無論是您經(jīng)常使用切削工具，還是有時急需合適的工具，您都可能考慮過自己制造，或者重磨。但是如何判斷自行磨削刀具是否是明智的決定呢？GKN航空航天發(fā)動機(jī)公司首席制造工程師Jeremy St. Pierre向我們介紹了他們經(jīng)驗(yàn)。此外，他還就介紹了他們寶貴的實(shí)踐建議，以幫助您實(shí)現(xiàn)這一飛躍。
節(jié)約成本，2 年收回成本
數(shù)控刀具磨床和所需的輔助設(shè)備是一項(xiàng)重大投資。GKN公司的管理層請Pierre研究他們的刀具消耗量，并分析預(yù)測通過自行磨削可降低的成本。St. Pierre 解釋說，其中一個關(guān)鍵因素是他們的許多刀具都可以多次重磨。比如他們有許多錐形球頭立銑刀，可以隨時磨削到所需的任何形狀。
相反，St. Pierre 提醒說，許多此類刀具都很復(fù)雜，具有不等分度和可變螺旋，許多外部供應(yīng)商不愿意重磨這些刀具，除非這些刀具是他們制造的。因此，如果你不能自己重新磨削，你就會被限制在有限的供應(yīng)上，這不僅成本高昂，而且有潛在的風(fēng)險。
Pierre 還發(fā)現(xiàn)，他們的一些大批量工具非常昂貴，原因就在于這些工具不是標(biāo)準(zhǔn)刀具。"我們可能需要直徑為 0.485 英寸的刀具，而不是半英寸的刀具。我們需要支付高昂的費(fèi)用定制刀具，而且交付周期很長，我們?yōu)榇艘却?2 周的時間。通過計(jì)算刀具的實(shí)際成本，包括他們不得不 "一次發(fā)送 70 件刀具以獲得一個好價格 "，Pierre 能夠有力地證明投資一個比最初設(shè)想更強(qiáng)大的刀具室是正確的。該刀具室配備了 4 臺 ANCA MX7 刀具磨床、一臺 ZOLLER "Titan "測量機(jī)，以及砂輪修整機(jī)和拖動精整機(jī)等全套輔助設(shè)備。然而，投資回報期僅為兩年。
當(dāng)然，St. Pierre 承認(rèn)GKN是一家大公司，可以在工具室投資上花費(fèi)巨資。然而對于許多公司來說，從小規(guī)模開始更具執(zhí)行性。他還建議，"在你說'我們可以引進(jìn)所有設(shè)備'之前，先仔細(xì)研究一下'容易獲得'的設(shè)備，那些既重要又可行的設(shè)備"。然后，你就可以自信地指定磨床和相關(guān)附件，看看數(shù)字是否可行
更快的周轉(zhuǎn)
Pierre工具室可以快速提供生產(chǎn)車間所需的工具，極大地提高了GKN的整體效率，而且不僅僅是修磨。"St. Pierre 解釋說："我們目前使用 ANCA 機(jī)床磨削直徑從八分之一英寸到八英寸的所有刀具，切削長度為五英寸半。"我們制造大量的一次性定制工具和任何緊急維修需要的工具。任何可以在外包制造的工具，我們現(xiàn)在都能制造。我們制造復(fù)合材料工具、特殊材料工具、塑料工具、木材工具......任何我們需要做的。他補(bǔ)充說，定制工具的交付時間最短一天，最長兩周。"如果你只需要一個，我們就給你做一個。
調(diào)整設(shè)計(jì)，改進(jìn)加工
你可能會認(rèn)為，專業(yè)制造商會比內(nèi)部磨削車間制造出更好的切削工具。但由于公司內(nèi)部工具室更了解GKN，同時 Pierre愿意進(jìn)行試驗(yàn)，事實(shí)上該團(tuán)隊(duì)"擊敗了許多知名的刀具制造商制造的的刀具"，Pierre說。"當(dāng)然這并不是我們的本意，只是我們能夠真正專注于我們的業(yè)務(wù)和產(chǎn)品，并為生產(chǎn)環(huán)境定制工具。我們有能力只為我們自己調(diào)整工具"。
