道自己在做什么"。
正确的测量机
可以说,对工具室(尤其是为航空航天公司服务的工具室)来说,第二重要的投资决策就是检测设备。总部位于密歇根州安娜堡的 ZOLLER 是另一个必然选择。首先,GKN公司已经拥有 ZOLLER 预调仪,St. Pierre 对双方建立的顺畅工作关系表示赞赏。其次,ZOLLER 与 ANCA 建立了紧密的合作关系,提供的解决方案使两台机器的性能都得到了提高。因此,GKN公司选择了顶级的 ZOLLER "Titan",它可以自动光学测量所有刀具属性,包括槽型和刃口预处理。
高精度自动化
GKN公司选择在其所有 ANCA MX7 工具磨床上安装机器人装载机,并进行内部砂轮修整和测量。机床还集成了激光装置,可扫描刀具轮廓并自动补偿磨削程序,以纠正与标称形状的任何偏差。这些功能使机床能够在无人值班的情况下生产出公差严格的刀具。"St. Pierre 说:"我们对刀具的公差要求是正负 0.5 毫米。"有些刀具的公差更大。如果是用于精加工的球头,我们会将公差控制在十分之几。
ZOLLER "Titan "还配备了机器人装载机,ZOLLER称之为 "roboSet2"。此外,所有四台磨床和测量机都可以在熄灯运行期间自动改变刀具直径。圣皮埃尔解释说,这一点非常重要,因为他们 "为 GKN 生产 400 种不同的零件编号。我们的批量不是 1000 个,而是 15-20 个"。除了极少数例外情况,他们必须对所有工具进行 10% 到 100% 的检查。因此,灵活的工件夹持对于防止出现瓶颈至关重要。
两套系统都使用 Schunk 液压卡盘,通过插入中间套筒夹持不同直径的刀具。在GKN公司的案例中,机器人负责更换套筒。正如 Pierre所说:"roboSet(或 MX7 装载机)内部已装有所有套筒,并知道它们的位置。比方说,第一批是半英寸工具。机器人会抓起半英寸刀套并将其装入卡盘。然后它将运行所有这些半英寸刀具,并完成所需的报告。完成后,它会交换刀套,抓取下一个尺寸的刀具,然后开始运行程序。你只需编写程序并选择计划即可。GKN公司定制了可容纳 5 种不同尺寸的托盘,St. Pierre 说,他们可以在一个无人值守班次中通过 ZOLLER 运行 20 种不同的工具设计。
GKN公司使用 ANCA 刀具设计软件来制作非常详细的刀具设计图,"而不是像业界所习惯的那样,只制作虚拟实体",Pierre如是说。"因此,我们能够包含实体刀具的所有参数以及它的设计方式"。然后,这些打印文件决定了检测程序。"在标准刀具上,我们要检查 22 到 30 个不同的参数......但我们制造了很多可变指数、可变螺旋的刀具,因此我们必须检查每一个刃口,尤其是在设置上。St. Pierre 补充说,全面、详细的检查 "可能需要十分钟,但你可以定制这些程序,在一分钟内检查 "特定功能的参数集。
更多关于 ANCA-ZOLLER 合作伙伴关系的信息
为了满足质量控制要求,需要一台 " Titan "的独立测量机。但请如何划分 ANCA 的测量能力与 ZOLLER 的测量能力所能胜任的任务?机器之间能否合作?对于Pierre的公司来说,除了要达到所要求的刀具质量外,还要最大限度地提高生产率。举例来说,如果有操作员,他更愿意使用 "Titan "机床扫描刀具轮廓,并将所需的补偿数据发送给磨床,而不是使用 ANCA 的内部激光,这样就能保持 MX 磨床持续磨削。
Pierre还提到了操作员可能不确定如何进行调整的情况。"我们会使用 ZOLLER 进行测量,然后将测量结果发回磨削程序进行修正。很好的一点是,它们可以非常容易地相互对话,而且设置起来并不难......我们已经在更高级的刀具上使用过它,因为那里有很多参数,一个参数可能会影响到其他参数。因此,我们让 ZOLLER 帮助我们解决这些问题。
GKN公司还开始使用 ZOLLER 来测量砂轮,这也最大限度地提高了 MX 的生产率。"Pierre说:"我们正在安装设备,以便使用 ZOLLER 进行所有砂轮测量,这样我们就可以设置整批数据,然后将数据输入磨床。
GKN公司还有一台独立的砂轮修整机,用于离线修整砂轮。但如前所述,如果是无人值班,MX 机床既可以磨削和测量加工中的刀具,也可以测量和修整砂轮。与此同时,ZOLLER 将对之前磨削过的刀具进行成品刀具检测。
其他辅助设备
任何刀具磨削车间都需要冷却液过滤和温度控制,GKN公司的冷却液过滤和温度控制由双容器 Transor 系统负责。切割机也可方便地对硬质合金坯料进行定径。在这里,GKN采取了一种创新的方法,选择了牧野 U6 线切割机床。正如Pierre所说,"价格差异不足以证明花这么多钱购买一台只能切割的机器是合理的。因此,我们购买了一台电火花线切割机,用于大批量定制切割。我们还为整个公司制作自己的夹具和检验量具。这台机器第一年的成本就收回了,因为我们做的都是与磨具无关的东西"。St. Pierre 补充说,他们还将使用电火花加工机床切割刀具轮廓,然后在 ANCA 中磨削刃口和外径。"我们可以在放电加工机床上保持磨削公差"。他们已经在使用 EDM 为 ANCA 制作稳定的衬套。
再加上 ZOLLER 的 TMS 工具管理软件、用于机器人夹具和其他工具的 3D 打印机、Modula VLM 存储塔和激光打标机,你就会发现GKN公司的工具室既自给自足又高效。
这是一个工作量极大的项目,也是一项巨大的投资。但正如Pierre所总结的那样:"没有人说这个项目是一项糟糕的投资。每个人都说,他们希望我们能早点这样做"。
文章来源:昂科机床
图片来源:昂科机床
转载平台:微信公众号
责任编辑:朱晓裔
审 核 人:李峥
2024-08-30
2024-08-30
2024-09-05
2024-09-02
2024-09-05
8月23日,“第八届航空航天先进制造技术与工艺研修班”在成都盛大召开。本次研修班吸引了150余位航空航天领域的专家学者、优秀供应商企业和业内同仁亲临现场,共同探讨航空航天制造技术的前沿发展和行业面临的技术难题。
评论
加载更多