高速加工HSM技术提高模具制造生产率

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高速加工HSM技术提高模具制造生产率
/ p0 `6 ?/ m4 E4 B, f4 IAM&M在需要提高产量，满足生产迫切需求的情况下，采用了两台HSM 400型Mikron机床，并配置由Erowa技术公司提供的机械手，最终借助于自动化系统的帮助，将调试时间降低到最低限度，大大提高了生产率。

5 j) `% I' e7 _+ a8 Z创建于1959年的AM&M公司（Advanced Mold and Manufacturing Inc.先进模具制造公司），坐落在美国康涅狄格州的曼彻斯特市，拥有温度可调控的生产厂房。在其30000平方英尺的建筑面积上，还包括Vision Technical Molding (VTM)公司的厂房，专门从事低公差、复杂医疗产品的模具生产。VTM公司也为AM&M公司提供QC模具样品。虽然这两个方面的业务是分开独立的，但他们仍然是在同一屋檐下工作的合作伙伴。AM&M公司占用18000平方英尺的厂房面积，共有雇员65人。

! h. ?, F- q$ g, W$ d+ uAM&M公司每年约生产200套模具，加工高达300t以上的材料，其加工范围包括从不锈钢到石墨电极，多用于制造小型、精密模具元件。该公司约有20%的工作由其隔壁的合作伙伴VTM公司完成。AM&M公司的工作重点是向市场提供复杂、精密的元件，以满足汽车、医疗、消费品/电子元件等类行业的需求。该公司的年销售额为1100万美元，并以年增长率10%的速度向前发展，始终保持着一条富有挑战性的、不断上升的增长曲线。AM&M公司也感觉到了来自中国的竞争，因为中国作为一个主要的发展中国家，也急切希望能步入到新技术的应用行列之中。

. r+ @1 d% B; j" PAM&M公司的总裁Steven Arnold先生评论说：“如果将时间、质量和服务等因素考虑在内的话，中国制造的模具与我们产品之间的费用差距是可以很快缩小的。我们在为客户提供服务方面可以胜过他们，因为客户无法容忍因质量失误，距离和调试等方面而造成的工程延误，或者是因为客户有时需要对设计进行迅速的更改。”Arnold先生也确信该公司能够做到使自己更有竞争力，甚至提供内部更为复杂的模具和实现全面的一流检验。

由于产量的压力和对精度方面更加严格的要求，使该公司不得不在其加工设备清单中增添一套高速加工（HSM）单元系统。2005年2月，AM&M公司安装了两台Mikron HSM 400型机床，该设备从伊利诺斯州的Lincolnshire地区引进，配有10工位自动化托盘系统，可提供带有机械手夹座的90个电极夹具。3轴、转速42000r/min的立式加工铣床，每一台都带有自动化换刀系统，其刀库容量高达68把刀具。这两台设备均具有激光刀具检测能力和补偿能力。此外，当工件变换或设定值改变时，来自Erowa技术公司（在伊利诺斯州的Arlington Heights地区）的机械手可以更换托盘。而且在更换石墨电极时，它也可以自动地更换夹钳。

. ]. g3 ]/ @6 o7 e3 L2 j在增添HSM加工单元以后，Advanced Mold &Manufacturing公司声称生产能力约提高了300%

5 w) n& W6 I% h8 D9 ZMikron公司的铣床是专为精密、高效生产设计的。其精度建筑在刚性之上，机床采用单体结构的床身，固定于聚合物混凝土基础之上。这是一种适用于铣床的固态防振基础。HSM 400型机床配有高性能电机传动轴，可以变速和改变扭矩。

