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模具加工车间自动化
发表时间:2009-06-23 08:14:56; 来源:
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这个车间每周7天昼夜生产模具，大部分时间无人值守。 过去12个月里，美国已有许多模具工厂倒闭，数量之多令人瞠目，据一位工业观察员的非正式统计，仅芝加哥地区就有近百家工厂停业。制造业在“9.11”之后暴跌曾经，并继续是一个影响因素，但是根本原因在于越来越多的模具加工正转向价格较低的国外，尤其是中国。 美国模具加工业怎样才能与低成本的海外厂商竞争？北卡罗来纳州Winston-Salem的一家新公司Stolle Technology公司正在以自动化为手段赢得市场，公司有20名员工，去年实现了38%的销售增长，预计今年会增加20%。公司只运行一个“有人值守”的班次，自动化使得机床能够连续运转: 每周7天，昼夜不停。从而实现低成本、高质量和非常有竞争力的交付时间。
公司总裁曼弗雷德?斯托勒先生在德国和加拿大的几家模具厂学过模具制造，然后在北卡罗来纳州一家公司任职并与妻子芭芭拉相识。当时芭芭拉是Sara Lee高级管理人员。婚后不久他们决定自己开一个模具厂，以曼弗雷德的模具制造经验和芭芭拉的财务管理才华，珠联璧合定能成功。于是，这对夫妇从一台铣床、一台磨床和一台EDM起家，在Winston-Salem开起一个2,000平方英尺的工厂。 斯托勒的工厂生意兴隆，规模翻了一番，扩大到4,000平方英尺，还增加了两台Charmilles EDM线切割机（Robofill 290 AWT和Robofill 290 AWT P）以及两台Charmilles Roboform 35 CNC机床。谈到精心选择的EDM机床，斯托勒解释道：“我们制造的模具需要对小半径转角、深槽及其它无法用小规格端铣刀铣削的类似特征进行大量的放电加工。” 随着Stolle Technology公司的发展，斯托勒夫妇在思考公司的未来发展目标。“我们在全球市场上竞争，对手是劳动成本低得多的国家。为了竞争，我们必须尽量“挤干”工件中的劳动力成本，那么唯一的途径是自动化。”斯托勒先生说。 他还说: “我们一度试图走老路子: 提高产量 ― 增加一个班次。然而增加班次不仅需要增加人数，而且需要合适的人手，因为他们要在指导较少的条件下工作。9个月后，我们放弃了增加轮班的打算并开始进行运作自动化。” 4年以后，Stolle Technology公司需要更大的厂房，选中在Winston-Salem的一个空闲的轮胎仓库，这个仓库面积18,000平方英尺，距原来的地方大约5英里，经过改造，公司乔迁新址。 对Stolle Technology公司来说，自动化意味着采取必要的措施，让设备能够每天24小时、每周7天地运行。斯托勒先生说: “我们只有一个‘有人操作’班次，但是操作人员不是单纯消磨8小时或10小时观看设备运行，而是花时间编制程序、进行准备、装上电极和其它确保机床能够昼夜运行的物件。这样不仅减少了每项工作的劳动力成本，而且能够缩短交付时间，我们可在24小时内完成更多的任务。” 他还说：“12到14周交付的时代已经过去，国外一些公司有数千员工，可以把许多人力投入一个项目，在8周内完成全部系列的模具。竞争的真正焦点就是交付时间。” 斯托勒先生强调：“现在的交付时间是过去的一半，为了提供有竞争力的交付时间，一个公司必须7天24小时地运行。但是我们负担不起昼夜不停的人工操作，即便是我们想这样做也不行，因为我们难以找到足够的合格工人。我们的工人的任务是在下班之前完成编程和准备，使机床能够在无人照看的条件下连续运行，直到次日人们回来上班。”
