将计量置于闭环制造系统的中心

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将计量置于闭环制造系统的中心在过去的十年中，美国经济增长的主要推动来自于强劲而稳定提高的生产力。对于许多人来说，上升的统计数字毫无意义。但对于Tech Mold 公司董事长Bill Kushmaul 来说，生产力的获得是关系到他公司生存的事情。Kushmaul说："我们公司要能够在业内呆下去的唯一方法是不断降低产品中的劳力组成。在这个充满竞争的环境中，我们要保持自己的优势主要依靠技术的创新。"
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自1972年创建这家公司以来，Kushmaul一直采取积极策略来满足未来的要求，即不断更新和改善模具制造工艺。

- L% j# O. S5 k: X' m% p6 b) B追求完美是Tech Mold 公司早期的特色，并是它取得今天成功的关键因素。为使质量成为越来越多的自动化工艺所固有的，Tech Mold 公司最近采购了座标式测量机（CMM）（图1），是由Carl Zeiss IMT公司生产的。
作为高精度、多模腔、综合完全互换零件的注塑模具制造商（图2），Tech Mold 公司一般必须保持公差在万分之一英寸之内。实践使Kushmaul相信，要满足如此严格的要求，唯一的方法是放弃模具工厂老一套东西。他说"模具工厂也许有这样的概念，即制模是一种老式、度身定制的工作。而事实是模具厂家必须尽可能地实现自动化，从而保持竞争力和满足顾客的要求。"
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今天，Tech Mold 公司是一家应用最新技术的工厂， EDM、WEDM、高速加工和研磨等重要工艺在这里已经实实在在地实现了自动化。

; [% E) x) J2 G0 R2 {! j3 a因为对整个自动化过程不满意，Tech Mold 公司已经把测量方法作为了目标，这在自动化的金属加工过程中是主要的瓶颈。尽管Tech Mold 公司仍在将新型CMM应用到制造过程中，该公司已经对其以前的测量和品质概念进行了重新定义。

检测实现自动化

Tech Mold 公司的指导思想是最佳的生产需要采用已获认可的传统制造工艺 - 然后排除人为干扰因素。触动式人手操作测量方法是一种缓慢而易变的过程，会周期性地产生停顿时间。而且当待测物件数量增加时，就会延长向顾客交货的时间。
8 R% s% S6 ^: M与此相反，Zeiss PRISMO MPS能够快速测量大量的零件和电极，而同时保持准确性和可重复精度。Tech Mold 公司利用CMM的扫描功能来测量菱形式样，包括平面和孔穴。但是对于大多数测量来说，Tech Mold 公司应用了CMM的快速接触式探测功能（图3）。
9 V7 U. y4 o7 b0 d演示这些能力，高级模具设计师Brett Black引用了一个例子，就是该公司所制多模腔模具中的嵌件，综合了320个不同尺寸。Black说："CMM能以一步完成所有这些测量，并在12分钟内记录下数据。"尽管这个特殊零件很复杂，Black估计用CMM对每一个零件进行测量的平均时间约为5分钟时间。
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' g. a& C4 x# n尽管给CMM编程来测量特殊零件需要额外的时间，但这是一次性投资，因为检测程序被储存下来了。而且，当用机械手来操作CMM时，它能每天24小时的无人照看地作业。这充分扩大了工厂的整体生产能力。

在象Tech Mold 公司这样高度自动化的工厂里，CNC加工普遍地在每个白班之初留下了一大堆待检的物品。Kushmaul估计对EDM作业来说，他的工厂每年要用三万以上的电极（图4）。这就是为什么实现测量自动化对于提高生产能力是至关重要的关键原因。
但是线上测量方法不仅仅是有益于生产速度。传统的触动式CMM要求足够量的人手操作，这会导致测量错误。自动化的测量能充分保证在整个生产过程中的可重复性精度。所以当自动化对于金属加工是必要的时候，推动测量自动化就可看成是必需的事情，而不是一种选择。
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值得信赖的电脑数据

Tech Mold 公司工艺改进的一个重要方面是与学会相信计算机数据和CMM，而不是纸上绘图和人工测量。尽管传统测量方法依赖于量块和检测者的眼睛，但是现今的技术不断促使金属加工厂接受虚拟数据和软性测量。

Tech Mold 公司在这个方向上已经走得足够远，他们完全取消了纸上绘图。Lomax说："我们必须注视消除所有可变性的方法。所以我们已经发现，将实体模型从工程部门直接输送到车间的计算机中是完全必要的。"