% ?. Z' @4 l9 o9 E* c自动化水平的提高有利于高效率生产。通过机械手托盘系统的服务，该加工单元可以在操作过程中上料和调试设定值，整个系统的生产时间延长，许多工艺不需人工干预。为了最大程度地提高设备的灵活性，每一台Mikron 400型机床都采用自动化刀具夹座，刀具的更换可在3s内完成。根据生产厂的说法，采用这种换刀装置非常经济实用，操作时间缩短，适于钻削、沉孔及攻丝等加工。
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AM&M公司报道说，新加工单元的安装和调试进展顺利。该公司很容易地将这一加工单元与专门设计的Erowa刀具机械手系统一起配套使用。在连接安装就位4天以后，该公司就开始将该机床投入生产。新模具加工单元代替了两台床式铣床，以满足生产需求和符合质量标准。原有的设备需要人工装料及额外的操作人员。另一方面也是为了减轻机床元件的重量和质量，以免影响机床的加工精度。随着生产车间内温度的提高，设备温度也随之上升，因此需要进行不断的检查和热补偿，以符合加工技术规格要求。
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Arnold先生说：“很显然，在转向使用HSM技术以后，使我们的地位处于技术曲线的最前面。今天，在保持加工精度的同时，我们将注意力集中到如何大幅度减少交货时间和提高生产率之上。”按照CNC电极/高速铣床加工部经理Vincent Brown先生的说法，新加工单元已经做了它应该做的工作。他补充说：“采用HSM加工单元以后，我们的加工能力已经提高了将近300%。我们对新的编程软件也非常满意。其改变优先顺序的能力，以及向系统输入新工作任务和远距离监控操作的能力，使我们的工作有了各种各样的改进。”
由于Mikron 400型机床与机械手之间具有高度的整体协调性，因此调试时间已降低到最低限度。生产模具零件的时间大致上只相当于以前加工时间的一半左右。这两台铣床结合在一起的每星期平均生产时间约为240h。其加工精度和重复精度也有很大的提高。
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Brown先生解释说：“我们可以在这一系统内安装多达100根不同形状和不同尺寸的电极。激光探头可以补偿Z轴，而机床可以在无人干预的情况下，自动地完成其余工作。”他继续说：“按照新HSM加工单元所给定的速度、精度和重复精度，针对以前所提出的要求，进行校准、检查和频繁的调节，使加工单元保持运行状态。由于产量大幅度提高，工件完成的数量大增，这反而使工件的检验成为瓶颈问题。”

AM&M公司还注意到了系统软件可允许使中等批量的生产发生改变，这对于采用普通模具铣削系统来说是非常困难或几乎是不可能办到的事情。
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Arnold先生解释说：“最近，一位客户要求改变其一项消费电子工程项目，并在两星期之内投产。我们很快对我们在加工单元中的工艺流程和工作优先顺序重新做了调整，满足了客户的需求，对最终交货时间没有产生影响或影响极少。”Arnold先生说，由于市场竞争日趋激烈，生产厂所面临的产品寿命周期不断缩短，因此中批量生产工程经常会发生变化。采用HSM系统软件，公司就能够在“飞行中”快速做出改变，及时给予补偿。该软件也可提供远距离监控和报警。
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; m  v" O# Y; ]& s- N* TBrown先生指出：“我经常从家里检查我们的工作状况。然而，该系统也能够向我报警，告知我某一变化或某一决策点。这样，我可以根据这一变化情况停止某一部分的生产，然后继续从事生产线上的下一项工作。”
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3 J/ L6 o, f+ S+ _AM&M公司计划将HSM加工单元与其Charmilles公司的CNC数控扩孔钻连接在一起，以提高生产流程的自动化程度。像HSM加工单元那样，目前，Charmilles公司的设备也只有在第二班工作时，采用远距离监控的无人化操作。一旦当新的软件将这两项操作连接在一起的时候，该公司的生产率就会大大提高。

Arnold先生声称：“在我们执行的自动化战略中，按照下一步的逻辑步骤，我们将把HSM加工单元与我们的EDM放电加工部门结合在一起。采取这种正确的工艺结合形式，我们就能满足客户的要求，并能保持竞争地位。我们的能力可以使我们在4个星期的交货时间内，完成新模具的制作，即使是形状复杂的多功能模具也不例外。”