加工の成功には生産的なバランスが必要です

はじめに

多種多様な被削材から多種多様な部品を製造する際に、メーカーはさまざまな機械加工プロセスを利用しています。とにかく、すべてのメーカーの共通の目標は、指定された時間と適切なコストで、望ましい品質の特定の数のワークピースを作成することです。

多くのメーカーは、ツールの選択と適用から始まり、事後対応ベースで問題を解決するという狭い視点のモデルに従うことで、その目標を達成しています。ただし、そのアプローチを逆にすると、コストを削減し、効率を高めることができます。問題が発生するのを待ってから個々の機械加工操作を調整するのではなく、メーカーはまず、不良部品や計画外のダウンタイムを排除することを目的とした事前計画に焦点を当てる必要があります。安定した信頼できるプロセスが確立された後、生産経済学の概念を適用することで、製造業者は生産率と製造コストのバランスを見つけることができます。次に、安全で経済的に強力な操作を基盤として、製造業者は機械加工プロセスを完全に最適化する工具と切削条件を選択できます。

生産経済学

金属切削を最適化するための手順を実行する前に、欠陥のある部品や計画外のダウンタイムを除いて、プロセスが安全で信頼できることが不可欠です。プロセスのセキュリティを実現するには、安定した実稼働環境を構築する必要があります。メーカーが分析しなければならない分野には、工作機械のメンテナンス、CAMプログラミング、工具保持システム、クーラントアプリケーションなどがあります。パレットやロボット部品のロード/アンロードシステムなどの作業処理の自動化も、評価の一部になる可能性があります。

生産経済学の芸術と科学は、最高の生産性と最低の生産コストを維持しながら、製造プロセスの最大のセキュリティと予測可能性を保証することに焦点を当てています。金属の切断プロセスと環境が安全で予測可能である場合、生産の経済性は2次元の追求になります。つまり、製造業者の特定の状況に適した生産量と製造コストのバランスを見つけることです。たとえば、単純な部品の大量生産では、最小限のコストで生産量を最大化することが主な考慮事項になる場合があります。一方、貴重な複雑な部品の大量混合、少量生産では、製造コストに対処する前に、全体的な信頼性と精度に重点を置く必要があります。

マイクロとマクロ

金属切削出力を最大化するための従来のアプローチには、個々の操作における個々のツールの最適化に基づく狭視野のマイクロモデルが含まれます。一方、マクロモデルは、より広い視点から製造プロセスを検討します。これらのモデルは、特定のワークピースを作成するために必要な床から床までの合計時間に重点を置いています。

ミクロ経済モデルとマクロ経済モデルの関係は、絵画を作成する際のアーティストの視点と比較できます。マイクロモデルは、アーティストが個々のブラシストロークに集中するのと同じように、個々の詳細に集中します。マクロモデルは、絵画全体を表示する場合と同様に、ステップバックして部品製造プロセス全体を表示します。細部への注意が必要であることは明らかですが、努力の全体的な目的を無視するという犠牲を払うことはありません。

隠れたコスト

詳細への過度の固定は、プロセスの最終結果から注意をそらす可能性があります。たとえば、セットアップとインデックス作成に10分を追加する追加のツールを使用して、切断時間を10秒短縮することは不利です。同様に、顧客の要求を超える製品品質を達成するために取り組むことは、コストと生産時間を増加させます。ほぼ真剣に、「機能的に許容できる最悪のワークピースを製造するのに、どれくらいの時間がかかり、どれくらいの費用がかかるのか」と尋ねることができます。

運用コスト

機械加工コストのモデルは、ミクロおよびマクロの視点を表すこともできます。マイクロモデルは、切削条件を切削コストに直接結び付けて、狭い視点から切削プロセスを検討します。マクロ経済モデルは、より広い視点から機能し、特定のワークピースを作成するために必要な全体的な時間を強調します。

