การเพิ่มประสิทธิภาพเครื่องจักร CNC: เวลา ต้นทุน และการควบคุมเครื่องมือ

ในด้านการผลิตที่มีความแม่นยำสูง ความสามารถในการปรับพารามิเตอร์การตัดเฉือนให้เหมาะสมที่สุดถือเป็นปัจจัยสำคัญต่อความสำเร็จในการดำเนินงาน ความเข้าใจและการประยุกต์ใช้หลักการเศรษฐศาสตร์การตัดเฉือนสามารถนำไปสู่การลดต้นทุนและเวลาการผลิตได้อย่างมีนัยสำคัญ ขณะเดียวกันก็ช่วยปรับปรุงการใช้เครื่องมือและผลผลิตทางการผลิต

บทความนี้จะสำรวจกรอบการทำงานที่ครอบคลุมสำหรับการเพิ่มประสิทธิภาพกระบวนการตัดเฉือน ตั้งแต่การเลือกวัสดุเริ่มต้น ไปจนถึงการปรับอัตราป้อน และการสร้างแบบจำลองต้นทุน แต่ละขั้นตอนล้วนมีส่วนช่วยในการลดต้นทุนหรือเพิ่มอัตราการผลิตให้สูงสุด วัตถุประสงค์คือเพื่อให้วิศวกร นักวางแผนการผลิต และช่างเครื่องมีกลยุทธ์เชิงปฏิบัติที่อิงจากข้อมูลและข้อจำกัดด้านการผลิตในโลกแห่งความเป็นจริง

1.0บทนำสู่เศรษฐศาสตร์การกลึง

2.0การเลือกหุ้น: หุ้นรูปทรงใกล้เคียงสุทธิ เทียบกับ หุ้นรูปทรงสี่เหลี่ยมผืนผ้ามาตรฐาน

ก่อนที่จะเริ่มดำเนินการงานกลึงใดๆ การเลือกวัตถุดิบจะส่งผลอย่างมากต่อทั้งต้นทุนและเวลา

2.1หุ้นรูปร่างใกล้เคียงสุทธิ

รูปทรงใกล้เคียงสุทธิหมายถึงวัสดุที่มีลักษณะใกล้เคียงกับรูปทรงเรขาคณิตขั้นสุดท้ายของชิ้นส่วน

• ข้อดี:
  • ลดเวลาการทำงานเครื่องจักรได้อย่างมาก
  • สร้างเศษวัสดุน้อยลง
  • ต้องใช้การผ่านและเครื่องมือน้อยลง
• ข้อเสีย:
  • โดยทั่วไปจะมีต้นทุนสูงกว่าเนื่องจากการหล่อหรือการขึ้นรูปที่กำหนดเอง
  • อาจมีระยะเวลานำส่งที่นานกว่า

ตัวเลือกนี้เหมาะอย่างยิ่งเมื่อเวลาในการทำงานมีความสำคัญหรือเมื่อทำงานกับวัสดุที่มีราคาแพงหรือตัดเฉือนได้ยาก (เช่น โลหะผสมไททาเนียม)

2.2สต็อกสี่เหลี่ยมผืนผ้า (เช่น บล็อกฐานแม่พิมพ์)

วัตถุดิบทรงสี่เหลี่ยมผืนผ้าเป็นวัสดุที่นิยมใช้ในงานตัดทั่วไป ซึ่งมีข้อดีทั้งด้านต้นทุนและความพร้อมใช้งาน

• ข้อดี:
  • มีจำหน่ายทั่วไปและมีต้นทุนค่อนข้างต่ำ
  • ขนาดและความคลาดเคลื่อนมาตรฐาน
• ข้อเสีย:
  • ต้องมีการกำจัดวัสดุมากขึ้น
  • เพิ่มการสึกหรอของเครื่องมือและเวลาในการตัดเฉือน

กลยุทธ์หลัก:ควรเลือกขนาดสต๊อกที่เล็กที่สุดที่สามารถรองรับชิ้นส่วนสุดท้ายได้อย่างปลอดภัย สต๊อกที่ใหญ่เกินไปจะเพิ่มขยะและการใช้พลังงานโดยไม่เพิ่มมูลค่า