斯托勒先生解释道：“利用托盘更换功能，机床可以加工4个完全不同的模具或者一个带4个嵌件的模具。一个工件加工完毕，机器人移开这个工件的托盘，将其余三个托盘中的一个装入机床并恢复操作。自动更换工件和电极的功能大大增加了机床的无人值守运作时间。” 配有机器人的机床还为该公司提供了以前未有的加工灵活性。斯托勒说：“在模具制造业，客户常常需要紧急修模或者加工急件。从前为了满足这类需求，往往要把一台正在运行的机床停下来，然后对急件进行装夹调整。加工完急件，有时必须从头开始，而不是直接从停止的位置恢复被中断的操作。” 他说：“铣模机配上机器人，非常便于急件加工。现在，只须把急件装夹在储料库的一个工件托盘上，中断机床的加工，就能加工急件了。然后，从原来中断的位置恢复工作。能为用户提供这种服务是非常宝贵的。我们的用户知道，有困难时，可依靠我们得到及时的帮助。他们也明白，如果从国外购买模具，出了问题肯定无法得到迅速的回应，这使我们具有重要的竞争优势。” 添置第三台EDM铣模机，解决了装载足够的电极、保证机床长时间全自动运作的问题，但引起了另一个问题：如何快速生产电极以满足需要？在此之前，该公司一直“走老路”用立式加工中心和磨床加工电极。考虑到增加电极加工能力的必要性，斯托勒公司开始寻找高速电极铣床，对各种机床进行评估后，购买了一台美国Roeders 公司生产的Roeders RFM 600 CNC高速铣床。
连续不断运行时，这台Roeders铣床不仅可满足Stolle Technology公司对EDM电极的需求，而且可用于模具零件的直接加工。然而，这要求机床能够在昼夜运行时上下料。问题是大多数时间内没有人为这台机床上下料。 Stolle Technology公司逐渐熟知了铣模机机器人上下料的优点和可靠性，于是寻找一种非常适合于高速电极铣床的机器人，发现System 3R公司的WorkMaster自动上下料系统合乎要求：该系统由一些电极储料模块组成，它们以机器人为中心排成圆圈。用户可以从一般的电极库配置开始，然后根据需要进行扩充。机器人纵向行程1,400mm（可以达至不同的料架高度），回转角度300度（可以够及它周围的模块式储料单元），水平行程1,250mm（将电极在储料单元和铣床之间移动）。Stolle Technology公司的WorkMaster可同时抓取360个电极。 斯托勒解释道：“假如没有WorkMaster，我们就得有人一天24小时守在机床旁边手工更换电极。有了它，电极铣削就可实现自动化。我们周五下午下班时，WorkMaster储料库通常已装好电极坯料，在整个周末它为Roeders电极铣床上下料，无须人工干预。当我们周一早晨回来时，360个电极就加工好了，可供各台CNC铣模机使用。” 不经意看来，Stolle Technology公司的机床似乎在自行运作，实际上，该公司每年花费数千美元培训员工，为的是让这些先进的机床发挥最大潜力。斯托勒强调: “如果没有训练有素的员工，这些设备毫无用处。对操作者进行培训是合理的投资，我们培训员工掌握技能并依赖于他们的能力。模具加工车间总会有某个多腔模具，它经过几个星期的加工并等待最后一道工序，而且总有可能发生“前功尽弃”的危险：某个员工没有受过良好的培训，他可能会出一个差错，让整个工程砸锅。避免这种危险的最好办法是培训。”
Stolle Technology公司的高自动化水平决定了它对设备供应商的依赖较大，斯托勒先生说，“现在我们有6台Charmilles机床，最近新购置了一台大容量、能自动更换电极和托盘的Roboform 55 EDM铣模机，Charmilles的服务好极了，当我们有问题时，他们会来工厂，还帮助培训我们的员工，我们两家公司有着密切的关系。” 为了保持竞争力，该公司还依靠设备供应商协助，斯托勒先生指出：“我们从事的工作在进步，我们总是考虑如何做得更好。技术不断更新，因此，我们依靠机床供应商不断地提供更好的设备和支持，因为我们必须保持竞争力。正是协力工作促使我们更加贴近供应商和客户。” 当许多模具厂破产时，Stolle Technology公司却繁荣兴旺，目前它的加工车间大约有30件任务，斯托勒夫妇把成功主要归功于自动化以及自动化在劳动力成本和交付时间方面带来的效益。最后，斯托勒太太总结道：“如果模具厂不能利用现今已有的技术，他们绝对没有能力进行全球竞争，因此他们别无选择，只有进行自动化运作，否则就没有出路！” |
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