Pierre將他的方法概括為 "推動直到它們壞掉，然后再調(diào)回來，制造出最好的刀具"。如果有閑置的機(jī)器，他們會在附屬的GKN工廠試用工具，或者將工具送到他們在瑞典的工廠，因?yàn)槟抢镉袑Ｓ玫臏y試機(jī)器，可以立即提供反饋。他們還會向多年合作的公司提供工具樣本，并征求他們的意見。
Pierre還認(rèn)為，位于密歇根州威克索姆的ANCA幫助他應(yīng)對了一些工具設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)。"我每年都會去密歇根州幾次，每次都不虛此行。如果我遇到困難，我通常會把沒有多少人在做的工具交給 ANCA，然后我們坐下來一起設(shè)計(jì)?；蛘咚麄儠螂娫捊o我，我們在電話里討論。一兩天之內(nèi)，我們就能一起設(shè)計(jì)出一款工具。他們不會提出任何要求，只想知道進(jìn)展如何。他們幫了很多忙。
Pierre報告了一個令人驚訝的發(fā)現(xiàn)，那就是通過在 OTEC拖曳式研磨拋光機(jī)上磨削切削刃，不再需要涂層。"我們的刀具在刃口預(yù)處理后比涂層后的壽命更長，"Pierre說。"如果刀具用于高溫加工，我們會對其進(jìn)行涂層處理。但我們制造了很多用于鈦的錐形球，我們做了很多測試。我們只需對工具進(jìn)行邊緣預(yù)處理，它就能經(jīng)久耐用。有時我們的刀具壽命是以前的四倍"。
Pierre補(bǔ)充說，除了更高的性能外，邊緣預(yù)處理還省去了涂層所需的大約一周的準(zhǔn)備時間，以及成本和額外的運(yùn)輸和處理費(fèi)用。"他繼續(xù)說："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，那還是 10 美元的涂層?，F(xiàn)在你的工具成本基本上是原來的三倍。我們只需幾秒鐘的時間，就能消除這種情況。(據(jù)Pierre稱，GKN公司的平均磨削時間約為一分鐘，而 OTEC 一次可加工 25 件工具）。
獨(dú)立的利潤中心
Pierre的工具室附屬于位于康涅狄格州紐寧頓的GKN航空發(fā)動機(jī)廠，但它是作為一個獨(dú)立的利潤中心運(yùn)行的。他們?yōu)镚KN航空航天發(fā)動機(jī)公司在北美的所有 7 家工廠提供服務(wù)，此外還向當(dāng)?shù)仄渌娇蘸教旃境鍪酃ぞ?。他們甚至還能為公司帶來其他外部工作，增加收入。GKN公司只是一個參考，當(dāng)然在決定進(jìn)行內(nèi)部刀具磨削時，這種可能性也值得考慮在內(nèi)。
選擇合適的磨床
如果您已經(jīng)準(zhǔn)備好開始刀具磨削，那么下一個最重要的考慮因素就是您應(yīng)該投資哪種刀具磨床。當(dāng)然，使用的簡易性和支持度是關(guān)鍵因素，而且最好不要只考慮機(jī)床制造商。更應(yīng)該詢問您目前供應(yīng)商使用的是什么機(jī)床，他們是否愿意共享程序或提供其他幫助。對于 GKN 而言，ANCA 是一個明確的選擇，因?yàn)樗麄兪鞘袌龅念I(lǐng)導(dǎo)者，而且并且公司瑞典的業(yè)務(wù)也使用 ANCA 的機(jī)床（咨詢電話：13522079385。
Pierre解釋說："這樣我們就可以互相幫助。"我們可以互相發(fā)送程序，我們的磨削方式是一樣的......如果他們需要我們制造一些工具，他們可以發(fā)送給我們一個程序，我們生產(chǎn)工具，然后運(yùn)回去，工具就和他們在那里制造的一模一樣。
需要強(qiáng)調(diào)的是，雖然Pierre在GKN開始這個項(xiàng)目時擁有多年的制造和解決問題的經(jīng)驗(yàn)，但他從未打磨過工具。此后加入團(tuán)隊(duì)的每個人也都是如此。"Pierre回憶說："我雇用的人都是我知道的有機(jī)械傾向的人，他們知道如何避免把事情搞得過于復(fù)雜。"他們一開始都很緊張，但我們做的第一件事就是飛往密歇根，在 ANCA 接受為期兩周的培訓(xùn)。然后我們就開始生產(chǎn)了。他補(bǔ)充說，從那時起他們就一直在學(xué)習(xí)，也犯過一些錯誤。但他們只發(fā)送過一次失敗的工具。