3.0การวางแผนการดำเนินงานและการเลือกเครื่องมือ

4.0การเพิ่มประสิทธิภาพอัตราป้อน: การกัดหยาบเทียบกับการกัดละเอียด

อัตราการป้อนส่งผลโดยตรงต่อ MRR คุณภาพพื้นผิว อายุการใช้งานของเครื่องมือ และแรงตัด

4.1การดำเนินการเสร็จสิ้น

• อัตราการป้อนที่สูงขึ้น เพิ่มผลผลิตแต่ลดคุณภาพพื้นผิว
• อัตราการป้อนที่เหมาะสมคือ ค่าสูงสุด ที่ยังคงเป็นไปตามข้อกำหนดด้านคุณภาพพื้นผิวซึ่งขึ้นอยู่กับ:
  • ความคลาดเคลื่อนในการทำงาน
  • มาตรฐานด้านความงามหรือเครื่องสำอาง
  • เกณฑ์ความพอดีและการประกอบ
  • การดำเนินการหลังการประมวลผล เช่น การขัดหรือการเคลือบ

4.2การดำเนินการแบบหยาบ

งานตกแต่งพื้นผิวมีความสำคัญน้อยกว่า เนื่องจากจะมีการเคลือบผิวตามมา จุดเน้นในที่นี้คือการเพิ่ม MRR สูงสุดผ่าน:

• ความเร็วในการตัดที่สูงขึ้น (V)

• อัตราป้อนที่สูงขึ้น (f)

อย่างไรก็ตาม การเพิ่ม V และ f ยังทำให้อุณหภูมิของเครื่องมือสูงขึ้นด้วย ซึ่งส่งผลต่อการสึกหรอและอายุการใช้งานของเครื่องมือ

• ความเร็วในการตัดเพิ่มความเร็วของชิป

• อัตราการป้อนเพิ่มพื้นที่หน้าตัดของชิป

4.3การพิจารณาแรงและกำลังของเครื่องมือ

• แรงตัดคือ เป็นสัดส่วนกับอัตราการป้อน

• แรงที่สูงขึ้นต้องใช้:

  • พลังเครื่องจักรที่มากขึ้น

  • เครื่องมือที่ได้รับการจัดอันดับสำหรับการรับน้ำหนักการตัดที่สูงขึ้น

แนวทางการเพิ่มประสิทธิภาพ:อัตราป้อนหยาบที่เหมาะสมคือค่าสูงสุดที่เป็นไปตาม:

• การ ความจุกำลังของเครื่องจักร
• การ ขีดจำกัดแรงตัดสูงสุดของเครื่องมือ (ตามที่ผู้ผลิตกำหนด)

5.0การสร้างแบบจำลองต้นทุนการผลิตในการผลิตแบบแบตช์

6.0การสึกหรอของเครื่องมือและสมการอายุการใช้งานเครื่องมือของเทย์เลอร์

การสึกหรอของเครื่องมือต้องถูกจำลองเพื่อปรับพารามิเตอร์การตัดให้เหมาะสมที่สุดอย่างแม่นยำ สมการอายุการใช้งานเครื่องมือของเทย์เลอร์ที่ใช้กันอย่างแพร่หลายคือ:

$$
V \cdot T^n = C
$$

ที่ไหน:

• $วี$: ความเร็วในการตัด
• $ที$: อายุการใช้งานของเครื่องมือ
• $น,ซี$:ค่าคงที่เชิงประจักษ์ที่อิงตามการรวมวัสดุเครื่องมือและชิ้นงาน

การแก้ปัญหาอายุการใช้งานของเครื่องมือ:

$$
T = \left( \frac{C}{V} \right)^{1/n}
$$

การทดแทนลงในรูปแบบต้นทุน:

$$
C_{pr}(V) = t_l \cdot M + t_m \cdot M + \frac{C_t \cdot t_m}{T} + \frac{t_c \cdot M \cdot t_m}{T}
$$

นี่จะกำหนดต้นทุนต่อชิ้นส่วนเป็นฟังก์ชันของความเร็วในการตัด $วี$.