Black和系统编程师Elango Ramanathan正在为实现完全自动化的、闭环测量和分析的目标而工作着。使系统初始化的结果具有两面性。首先，由2D绘图向3D实体模型转化的过程中不能丢失重要数据。绘草图会给任何测量过程带来不必要的错误。直接根据CAD数据测量能消除这个错误，使测量对于设计目的来说更加准确。

第二，出现手工测量误差的可能性没有了。Tech Mold 公司营运副总裁Karl Szanto说："不同于以前只是用来确定不合格零件，CMM现在能有助于整个生产过程中防止出现误差。过去常常出现的情况是，当人工测量和机器测量之间出现冲突时，我们首先怀疑的是机器。而现在我们倾向于接受机器数据，会重新检查手工测量结果。"
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这代表着在测量方法上的显著转变。它也使Tech Mold 公司能达到设计完整性的最高水平。在这里实体模型包含了决定零件生产计划的数据、CAM程序和程序安排信息。这为零件生产过程的自动化提供了必要的信息。

基于Tech Mold 公司的早期经验，实现自动化的CMM不仅仅保持了可与细致的人工测量相媲美的准确度，而且它可重复进行。Ramanathan 描述了工厂的初始证明过程："CMM在测量速度上和提供完整的数据分析上冲击着我们测量队伍的头头们。CMM的报告一眼就能看个究竟。任何偏出公差的尺寸会在一栏中被打印出来，而在公差之内的尺寸会被分成额外的两栏，一个是在高位之上的，而另一个是在低位之上的。"这个分析令机器操作员能做出细微的调整，使边线测量值符合平均值。

8 M; d. T6 |3 a$ I) kCMM的能力也代表着一些其它的选择。对于一些模具厂的顾客来说，没有蓝图而去装配塑料零件是非同一般的，它要求复制或修改。CMM测量零件表面和产生CAD/CAM数据的速度令使用者可以通过反工程来迅速创造零件。而且，用于产品文件的最后检测数据能比过去更快地产生。CMM在生产过程中关键点能自动创造和校验数据，从而将计量第一次置于闭环制造系统的中心位置。

6 e8 k, H3 g9 g. T连带的关系

$ L& I9 E! Y/ ~& s% {1 c虽然有了最新的金属加工和测量设备，但这还只是公式的一部分。假设CNC机器的产出能力更高，那么确保电极和模具部件在生产过程中的有效流动对于优化工厂运作是必需的。Tech Mold 公司利用机械手在各种机器之间搬运工件，从而实现这种流动。为了装卸物件，该工厂应用WorkMan和WorkMaster机械手（图5），这是由System 3R公司制造的。这个系统包括旋转式储仓中，用于几个不同的工作中，然后可长时间的无人照看地运转。

或者进出旋转式储存仓时能准确和重复性地放置模具元件

为了维持精密模具自动化生产的精度水平，工件的夹持方式是不能多变的。Tech Mold 公司应用了System 3R公司的微托盘（Macro Pallet）系统。这个系统消除了手工安装，确保工件在生产过程中流转时的精确定位。每一个模具嵌件或者EDM电极被固定到具有XYZ参考系统的独立托盘。以这种方式，工件能在不同的机器之间传送，而不会有精度的损失。

尽管很多年以来Tech Mold 公司应用微托盘（Macro Pallet）系统来使加工操作自动化，但它现在已成为将CMM融入工艺中的实用技术。通过创造具有测量和品质控制的机械化制造单元，该公司正接近于每周7天，每天24小时生产的目标。这将使Tech Mold 公司的偏远车间在星期六早上2 点钟能实现同样的生产精度，这在繁忙的工作日已经实现了。
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2 U$ t" D6 v+ @) G' }3 [4 M. w自动化的未来

因为Tech Mold 公司继续将CMM融入生产过程中，该公司离它的目标越来越近了。Lomax说："我们的计划是使CMM成为我们制作周期的完美部分。我们憧憬着有一天机械手将部件放在CMM之上，而CMM将电子报告直接传送到机床。"当Tech Mold 公司充分发展生产系统，它将持续地监控所有尺寸数据，并自动地调整金属加工机器来保持可靠的精度。Lomax是这样描绘公司迄今的进展的："尽管香槟酒还没有敲碎，但我们已经宣布取得了胜利。"
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