通過(guò)分析工序過(guò)程的時(shí)間組成元素提高生產(chǎn)效率
發(fā)表時(shí)間:2009-04-27 08:58:39; 來(lái)源:
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機(jī)械零件的加工往往需要通過(guò)多道工序，逐漸改變其形狀、尺寸，提高其精度，所以要在單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)機(jī)械加工生產(chǎn)出更多的合格零件，必須縮短每道工序的時(shí)間。尋求提高工序生產(chǎn)效率的途徑是提高被加工件生產(chǎn)效率的基礎(chǔ)和出發(fā)點(diǎn)。
工序過(guò)程的時(shí)間元素分析
1．單件工序時(shí)間
被加工零件在某一道工序內(nèi)所經(jīng)歷的時(shí)間被稱為該零件的單件工序時(shí)間，主要由以下時(shí)間元素組成：
（1）基本時(shí)間Tb：機(jī)床切削零件所需的時(shí)間，如鉆削、銑削、鏜削和磨削等切削過(guò)程所消耗的時(shí)間。
（2）輔助時(shí)間Ta：包括工件上下料時(shí)間、刀具進(jìn)退時(shí)間、改變切削形式的換刀時(shí)間、開(kāi)動(dòng)和停止機(jī)床的時(shí)間、改變加工規(guī)范的時(shí)間以及測(cè)量時(shí)間等。
（3）技術(shù)服務(wù)時(shí)間Tc：包括更換用鈍刀具的時(shí)間，生產(chǎn)過(guò)程中校正、調(diào)整設(shè)備/工具/夾具/模具的時(shí)間，潤(rùn)滑設(shè)備時(shí)間，加工中斷續(xù)清理設(shè)備和夾具上的切屑及廢料時(shí)間等，一般是將整個(gè)工作時(shí)段（如每班）的這些時(shí)間累積起來(lái)再分?jǐn)偟矫總€(gè)被加工零件上。
（4）組織服務(wù)時(shí)間Tg：包括班前班后領(lǐng)、換及收拾工（刀）具的時(shí)間，檢查及試運(yùn)行設(shè)備時(shí)間，增添更換切削液及下班前打掃工件場(chǎng)地、清理設(shè)備的時(shí)間等。這項(xiàng)時(shí)間也是在一個(gè)工作班次中累計(jì)后再分?jǐn)偂?
（5）生理需要與休息時(shí)間Tn，該時(shí)間也需在一個(gè)班次累計(jì)后再分?jǐn)偂?
單件工序時(shí)間是上述各時(shí)間之和，即：T0=Tb+Ta+Tc+Tg+Tn。在計(jì)算實(shí)際單件工序時(shí)間時(shí)，為了簡(jiǎn)化計(jì)算，往往把需要分?jǐn)偟矫總€(gè)零件的Tc、Tg和Tn用占基本時(shí)間和輔助時(shí)間之和的百分比（β）來(lái)計(jì)算，即：T0=（Tb+Ta）（1+β）。β值的大小與設(shè)備及生產(chǎn)規(guī)模有關(guān)，一般在大量流水生產(chǎn)中取0.05～0.1，成批生產(chǎn)中取0.1～0.2，在單件小批生產(chǎn)中取0.2～0.25。
單件工序時(shí)間T0不包括：該工序設(shè)備更換品種或變更工序所需的設(shè)備調(diào)整時(shí)間；由于生產(chǎn)組織、技術(shù)狀態(tài)不良和工作偶然造成的時(shí)間損失，如設(shè)備、工裝臨時(shí)出現(xiàn)故障，生產(chǎn)組織臨時(shí)出現(xiàn)不協(xié)調(diào)（如停工待料、人員調(diào)度不到位等），工人臨時(shí)生病、遲到和早退等；為返修次品或制造替代廢品的零件所花費(fèi)的時(shí)間。
