數控機床

      上海（hǎi）, 2014 年 10 月 - 加工（gōng）作業的主要目的是以最低的成本生產精確的零件，從（cóng）而實現最高的收益率。降低加工成（chéng）本的（de）傳統方（fāng）法是使用更高的加工參數（通常以（yǐ）更快的切削速度（dù）為主）提高（gāo）生產速（sù）度。然而，這種方法並沒有考慮到重要的成本因素，包（bāo）括報廢件的費用以及生產停機時間。一種從整個流程的角度（dù）考慮（lǜ）生產經濟性的策略，在生產（chǎn）率（lǜ）和製造成本之間實現了最（zuì）佳平衡，並且考慮了（le）所有的成本因素。

      成（chéng）本控製

      製造成本中的某些元素遠遠超過了製造商的控製。例如，工件材（cái）料（liào）類型和成本由最（zuì）終使用的機加工部件決定, 因此製造商無（wú）法通過將渦輪發動機中的 Inconel® 鉻（gè）鎳鐵合金替換為灰鑄（zhù）鐵來節省成本。同樣，工廠對（duì）機（jī）床及其維護和電力進行的投資基本上屬於固定成本，通常需要（yào）持續（xù）地（dì）償還設備貸款。人力成本相對靈活一些，但至少在短期內比較固定。所有（yǒu）這些（xiē）成本和（hé）加（jiā）工成本都必須由機加工部件的銷售收入來抵消（xiāo）。提高生產速度（即工件轉換為成品的速度)可以抵消固定成本。

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       更快並不意（yì）味（wèi）著更好

      製造商可以控製的加工工藝要素包括切削刀具所用的參數。不同的刀（dāo）具、技（jì）術和策略都會影響生產速度。此外，很多車間認為，隻需提高切削速度就能夠在每個周期內生產更多的零件，因此可以降低製造成本。

       但實際情況並非這（zhè）麽簡單。提高切削速度是要付出代價的。加（jiā）工速度越快，穩定性通常越差。應力，包括更高的（de）切削（xuē）力和發熱量，同樣也會影響刀具和工（gōng）件。刀具的磨損會加快而且（qiě）更難以預測。刀具可能會斷裂並在工件上產生劃痕，刀具磨損或振動可能會導致零件尺寸發生變化以及（jí）/或（huò）者表麵質量下降。這會導致工件報廢，此成本必須從利潤中扣除。根據工件（jiàn）材料的價值以及部件的最終用途（例如，用於（yú）複雜航空部件的（de）昂貴高溫（wēn）合金），報廢（fèi）工件（jiàn）可能對製造業務（wù）的總成本產生災難性的後果（guǒ）。此外，可靠（kào）性不佳（jiā）的工藝無法在（zài）無人看管或半看管的情況下運行，因此無（wú）法節（jiē）省人（rén）力成本。

      提高切削（xuē）速度還會直接影響刀具的使用壽命。過高的速度會加速刀具磨損並需要頻繁更換刀具。由於刀具磨損得（dé）更快，需要使用更多的刀具才能切削（xuē）出同樣數量的零件。加工成（chéng）本和機床停機成本（běn）的增加會導致製（zhì）造成本中的理論收益減少、生產速度下降。

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        機床停機成本

      更高的速度（dù）雖然（rán）會（huì）提高（gāo）切削刀具的成本，但最初（chū）也能夠降低機床成本（běn）。這是因為機床可（kě）以在每個周期內生產更
多的零件，並可在機器成本（běn）固定的情況下創造更多的收入。然而，當（dāng）速度超過一定程（chéng）度時，機床的成本會再次
開始上升。這時，刀具壽命將會縮短，導致機床（chuáng）成本的下（xià）降不（bú）足（zú）以彌補快速增加的加工成本和更換刀具所需的
停機時間。此外，在某些情況下，極高的切削速度和非常高的加工參數可能會增加（jiā）機（jī）床的維護成本，甚至導致
由於意外的機床故（gù）障而（ér）停機。

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         最佳參數

       采用更高（gāo）的切削速度可以提高生產速度，但也可能導致加工成本和機床成本一定程度的增加。相（xiàng）反，更低的切削速度可降低加工（gōng）成本和機床成本，但生產率通常會下降。