メーカーは、ある期間にわたって完成したワークピースから、操作を完了するのに必要な合計時間まで、さまざまな方法で生産率を測定します。ワークピースの形状要件と材料特性、施設全体の製品フロー、人員の投入、メンテナンス、周辺機器と環境、リサイクル、安全性の問題など、多くの要因が生産率に影響を与えます。

製造コストのいくつかの要素は固定されています。ワークピースの複雑さと材料は、一般に、部品を作成するために必要な機械加工操作のタイプと数を決定します。施設の工作機械の取得と保守のコストとそれらを実行するための電力は、基本的に固定費です。人件費はやや柔軟ですが、少なくとも短期的には効果的に固定されます。これらのコストは、機械加工されたコンポーネントの販売からの収益で相殺する必要があります。生産率（ワークピースが完成品に変換される速度）を上げると、固定費を相殺できます。

個別の最適化

プロセスの全体的な生産性とコスト効率の全体像がマクロベースでバランスが取れて最適化された後、メーカーは個々の操作を注意深く最適化することでさらなる改善を達成できます。切削条件、つまり切削深さ、送り速度、切削速度は、生産性とコストのバランスをとる上で重要な役割を果たします。 3つのうちのいずれかまたはすべてが加工時間の短縮に貢献できますが、プロセスの信頼性に対するそれぞれの影響は大きく異なります。切削深さは基本的に工具寿命に影響を与えません。送り速度は工具寿命にわずかに影響します。ただし、切削速度が工具寿命と切削プロセスの信頼性に与える影響は重要です。

多くの店長は、切削速度を上げるだけで一定期間あたりの部品数が増え、それによって製造コストが削減されると考えています。通常、それは真実ですが、トレードオフが関係しています。一般に、操作の実行速度が速いほど、安定性が低下します。高速は、ツールとワークピースの両方に影響を与えるより多くの熱を生成します。工具の摩耗はより速く発生し、予測が難しくなります。工具の摩耗や振動により、部品の寸法が変化し、表面仕上げが低下する可能性があります。

工具が破損し、ワークピースを傷つける可能性があります。さらに、信頼性の外側の境界で動作するプロセスは、通常、意図しないまたは半傾向で実行することができず、潜在的な労力の節約の源を排除します。非常に高い切削速度と積極的な加工パラメータにより、機械のメンテナンスコストが増加し、機械の故障によるダウンタイムが発生する可能性があります。

これらの問題を認識して、アメリカの機械エンジニアF.W.テイラーは20 ^番目の の初めに 世紀、工具寿命を決定するためのモデルを開発しました。このモデルは、切削深さと送りの特定の組み合わせに対して、工具の劣化が安全で予測可能で制御可能な切削速度の特定のウィンドウがあることを示しています。テイラーのモデルにより、切削速度、工具摩耗、工具寿命の関係を定量化し、コスト効率と生産性のバランスを取り、操作に最適な切削速度を明確に把握できます。

一般に、メーカーは、工具のクランプ、ワークの固定、工作機械の安定性、および工作機械の能力に応じて、各操作で可能な最大の切込み深さと最大の送り速度を選択する必要があります。切りくずの形成と排出、振動、ワークピースの変形に関して、操作上の安全性も考慮する必要があります。バランスの取れたアプローチでは、送り速度と切削深さの比例的な増加に合わせて切削速度を下げます。可能な限り最大の切削深さを利用することで、必要な切削パスの数が減り、それによって加工時間が短縮されます。ワークピースの品質と表面仕上げの要件は、過度の送り速度によって影響を受ける可能性がありますが、送り速度も最大化する必要があります。ほとんどの場合、切削速度を維持または低下させながら送り速度と切削深さを増やすと、より高い切削速度だけで達成されるのと同じ金属除去率が得られます。

製造コストは、工具コストと機械コストの合計です。切削速度を上げると、加工時間が短くなり、機械加工コストが削減されます。ただし、ある時点から、工具の寿命が短くなると、機械のコストの節約を超えるのに十分な工具のコストと工具の交換時間が増えるため、全体的なコストが上昇します。