除調(diào)整時(shí)間外，其他隨機(jī)發(fā)生的時(shí)間均不計(jì)入單件工序時(shí)間，而是通過(guò)設(shè)備負(fù)荷率將這部分時(shí)間損失考慮進(jìn)去。
2．調(diào)整時(shí)間Tj與計(jì)價(jià)時(shí)間Tp
在成批生產(chǎn)時(shí)，一臺(tái)設(shè)備承擔(dān)多個(gè)品種零件加工或承擔(dān)同一種零件的多道工序時(shí)，每當(dāng)更換品種或工序時(shí)，需要對(duì)設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)、程序、所使用的刀具、夾具和輔具進(jìn)行更換和改變，需對(duì)該設(shè)備所形成的工藝系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整，對(duì)新品種、新工序零件進(jìn)行試切，以達(dá)到新品種零件或新工序的加工要求，這是設(shè)備調(diào)整時(shí)間所包含的內(nèi)容。
調(diào)整時(shí)間只在加工新一批零件前產(chǎn)生，這個(gè)時(shí)間也應(yīng)分?jǐn)偟皆撆總€(gè)零件上。分?jǐn)倳r(shí)間除了與調(diào)整時(shí)間的長(zhǎng)短有直接關(guān)系外，與每批零件的數(shù)量和批次多少也有直接關(guān)系。合理確定投入的批量（N）是很重要的，投入的批次過(guò)多，每批零件過(guò)少，會(huì)使每個(gè)零件所分?jǐn)偟恼{(diào)整時(shí)間過(guò)多；若投入的批次過(guò)少，批量過(guò)大，會(huì)造成在制品積壓過(guò)多，使制造成本增加。
零件的單件工序時(shí)間與該零件所分?jǐn)偟恼{(diào)整時(shí)間之和就是零件在此工序的計(jì)價(jià)時(shí)間，即Tp=T0+Tj/N。計(jì)價(jià)時(shí)間表示的是被加工零件在此工序的設(shè)備上所占有的時(shí)間。由此可計(jì)算出該工序?yàn)橥瓿深A(yù)定綱領(lǐng)應(yīng)配備的設(shè)備數(shù)量。
如前所述，對(duì)于單一流水生產(chǎn)線或混合品種流水生產(chǎn)線，Tp=T0，即計(jì)價(jià)時(shí)間與單件時(shí)間相同。
由上述分析可知，要提高加工工序生產(chǎn)效率，就應(yīng)設(shè)法縮短組成單件工序時(shí)間和計(jì)價(jià)時(shí)間的各組成元素。以下重點(diǎn)探討縮短基本時(shí)間、輔助時(shí)間、技術(shù)服務(wù)和組織服務(wù)時(shí)間。
縮短基本時(shí)間
減少加工零件在某工序的基本時(shí)間有以下途徑：縮短純切削時(shí)間，采用多刀對(duì)不同表面同時(shí)進(jìn)行加工。
1. 采用高速高效切削，縮短切削時(shí)間
要提高切削效率，縮短切削時(shí)間，就要提高單位時(shí)間內(nèi)材料的切除量Q，它與切削三要素都有關(guān)系，且最活躍、影響最大的要素是切削速度，這就是為什么把采用高速切削作為提高切削效率重要途徑的原因。
在常規(guī)切削中，隨著切削速度的增加，切削溫度也同時(shí)升高，但當(dāng)切削速度超過(guò)某一個(gè)臨界速度后（該速度值隨被加工材料不同而不同），切削溫度不再隨切削速度的提高而上升，反而會(huì)下降，因?yàn)榇藭r(shí)絕大部分切削熱被切屑帶走了。切削速度與單位切削力也有類似的關(guān)系。高速切削的這些機(jī)理研究成果為其應(yīng)用提供了理論依據(jù)，加之刀具技術(shù)的進(jìn)步，包括刀具材料及刀具結(jié)構(gòu)的發(fā)展和應(yīng)用，高剛性、高動(dòng)力性、高轉(zhuǎn)速和高進(jìn)給速度的機(jī)床的出現(xiàn)，使高速切削的實(shí)際應(yīng)用成為現(xiàn)實(shí)。