      平衡的方（fāng）法（fǎ）是適當（dāng）降低切削速度，同時相應地增大進給量和切削深度。采（cǎi）用盡可能大的切削深度可減少（shǎo）所需的走刀次數，並因此縮短了加工（gōng）時間。進給量也應最大化，盡管過大的進給量可能（néng）會影響工件質量和（hé）表麵粗糙度要（yào）求。某些情況下，在降低切削速度的（de）同時增大進給量和切削深度可以實現與單純提高切削速度（dù）一樣的金屬移除率水平。

      當達到穩（wěn）定（dìng）、可靠的（de）進給量和切（qiē）削深度組合時，可以使用切削速度對加工進行最終校準。目標是提高切（qiē）削速度（dù）以降低機（jī）床生產每個工件（jiàn）所需的成本，但加（jiā）快的刀（dāo）具（jù）磨損並不會過度增加刀具生產每個工件的成本。

        效率模型

      20世紀初，美國的機械工程（chéng）師（shī） F.W. Taylor 開發了一個用於確定刀具（jù）壽命的模型（xíng）。此模型顯示，對於給（gěi）定的切（qiē）
削深度和進給量組合，在特定的切削速度範圍內，刀具的損耗是安全（quán）、可預測（cè）、可（kě）控製的。在此（cǐ）範圍內工作時，可以量化切削速度、刀具磨損和刀具壽命之（zhī）間（jiān）的關係。此模型將成本效益和生產率結合在一起，清晰地勾勒出了在（zài）定義最佳（jiā）加工切削速度時的目標。

      當（dāng）切削速度較低時，切削刀具和機床成本之和可（kě）實現最高的（de）經濟性，但生產率會一定程度地下（xià）降。另一方（fāng）麵，較高的切削速度可以實現最高的生產率，但會降低經濟性。在最經濟的（de）切削速度和可實現最高生產率的（de）切削速度之（zhī）間，是高效 (HE) 切削速度。

      此外（wài），經（jīng）濟問題和技術問題有時會有交集。例如（rú），鈦合金韌性高但導熱性差，因此需要在較低（dī）的切削速度下加工，而較低的切削速（sù）度通常會降低加（jiā）工成本。在這種情況下，工件的特性本身就允許采用可在生產率和經濟性之間（jiān）取得平衡的加工參數（shù）。

       工藝穩定性至關重要

      要保持生產率和零件質量（liàng）並避免產生廢品，關鍵在於建立穩定的加工工藝。全局（jú）生產經濟性的實用定（dìng）義是“確保工藝的最（zuì）高安全性和可預測性，同時保持最高的生產率和最低的製造成本”。

      要建立穩定的工藝，需（xū）要創造一個盡可能好的生產環境。除了選擇現有（yǒu）的（de）最適合工件和加工的刀具材料（liào）、鍍層和槽型外，還必須考慮優化加工 CAM 程序、刀具夾持係統以及冷卻液應用。進行工藝整合時，也應當考慮工件（jiàn）搬運的自動化（例如托盤或機（jī）械化零件裝卸係統），原因在於搬運毛坯零件和成品零（líng）件存（cún）貨時（shí）可能會（huì）耗用大量的停（tíng）機時間。

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        其他問題

      除了長期的生產率和經濟（jì）性目標外，製造業越來越重視相對較新的（de）擔（dān）憂，例如環境問題。一種可實現生產（chǎn）經濟（jì）性的
平衡（héng）方法也有助（zhù）於解決這些問題。使用較低的切削速度時，隻需消耗較少的（de）能（néng）源即可切除工（gōng）件上的材料，而減小切削深度並增大進給量可進一步降低能耗。較低的切削速度可延（yán）長刀具壽命，降低刀具的磨耗，並減少處理和回收刀具的需要。由於更低的切削速度減（jiǎn）少了發熱量，因（yīn）此可以使用隻需極少冷卻液或者不（bú）使用任何冷卻液的加工方式。

       結論

      要采用全局生產經濟（jì）性策略，需要對加工環境進行整體分析並采用與很多現有的金屬切削方法相反的思維方式。然而（ér），一旦（dàn）將這些（xiē）概念付諸實施，不僅可以節（jiē）省成本、提高工件質量和實現更環保的生（shēng）產，同時還能夠在穩定、可靠（kào）的整體（tǐ）製造工（gōng）藝（yì）中保持生產率。