正确的CMM/EDM设置提高CPI应用水平

月亮公公 · 发表于 2012-11-4 19:59:33

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这是一个家族式的企业，共有60多名雇员和6套加工单元。这家具有ISO 9001标准资质的公司拥有约62000in2的（1in2=6.45×10-4m2，下同）现代化厂房，位于Ossian Industrial Park，距离印第安纳州Fort Wayne城南约15mile（1mile=1609.344m，下同）。
Roembke Mfg.制造公司的大部分模具，无论是无飞边转换模具、开口环模具、冷热转换罐、冷流道平板，还是带有阀门浇口的液态注塑模，其设计背后的驱动力在于精密的飞边控制。
按照执行副总裁Gregory J. Roembke先生的说法：“客户的要求是会变化的，包括从带有延伸飞边的零件到只有0.002in（1in=25.4mm，下同）延伸飞边的零件，前者的飞边易于去除，后者的飞边直接由模具形成（见图1）”。
“飞边控制对于零件的质量十分关键，特别是壁厚或边缘易于脆裂的零件，在强力去除飞边的过程中易于受损。经过飞边控制的零件可以在模压成型以后直接发运，节约了二次操作所需的时间和费用。”
在Roembke公司生产的模具中往往发现有很多内部形状复杂的模具，其对设计自由度的要求，如采用普通的加工工艺，即采用旋转式工具或工件的方式实际上是不可能达到这些要求的。
因此，EDM线切割机床和EDM沉模加工机床是该公司业务操作中不可缺少的加工设备。EDM机床加工每个模具的元件数量变化很大，因为每个模具的型腔可以从1~2500个。所使用的材料一般是440不锈钢，经热处理后达到58~60HRC。
八年前，该公司作出了一个决策，决定大部分EDM加工业务由公司内部完成，以便尽可能对整个加工工艺采取最精密的控制。从那候起，EDM就一直成为提高Roembke公司连续加工工艺水平（CPI）的主要手段。
EDM需要提高等级
最先出炉的EDM解决方案达不到Roembke先生所要求的生产效率，这是完全可能的。按照Roembke公司开发部主任Scott Shutt先生的说法：“当初我们在公司内开始从事EDM加工生产时，显然碰到了许多障碍。首先是EDM机床需配置固定的电磁卡盘。在操作过程中，电磁卡盘产生了热量，从而使介质液体温度升高，引起卡盘热膨胀，最终影响到零件和精密的公差尺寸（有些零件的公差尺寸保持在±0.0001的范围之内）”。
此外，很明显地发现整个工艺运动极为缓慢。Shutt先生经过观察以后说：“与机床相比，我们已经习惯于EDM机床的‘爬行’工作速度。实际上，烧蚀工艺是非常有效的，但是看到每次烧蚀前EDM缓慢地探寻每一工件位置的动作时，实在让人着急。”
速度缓慢的第二个因素是，在电磁卡盘延长零件的安装过程中，EDM机床处于空转的状态。这个过程包括排放介质液体、关闭电磁卡盘的开关、卸下加工好的工件、清洁电磁卡盘、安装新的一套工件、加满介质液体，再次打开电磁卡盘的开关。
按照Roembke先生的说法：“只要有可能，我们会千方百计地排除工艺中的一切浪费现象。在公司初期的EDM配置中，明显地存在着工时与动作的巨大浪费。我们决定应用自己的CPI工艺，看看是否能够做得更好。”
电磁卡盘的问题相对比较容易解决。按照Shutt先生的说法：“我们开始采用永久磁铁卡盘来代替电磁卡盘。我们发现，结实地固定于EDM机床上的磁铁托盘和接收系统能够达到80%的重复精度。这种设置为我们提供了一些优点。首先，我们解决了令人头疼的热膨胀公差问题。其次，现在的托盘可以任意搬移。这就是说，我们可以以脱机方式在托盘上安装工件（见图2）。这给CPI工作组提供了一个新的思路：如果工件的脱机安装能够与中心点的脱机数据采集结合起来，那么就没有任何东西可以阻止EDM机床的连续烧蚀加工，一个托盘接着一个托盘，不需要停下来检测确定位置。这样，我们就能达到所需的生产能力了。”