Pierre對 ANCA 的軟件贊不絕口："他們的所有軟件，無論是重新校準(zhǔn)、重新調(diào)試，還是在進(jìn)行自動化時重新教授一個位置，都能真正指導(dǎo)你完成。這是我用過的最便利的機(jī)器。我可以讓從未見過這臺磨床的人在半小時內(nèi)制作出一個工具。在機(jī)床上設(shè)計(jì)一個，然后磨出來，他們根本不知道自己在做什么"。
正確的測量機(jī)
可以說，對工具室（尤其是為航空航天公司服務(wù)的工具室）來說，第二重要的投資決策就是檢測設(shè)備?？偛课挥诿苄莅材缺さ?ZOLLER 是另一個必然選擇。首先，GKN公司已經(jīng)擁有 ZOLLER 預(yù)調(diào)儀，St. Pierre 對雙方建立的順暢工作關(guān)系表示贊賞。其次，ZOLLER 與 ANCA 建立了緊密的合作關(guān)系，提供的解決方案使兩臺機(jī)器的性能都得到了提高。因此，GKN公司選擇了頂級的 ZOLLER "Titan"，它可以自動光學(xué)測量所有刀具屬性，包括槽型和刃口預(yù)處理。
高精度自動化
GKN公司選擇在其所有 ANCA MX7 工具磨床上安裝機(jī)器人裝載機(jī)，并進(jìn)行內(nèi)部砂輪修整和測量。機(jī)床還集成了激光裝置，可掃描刀具輪廓并自動補(bǔ)償磨削程序，以糾正與標(biāo)稱形狀的任何偏差。這些功能使機(jī)床能夠在無人值班的情況下生產(chǎn)出公差嚴(yán)格的刀具。"St. Pierre 說："我們對刀具的公差要求是正負(fù) 0.5 毫米。"有些刀具的公差更大。如果是用于精加工的球頭，我們會將公差控制在十分之幾。
ZOLLER "Titan "還配備了機(jī)器人裝載機(jī)，ZOLLER稱之為 "roboSet2"。此外，所有四臺磨床和測量機(jī)都可以在熄燈運(yùn)行期間自動改變刀具直徑。圣皮埃爾解釋說，這一點(diǎn)非常重要，因?yàn)樗麄?"為 GKN 生產(chǎn) 400 種不同的零件編號。我們的批量不是 1000 個，而是 15-20 個"。除了極少數(shù)例外情況，他們必須對所有工具進(jìn)行 10% 到 100% 的檢查。因此，靈活的工件夾持對于防止出現(xiàn)瓶頸至關(guān)重要。
兩套系統(tǒng)都使用 Schunk 液壓卡盤，通過插入中間套筒夾持不同直徑的刀具。在GKN公司的案例中，機(jī)器人負(fù)責(zé)更換套筒。正如 Pierre所說："roboSet（或 MX7 裝載機(jī)）內(nèi)部已裝有所有套筒，并知道它們的位置。比方說，第一批是半英寸工具。機(jī)器人會抓起半英寸刀套并將其裝入卡盤。然后它將運(yùn)行所有這些半英寸刀具，并完成所需的報告。完成后，它會交換刀套，抓取下一個尺寸的刀具，然后開始運(yùn)行程序。你只需編寫程序并選擇計(jì)劃即可。GKN公司定制了可容納 5 種不同尺寸的托盤，St. Pierre 說，他們可以在一個無人值守班次中通過 ZOLLER 運(yùn)行 20 種不同的工具設(shè)計(jì)。
GKN公司使用 ANCA 刀具設(shè)計(jì)軟件來制作非常詳細(xì)的刀具設(shè)計(jì)圖，"而不是像業(yè)界所習(xí)慣的那樣，只制作虛擬實(shí)體"，Pierre如是說。"因此，我們能夠包含實(shí)體刀具的所有參數(shù)以及它的設(shè)計(jì)方式"。然后，這些打印文件決定了檢測程序。"在標(biāo)準(zhǔn)刀具上，我們要檢查 22 到 30 個不同的參數(shù)......但我們制造了很多可變指數(shù)、可變螺旋的刀具，因此我們必須檢查每一個刃口，尤其是在設(shè)置上。St. Pierre 補(bǔ)充說，全面、詳細(xì)的檢查 "可能需要十分鐘，但你可以定制這些程序，在一分鐘內(nèi)檢查 "特定功能的參數(shù)集。