此外，粉末鍛造高速鋼、超細(xì)晶粒硬質(zhì)合金、多涂層/復(fù)合涂層高速鋼以及硬質(zhì)合金的廣泛應(yīng)用，Al2O3、Si3N4為基體的陶瓷刀片，以TiCN及TiC為基體的金屬陶瓷以及PCBN、PCD等超硬刀具材料在汽車行業(yè)的普遍采用，使汽車零件機(jī)械加工的切削速度和生產(chǎn)效率成倍提高。如采用陶瓷刀片粗鏜汽缸孔，切削速度可達(dá)800m/min，每分鐘走刀量達(dá)2 400mm，粗鏜一個(gè)汽缸孔只需4s，而若用PCBN刀片精鏜缸孔，切削速度為750m/min，工序時(shí)間大為增加。在汽車制造業(yè)機(jī)械加工中，高速切削實(shí)際應(yīng)用所達(dá)到的參數(shù)如表所示。
高速切削應(yīng)用中的參數(shù)
 制造經(jīng)濟(jì)學(xué)的研究成果表明，刀具費(fèi)用一般只占零件制造成本的3%～5%，但由于采用先進(jìn)刀具材料和刀具結(jié)構(gòu)所帶來(lái)的整體生產(chǎn)效率的提高可達(dá)20%～30%，因此采用高速高效切削是提高生產(chǎn)率最經(jīng)濟(jì)的途徑之一。當(dāng)然，機(jī)床的性能參數(shù)、剛性和動(dòng)力性均應(yīng)適應(yīng)高速切削的要求。
2. 采用多刀加工縮短基本時(shí)間
縮短工序基本時(shí)間的另一個(gè)途徑是采用多刀同時(shí)對(duì)不同表面進(jìn)行加工。組合機(jī)床及自動(dòng)線至今仍是生產(chǎn)效率最高的一種加工方式，其原因之一就是采用了多面多刀對(duì)零件的多個(gè)表面同時(shí)進(jìn)行加工的緣故。目前采用組合機(jī)床自動(dòng)線加工鋁合金殼體零件，節(jié)拍可達(dá)到16s，加工鑄鐵殼體零件節(jié)拍可達(dá)27s。在產(chǎn)量足夠大而產(chǎn)品品種單一（或少）、相對(duì)固定的情況下，組合機(jī)床自動(dòng)線仍然是獲得高效率的最佳選擇。此外，還有多砂輪磨削、多軸加工中心等，都是實(shí)現(xiàn)多刀同時(shí)加工的優(yōu)選設(shè)備。
在發(fā)動(dòng)機(jī)的曲軸加工中，車－車?yán)透咚偻忏姍C(jī)床及刀具（見(jiàn)圖1、圖2）的發(fā)明給曲軸加工帶來(lái)了革命性的進(jìn)步。利用一臺(tái)外銑機(jī)床就可以加工曲軸的主軸頸、連桿頸、平衡塊外圓及曲柄側(cè)面，采用多刀盤車－車?yán)瓩C(jī)床可以一次加工所有的主軸頸或同一相位的連桿軸頸，數(shù)十倍地提高加工效率和產(chǎn)品質(zhì)量。
圖1 曲軸車－車?yán)毒?/P>
圖2 曲軸外銑刀盤
縮短輔助時(shí)間
以往，輔助時(shí)間占單件工序時(shí)間的70%以上，雖然隨著各種縮短輔助時(shí)間方法的采用以及自動(dòng)控制技術(shù)的提高，輔助時(shí)間至今仍占工序時(shí)間的50%左右。縮短輔助時(shí)間的具體措施主要有：
1. 機(jī)床采用回轉(zhuǎn)式、往復(fù)式工作臺(tái)，一個(gè)工位進(jìn)行切削加工的同時(shí)，另一個(gè)工位同時(shí)進(jìn)行零件裝卸。