7.0การเพิ่มประสิทธิภาพความเร็วในการตัด

7.1ความเร็วที่เหมาะสมที่สุดสำหรับต้นทุนขั้นต่ำ

เพื่อลดต้นทุนต่อหน่วยให้เหลือน้อยที่สุด ให้แยกฟังก์ชันต้นทุนตามความเร็วในการตัด $วี$ และตั้งค่าอนุพันธ์เป็นศูนย์:

$$
\frac{d C_{pr}(V)}{dV} = 0
$$

การแก้ปัญหานี้จะทำให้ได้ความเร็วในการตัดที่เหมาะสมที่สุดด้วยต้นทุนขั้นต่ำ ซึ่งแสดงดังนี้:

$$
V_{opt}^{(ต้นทุน)}
$$

โดยทั่วไปแล้วจะต่ำกว่าความเร็วที่ลดเวลาในการผลิต เนื่องมาจากอายุการใช้งานของเครื่องมือที่ยาวนานขึ้นเมื่อใช้ความเร็วที่ต่ำกว่า

7.2ความเร็วที่เหมาะสมที่สุดสำหรับอัตราการผลิตสูงสุด

เวลาเฉลี่ยต่อชิ้นส่วนถูกจำลองดังนี้:

$$
T_{ค่าเฉลี่ย}(V) = t_l + t_m + \frac{t_c \cdot t_m}{T}
$$

การทดแทนสำหรับ $ที$, การแสดงออกกลายเป็นฟังก์ชันของ $วี$. เพื่อลดเวลา:

$$
\frac{d T_{avg}(V)}{dV} = 0
$$

การแก้ปัญหานี้จะทำให้ได้ความเร็วที่เหมาะสมที่สุดสำหรับเวลาที่น้อยที่สุด:

$$
V_{opt}^{(เวลา)}
$$

โดยทั่วไป,

$$
V_{opt}^{(เวลา)} > V_{opt}^{(ต้นทุน)}
$$

เนื่องจากความเร็วที่สูงขึ้นจะทำให้ระยะเวลาในการทำงานสั้นลงแต่การใช้เครื่องมือจะเพิ่มขึ้น

8.0บทสรุปและแนวทางปฏิบัติ

ประเด็นสำคัญ:

• การเลือกใช้วัสดุ:ใช้รูปทรงที่ใกล้เคียงสุทธิเพื่อลดเวลาในการตัดเฉือนเมื่อต้นทุนเอื้ออำนวย มิฉะนั้น ให้ปรับขนาดสต็อกมาตรฐานให้เหมาะสมเพื่อลดของเสียให้น้อยที่สุด
• กลยุทธ์เครื่องมือ:แบ่งส่วนชิ้นส่วนตามขนาดคุณลักษณะและใช้เครื่องมือที่ใหญ่ที่สุดที่อนุญาตในแต่ละภูมิภาคเพื่อเพิ่ม MRR ให้สูงสุด
• การปรับอัตราฟีด:
  • สำหรับการตกแต่ง: ตั้งค่าการป้อนสูงสุดที่ตรงตามคุณภาพพื้นผิว
  • สำหรับการกัดหยาบ: ดันฟีดให้ถึงขีดจำกัดของกำลังเครื่องจักรและความสามารถของเครื่องมือ
• การเพิ่มประสิทธิภาพความเร็วในการตัด:
  • ใช้สมการของเทย์เลอร์เพื่อสร้างแบบจำลองการสึกหรอของเครื่องมือ
  • เพิ่มประสิทธิภาพความเร็วตามเป้าหมายของคุณ: ต้นทุนที่ต่ำลงเทียบกับปริมาณงานที่เร็วขึ้น
• เศรษฐศาสตร์การผลิตแบบแบตช์:
  • คำนึงถึงเวลาในการเปลี่ยนเครื่องมือ ต้นทุนเครื่องมือ และการดำเนินการที่ไม่ก่อให้เกิดผลผลิต
  • ใช้โมเดลต้นทุนเพื่อเลือกความเร็วในการตัดที่สมดุลกับประสิทธิภาพในระยะยาว

9.0ความคิดปิดท้าย

เศรษฐศาสตร์การตัดเฉือนนำเสนอวิธีการเชิงปริมาณที่มีโครงสร้างเพื่อพัฒนาการตัดสินใจในสภาพแวดล้อมการตัดเฉือนแบบ CNC และแบบแมนนวล ไม่ว่าเป้าหมายของคุณคือการเป็นผู้นำด้านต้นทุนหรือการผลิตความเร็วสูง การนำหลักการเหล่านี้มาผสานเข้ากับการเขียนโปรแกรม CAM การเลือกเครื่องมือ และการวางแผนกระบวนการ จะช่วยผลักดันให้เกิดประสิทธิภาพและผลกำไรที่วัดผลได้