如何实现无人化生产的加工质量
尤其是较小的加工车间往往更需要考虑机床究竟应该达到什么样的自动化水平等问题。正由于这一原因，这些加工车间总是采取逐步提高车间自动化水平的方式。
对于小型和大型生产厂而言，采用成套的自动化加工设备既可以降低生产成本，同时又可以提高生产效率、生产灵活性和产品质量。尤其是较小的加工车间往往更需要考虑机床究竟应该达到什么样的自动化水平等问题。正由于这一原因，这些加工车间总是采取逐步提高车间自动化水平的方式。位于伊利诺斯州Naperville市的Pfeifer Industries公司为同行业提供了针对解决该问题的一个极好案例。这家两个人操作的车间在开业时只有一台车铣加工机床，采用龙门式机械手上料，不久以后该车间开始采用自动化操作和零件随机测量。这样做的结果，不但提高了机床的生产效率，而且实现了夜间无人作业，保证了在无人化生产中零件的加工质量(图1)。
图1 Pfeifer Industries公司在一个灯光明亮、清洁干
净的车间内操作，但只有两名雇员。像其他小型车间那
样，该公司采用循序渐进的方式，逐步实现了自动化生产
Pfeifer工业公司专门从事机械动力传动元件的加工。2004年，公司发生重大变革，后由公司的Brian Nass先生和该家族的一位朋友Jim Donovan先生决定买下这家车间。Nass先生在生产业务方面具有必要的管理经验和加工知识，另一方面，Donovan先生具有前台操作的经验，如账目管理和工程设计等，他们在Pfeifer工业公司共同奋斗了15年以上的时间。
Donovan先生说：“我知道取得成功的关键在于使车间不断地发展壮大，尽可能快速地提高机床的运行效率。作为一个精益生产车间和经销公司，Brian先生和我承担了经营Pfeifer Industries公司所必须承担的各种头衔。”
最初，新的业主只能在现有的技术和设备基础上发展这家公司。然而不久以后，为了满足客户的需求，生产工艺设备显然需要大规模整修。他们加工的工件品种繁多，生产批量小，车间需要加速工件的调试装卡时间和提高生产效率。
该车间有两条平行的生产线，用于不同工件的加工，如有来自一家赛车生产商客户的零件和来自一家工业客户的1000个批量生产零件。过去，每当Nass先生在一条生产线上从事生产工作时，另一位操作人员总是无事可做。为了寻求更有效的解决方案，该车间又投资购置了一台森精机公司的NL2000型SMC车削加工中心，并配置了龙门式上料装置。这样，通过该上料装置就实现了零件的自动化加工，大幅度降低了操作员对机床的人工干预，使Nass先生能够同时管理两条生产线。
Pfeifer公司在使用新的机床以后节约了不少时间，现以某一工件的加工为例加以说明：这是一个用12L 14碳钢制成的计时皮带轮。以前的工艺是首先车削加工零件的一端，然后用手工将其卸下，重新装卡后再车削加工另一端，再将该工件送到加工中心上进行铣削和钻削加工。总之，该工件车削加工的时间需要3.25min，然后再铣削加工4.13min的时间。
然而，在采用NL2000机床的副轴和内置铣削加工电机以后，现在车间可在5.33min的时间内完成全部零件的加工，加工周期缩短了约28%。此外，由于机床可自动地从龙门式上料机上拉送预先切割好的棒料，因此Nass先生现在每小时只需花费10min的时间站在车削加工中心前工作，与以前的工艺相比，节约了很多时间，以前该设备一直需要有人照看。这使他有更多的时间照看其他工作站的加工情况。
在新机床获得成功的尝试后，Pfeifer公司为了更好地满足客户的要求，又进一步提高了机床的自动化水平。Donovan先生说：“除了加工正时皮带轮以外，我们的许多客户找上门来，要求我们为他们加工高精度的复杂零件，过去他们将这类零件外包给其他厂商加工。我们希望充分发挥森精机机床提供给我们的优势，也可满足他们的需求，同时，我们仍然能够生产我们的支柱零件产品。”
公司还在夜间和周末实行了无人化生产方式。然而，在夜间无灯光作业过程中，因没有一种手段可以监控零件的加工质量，刀具的磨损会使工件的加工精度公差超过规定的0.0004in（1in=25.4mm）。为解决这一问题，Pfeifer公司又一次找到了森精机公司，并成为第一家采用制造商液压监控测量系统的美国公司。
该测量装置的工作原理类似于一个气体压力计，但采用高压冷却液代替气体。安装在机床转塔上的一个插头，可插入到一个零件之中，高压冷却液在压力挤压下通过零件和插头之间的微小缝隙。机床上的软件能根据测量所得的冷却液流阻力，计算出零件的尺寸。按照该工厂的说法，零件的测量只需3s，其测量的重复精度可达0.000077in（图2）。
图2 安装在机床上的液压测试系统可通过测量冷却液流
的阻力计算出零件的尺寸。按照该生产厂的说法，该装
置为工艺稳定性做出了巨大贡献，因为它可以通过编程，
调节刀具的偏差或再次切削，保证零件按照规格要求加工
据说在夜间无灯光作业条件下，该测量系统的工作效果很好。其原因很简单：如果孔径尺寸或零件的外径偏离了预定的公差精度，该系统就会自动地通过调节偏置量或选择一把新的刀具，使其保持和达到所要求的精度水平。它也可以通过编程，再次切削加工零件，管理统计质量控制（SQC）和按照规定的间隔时间测量零件。
Donovan先生说，由快速更换的工具毛坯件加工，廉价的量规对Pfeifer公司特别有用。“我们可以非常容易地用量规测量我们每一个零件的尺寸，批量之间的变换与更换刀具和运行校正程序一样简单。而最重要的是，在夜间无灯光作业时，我不必担心价值12 000美元的接触式探针会发生断裂。”
除了加工周期缩短之外，龙门式上料装置和液压测量系统的组合使用，使Pfeifer公司的潜在加工时间增加了一倍以上。该车间现在每天可以稳定地加工生产252个零件，而过去每天只能生产87个零件。正如大多数生产厂那样，固定成本弥补了Pfeifer公司的绝大部分总体成本，其近乎增加三倍的生产率使该公司的那些固定成本分散到大量的零件之中(图3)。因此其实际取得的成果是，每个零件的生产成本约降低了70%以上。
图3 Pfeifer公司专门从事机械动力传动系元件的加工，详见图中
所示的零件。该车间配有新型龙门式上料装置的车削加工中心和
液压测量系统，使其零件的生产能力从每天加工87个增加到252个
Donovan先生说：“采用新的系统以后，我们所面临的最大挑战是，如何使我们的传送机处于满负荷的状态。这是一个极有发展前途的地方。”
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