送り速度と切込みの深さの安定した信頼できる組み合わせに達したとき、切削速度を使用して操作の最終キャリブレーションを行うことができます。目標は、より高速な切削速度で、機械の時間コストを削減しますが、工具の摩耗を加速することで切削工具のコストを過度に上昇させることはありません。

非切断の問題

環境と安全の問題は、生産経済学においてますます重要な要素を表しています。メーカーはエネルギーを節約するよう圧力をかけられています。クーラントと切削油の使用と廃棄はますます規制され、費用がかかります。切削条件へのバランスの取れたアプローチは、メーカーがこれらおよび同様の懸念に対処するのに役立ちます。切削速度を遅くし、送り速度を上げ、切削深さを浅くすると、金属を除去するために必要なエネルギー量が減少します。バランスの取れた状態は、工具の寿命を延ばし、工具の消費と廃棄の問題を減らします。エネルギー消費量が少ないと、発熱が少なくなり、クーラントを最小限またはゼロに加工する機会が得られます。

結論

生産経済学の概念を採用するには、機械加工環境の全体的な分析を行い、多くの確立された金属切削慣行に反する考え方を受け入れる必要があります。しかし、推奨される戦略を実行することで、コスト削減とワークピースの品質を向上させ、より環境に優しい生産を可能にすると同時に、安定した信頼性の高い製造プロセス全体で生産性と収益性を維持できます。

施設全体の視点

マクロの観点から機械加工プロセスを表示することの利点は、個々の金属切削操作にとどまりません。広い視野では、生産のすべてのステップの相互関係を考慮しています。簡略化された例には、コンポーネントを製造するために一連で使用される2つの工作機械が含まれます。工作機械Aがその出力を高めるように最適化されているが、機械Bの結果を改善できない場合、最初の機械の部品は半製品の在庫として2番目の機械を待機し、コストが増加します。この場合、最初のマシンで（出力ではなく）切削コストを最適化するだけで、出力を維持しながら全体的な加工コストを下げることができます。

一方、マシンBがマシンAからの部品を処理するためにアイドル状態で待機している状況では、最初のマシンの出力を増やすと、合計出力が増加します。ショップの生産フローがライン、バッチ、またはパラレルシーケンスのいずれで編成されているかによって大きく異なります。

工作機械の取得コストは、メーカーのビジネス全体と比較して評価することもできます。典型的な状況では、1週間に40時間フル稼働するフライス盤を稼働させ、より高価で、より洗練された、より高速な機械に交換することを決定するショップがあります。ただし、新しいマシンが稼働しているときは、アイドル状態にある時間の半分を費やします。

このショップは、新しいマシンをビジー状態に保ち、それに投資することを正当化するために、より多くの作業を見つけるという課題と費用に直面しています。さらに、新しいマシンの機能を最大限に活用する作業は、ショップの他の業務や市場にうまく適合しない可能性があります。より良い方法は、最初に全体像を調べて、新しいマシンのより大きな出力から何が生じるかを予測することでした。より安価で高度でない機械は、現在および予想される部品要件と生産量によりよく一致する可能性があります。古いマシンと組み合わせると、より慎重に選択された工作機械は、スケジュールされた、またはスケジュールされていないマシンのダウンタイムを処理するための拡張された柔軟性と冗長性を提供することもできます。

プロセスの最適化を包括的に把握することには、非常に基本的で単純なアクションと分析も含まれます。使用されているツールを調べることで、ワークショップで何が起こっているかを幅広く把握できます。たとえば、ショップが一般に長さ12 mmの刃先を持つインサートを使用しているが、工具の摩耗パターンが2 mmまたは2½mmにしか達しない場合、ショップはおそらく、彼らが行うには大きすぎるインサートを使用しています。刃先が6mmの工具で十分であり、刃先が6mmの工具は刃先が12mmの工具よりも大幅に安価です。このような単純な観察により、生産性に影響を与えることなく、ツールのコストを50％削減できます。

以前はSecoTools.comで紹介されていました。