图2 采用脱机工作方法使Roembke公司的产品流量增加了7.5倍
CMM分离功能
需要有一台独立分离的测量机，专门用于工件中心点数据的采集，即一次性安装托盘，并且应能够与位置数据通信联络，将其反馈给EDM机床。
Shutt先生解释说：“当我们意识到一台坐标测量机（CMM）可以像EDM机床那样使用探头，而其动作的速度要比EDM机床快得多，而且编程也比较容易，此时我们的机会就到了。因为CMM和EDM均采用数控装置，我们认为让它们之间相互对话，传送位置数据应该是可行的。需要确信的是，我们能够让每一种机器以足够的精度和重复精度来分度同样的托盘。”
此后，Roembke先生向EDM制造商确认，他们的目标已经达到了。该概念的可行性得到确认以后，表明具有同样配置的其他厂家也获得了成功。现在，Roembke先生的任务就是要寻找合适的CMM坐标测量机。
车间需要一台CMM坐标测量机
在描述CMM坐标测量机采购策略的时候，Roembke公司的客户开发部副总裁Troy K. Smith先生解释说：“集中了这些问题，我们列出了一份清单：
（1）我们需要一台能够一周7天，每天24h在车间内工作的测量机，而不是在洁净室或实验室中使用的独立测量机；
（2）我们需要与此配套使用的软件；
（3）我们需要强大的产品技术支持。”
三丰公司的CMM坐标测量机在精度、速度和可靠性方面都具有显著的优势。此外，还带有标准零件程序，可以满足上述这些要求。中间连接的软件用于零件程序的转换，转换成EDM机床使用的语言。然而，采用中间连接软件会造成编程冗长的问题，但Roembke公司在标准零件程序中编写一个子程序以后解决了这个问题，使它能够直接与EDM机床通信联络（见图3）。

图3 从CMM（坐标测量机）到EDM（放电加工机床）或激光切割机，其托盘的精度始终保持在0.00008范围之内
下一步提高生产率的方法是，将标准的零件程序转换到图像驱动的CMM坐标测量机软件中，它可以直接与普通CAD格式的接口连接，如ACIS、CATIA、ProEngineer、SDRC和Unigraphics等格式的软件。
其目的是为了利用CAD工具，将CAD编程软件中开发的3D模型直接拉入到CMM坐标测量机程序之中。这样可以减少编程时间，降低错误几率。
完成这项任务后，Roembke公司提出了一些理由，CMM坐标测量机将显示出其超越EDM设置的优点，同时也为它们的激光切割机和硬态铣削加工机床提供中心点数据。这种方法说明，CMM坐标测量机可以很容易地连接到第一批零件的检查和工艺过程的检查之中，以及通过热处理和镀铬后的最后检验。从而可节约大量的时间，同时也有利于提高工艺水平和客户的文件处理。
Shutt先生表示：“由于CMM坐标测量机以多种方式应用，因此使其成为了最忙碌的测量机，于是我们将其从EDM车间搬移到了另一个加工车间，同时又购置了一台工作速度更快的新型三丰CMM坐标测量机，专门用于EDM操作。”
然后，确定配置一个具有必要功能的软件包，它将3D测量技术和CAD/CAM技术完美地结合在一起，为全球CMM用户和第一次使用CMM的操作人员提供了最佳的CMM测量技术。
Shutt先生说：“这种新的软件包确实非常直观，我们很快就能熟练地使用这种软件，对于多功能CMM的应用，我们的目标是希望其具有十分漂亮和挑战性的编程功能。供货商的技术支持人员随时准备帮助和提供先进的技术培训。”
Shutt先生对目前因CMM/EDM调试设置而获得的生产率提高进行了量化说明。他说：“作为一个典型的实例，当采用EDM机上的探针采集中心数据时，采集50个模具插件的中心数据需要花费2.5h，而采用CMM坐标测量机以后，只需要花费20min。”
EDM加工车间内的设备配置
目前，Roembke Mfg. & Design公司EDM车间内包括：一台配有MH8 Renishaw接触式探针的三丰Apex Crysta 544型测量机，采用MCOSMOS软件为一套自动化加工单元提供服务和两台人工操作的三菱EX22 EDM机床和一台DMG激光切割加工机；一套夜间无灯光作业的自动化加工单元，由加工电极用的Roku-Roku高速石墨/硬态铣削加工机床组成；一套3R Workmaster系统传输机器人，其臂端配有夹爪；一台三菱滑枕式AE12E EDM机床；供料时间可达20h的圆盘式供料装置：石墨毛坯、成品电极、采用手工安装的工件毛坯安装托盘（带有CMM机“预装”的定心顶尖）。
CMM坐标测量机的保养
CMM坐标测量机的结构与普通机床大不相同，因此其维护的要求也很不一样。下面是维护保养CMM坐标测量机的注意事项，有助于延长CMM机使用寿命和提高工作性能：
（1）在供气管线与CMM坐标测量机之间安装带有预过滤器的空气干燥装置；
（2）CMM坐标测量机应采用与地面绝缘的专用供电线缆，并采用电涌保护装置，以免产生电火花；
（3）CMM坐标测量机应安装在一个通风的位置；
（4）CMM坐标测量机周围的工作环境应尽可能保持整洁；
（5）应保持CMM坐标测量机清洁干净，必要时采用变性酒精擦拭；
（6）必要时打开CMM坐标测量机的导轨，检查确保其内部线路和其他元件的干净和安全；
（7）聘请有资质的工厂现场服务工程师对CMM机进行定期校验。
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