2. 提高機(jī)床的快速移動(dòng)速度和回轉(zhuǎn)速度。現(xiàn)代數(shù)控加工中心越來(lái)越多地采用直線電機(jī)，X、Y、Z軸的移動(dòng)速度都在60m/min以上，不少設(shè)備已超過(guò)100m/min，而加速度一般在1g左右，高檔加工中心已達(dá)1.5～2.0g，甚至更高。
3. 采用各種快換刀柄及換刀機(jī)械手實(shí)現(xiàn)快速換刀。HSK快換刀柄的廣泛應(yīng)用不但提高了高速加工中刀具的安裝精度，而且它與快速換刀機(jī)械手配合，可使加工中心的換刀時(shí)間縮短到1～2s。
4. 采用機(jī)外調(diào)刀、機(jī)上自動(dòng)對(duì)刀等裝置，縮短用鈍刀具更換的調(diào)刀時(shí)間。
5. 采用復(fù)合刀具，如復(fù)合鉆擴(kuò)刀、復(fù)合鉆鉸刀、組合鏜刀和復(fù)合擴(kuò)鉸刀等，使零件在一次裝夾、一次換刀中完成多個(gè)加工表面的或同一加工表面的不同加工內(nèi)容。圖3所示的復(fù)合刀具上同時(shí)具有鉆孔、鏜削和倒角的功能，可大大減少換刀次數(shù)和時(shí)間。
圖3 復(fù)合鉆、鏜刀
6. 數(shù)控復(fù)合加工機(jī)床是近年來(lái)機(jī)床發(fā)展的方向之一。各種多主軸、多刀架不同工藝和工序組合的復(fù)合機(jī)床發(fā)展迅速，各種車削中心、磨削中心、銑車中心和多軸聯(lián)動(dòng)加工中心（見(jiàn)圖4）應(yīng)運(yùn)而生。一個(gè)工件在一臺(tái)機(jī)床一次裝夾中就能完成車、銑、鉆、鉸、攻絲、磨削以及鏜等多種工藝，甚至可以完成一個(gè)工件的全部加工內(nèi)容，減少了工件上下料和多次裝夾的時(shí)間。
圖4 工作中的五軸聯(lián)動(dòng)加工中心
7. 采用液壓、氣動(dòng)快速夾緊的夾具，采用各種加工過(guò)程中自動(dòng)檢測(cè)的量?jī)x，縮短裝夾及測(cè)量等輔助性時(shí)間。
8. 采用各種形式的自動(dòng)、半自動(dòng)上下料裝置及機(jī)械手。
縮短技術(shù)服務(wù)和組織服務(wù)時(shí)間
技術(shù)服務(wù)和組織服務(wù)時(shí)間雖然不是在生產(chǎn)每一個(gè)零件時(shí)都會(huì)產(chǎn)生，但它的長(zhǎng)短也會(huì)對(duì)工序生產(chǎn)效率產(chǎn)生一定的影響。這部分時(shí)間與生產(chǎn)管理有關(guān)，縮短這兩部分時(shí)間的途徑主要有：
1. 合理安排刀具換刀時(shí)間，在選擇刀具與確定切削參數(shù)時(shí)，應(yīng)考慮所采用刀具的壽命與所確定的換刀時(shí)間相適應(yīng)。一般盡量將換刀時(shí)間安排在交班或休息時(shí)間，盡量使所有的刀具壽命與所確定的換刀時(shí)間相同或?yàn)樗谋稊?shù)，這樣可避免在零件加工過(guò)程中頻繁停機(jī)換刀。
2. 采用標(biāo)準(zhǔn)的刀柄，盡量采用線外調(diào)刀，以最大限度地減少換刀時(shí)的機(jī)床調(diào)速時(shí)間。
3. 配備排屑裝置和防護(hù)裝置，使切屑有序地排入切屑箱中，防止切屑及冷卻液四處飛濺。采用大流量冷卻與沖屑，實(shí)現(xiàn)冷卻液集中供排，切屑集中收集。
結(jié)論
提高生產(chǎn)效率不僅是工藝?yán)砟畹母拢彩枪芾砝砟畹奶嵘Ｔ诓捎孟冗M(jìn)刀具、機(jī)床實(shí)現(xiàn)高速高效切削的同時(shí)，還要應(yīng)用相關(guān)技術(shù)和管理手段，優(yōu)化整個(gè)加工過(guò)程，采用多樣化的途徑實(shí)現(xiàn)加工效率的提高，實(shí)現(xiàn)從高速切削到高效切削再到高效加工的最終目標(biāo)。 |