更多關(guān)于 ANCA-ZOLLER 合作伙伴關(guān)系的信息
為了滿足質(zhì)量控制要求，需要一臺 " Titan "的獨(dú)立測量機(jī)。但請如何劃分 ANCA 的測量能力與 ZOLLER 的測量能力所能勝任的任務(wù)？機(jī)器之間能否合作？對于Pierre的公司來說，除了要達(dá)到所要求的刀具質(zhì)量外，還要最大限度地提高生產(chǎn)率。舉例來說，如果有操作員，他更愿意使用 "Titan "機(jī)床掃描刀具輪廓，并將所需的補(bǔ)償數(shù)據(jù)發(fā)送給磨床，而不是使用 ANCA 的內(nèi)部激光，這樣就能保持 MX 磨床持續(xù)磨削。
Pierre還提到了操作員可能不確定如何進(jìn)行調(diào)整的情況。"我們會使用 ZOLLER 進(jìn)行測量，然后將測量結(jié)果發(fā)回磨削程序進(jìn)行修正。很好的一點(diǎn)是，它們可以非常容易地相互對話，而且設(shè)置起來并不難......我們已經(jīng)在更高級的刀具上使用過它，因?yàn)槟抢镉泻芏鄥?shù)，一個參數(shù)可能會影響到其他參數(shù)。因此，我們讓 ZOLLER 幫助我們解決這些問題。
GKN公司還開始使用 ZOLLER 來測量砂輪，這也最大限度地提高了 MX 的生產(chǎn)率。"Pierre說："我們正在安裝設(shè)備，以便使用 ZOLLER 進(jìn)行所有砂輪測量，這樣我們就可以設(shè)置整批數(shù)據(jù)，然后將數(shù)據(jù)輸入磨床。
GKN公司還有一臺獨(dú)立的砂輪修整機(jī)，用于離線修整砂輪。但如前所述，如果是無人值班，MX 機(jī)床既可以磨削和測量加工中的刀具，也可以測量和修整砂輪。與此同時，ZOLLER 將對之前磨削過的刀具進(jìn)行成品刀具檢測。
其他輔助設(shè)備
任何刀具磨削車間都需要冷卻液過濾和溫度控制，GKN公司的冷卻液過濾和溫度控制由雙容器 Transor 系統(tǒng)負(fù)責(zé)。切割機(jī)也可方便地對硬質(zhì)合金坯料進(jìn)行定徑。在這里，GKN采取了一種創(chuàng)新的方法，選擇了牧野 U6 線切割機(jī)床。正如Pierre所說，"價格差異不足以證明花這么多錢購買一臺只能切割的機(jī)器是合理的。因此，我們購買了一臺電火花線切割機(jī)，用于大批量定制切割。我們還為整個公司制作自己的夾具和檢驗(yàn)量具。這臺機(jī)器第一年的成本就收回了，因?yàn)槲覀冏龅亩际桥c磨具無關(guān)的東西"。St. Pierre 補(bǔ)充說，他們還將使用電火花加工機(jī)床切割刀具輪廓，然后在 ANCA 中磨削刃口和外徑。"我們可以在放電加工機(jī)床上保持磨削公差"。他們已經(jīng)在使用 EDM 為 ANCA 制作穩(wěn)定的襯套。
再加上 ZOLLER 的 TMS 工具管理軟件、用于機(jī)器人夾具和其他工具的 3D 打印機(jī)、Modula VLM 存儲塔和激光打標(biāo)機(jī)，你就會發(fā)現(xiàn)GKN公司的工具室既自給自足又高效。
這是一個工作量極大的項(xiàng)目，也是一項(xiàng)巨大的投資。但正如Pierre所總結(jié)的那樣："沒有人說這個項(xiàng)目是一項(xiàng)糟糕的投資。每個人都說，他們希望我們能早點(diǎn)這樣做"。
