Der er to primære nøgler til effektiv maskinudnyttelse. Den
første består i at finde måder, hvorpå det er muligt at maksimere
den tid, hvori maskinen bearbejder, mens den anden inkluderer
taktikker til at udnytte den tid så produktivt, pålideligt og
rentabelt som muligt.
Maksimering af tilgængelig tid
Fuld udnyttelse af en maskine må begynde med maksimering af
den tid, hvori den kan anvendes til at bearbejde. Selvom en maskine
befinder sig i maskinhallen 365 dage om året, er dens
produktionstilgængelighed langt mindre. Hvis vi regner med fem
arbejdsdage om ugen uden skiftehold og modregner den tid, der går
tabt som følge af helligdage og andre afbrydelser, er der ca. 1.300
eller 1.400 maskintimer pr. år, der kan udnyttes til produktion.
Selv da bruger maskinen ikke samtlige af disse timer på at
bearbejde. Programmering og opstilling kræver en vis mængde tid.
For at gøre den ikke-produktive periode så kort som mulig benytter
producenter sig af strategier, der inkluderer offline-programmering
og modulære opstillingsmetoder. Værktøjsmagasiner og systemer til
automatisk værktøjsskift effektiviserer værktøjshåndtering, der er
en anden tidskrævende nødvendighed. Robotstyret værktøjshåndtering
og palleskiftere hjælper med at reducere den tid, der kræves til at
læsse rå emner og aflæsse færdige dele. Enhver time, der spares
gennem forbedret programmeringshastighed, hurtigere
opstillingsmetoder og effektiviseret værktøjs- og
arbejdshåndtering, er endnu en time, der kan udnyttes til at
bearbejde dele.
Effektiv anvendelse af tid
Efter implementering af strategier, der kan maksimere mængden af
tid, hvori der kan bearbejdes, står producenter over for den
udfordring at bruge tiden effektivt og producere så mange dele som
muligt til den lavest mulige pris. Nøglen er at udnytte maskinens
kapaciteter fuldt ud, mens skærhjørnet er i kontakt med
emnematerialet. Erkendelse af maskinens begrænsninger spiller også
en rolle.
Når det planlægges, hvordan man udnytter den tilgængelige tid
bedst muligt, står det klart, at visse elementer af
bearbejdningsprocessen ikke kan ændres. Den endelige anvendelse af
den bearbejdede del bestemmer valget af emnemateriale, og
materialets bearbejdningsgrad dikterer de indledende skæredata.
Titaniumlegeringers dårlige varmeledningsevne kræver f.eks., at der
anvendes lave skære- og tilspændingshastigheder, så
varmegenereringen minimeres. Maskinkapaciteter er også en
selvfølge, da udskiftning af maskinen som oftest ikke er en
umiddelbar mulighed. Producenter tager højde for disse faktorer,
når de estimerer produktionsomkostningerne, men en upræcis
vurdering af maskinkarakteristika og anvendelse af
bearbejdningsforhold, der ikke kan opretholdes, kan dog resultere i
væsentlige forskelle mellem de anslåede og de faktiske
omkostninger.
Der er typiske behov forbundet med etableringen af indledende
skæredata for enhver bearbejdningsopgave. Spåndybde og
tilspændinger skal vælges, så man undgår værktøjsbrud, sikrer
ønsket spåndannelse og begrænser varmegenerering. For høje
skærehastigheder vil slide værktøjer for hurtigt, og for lave
hastigheder vil ikke tillade værktøjer at fungere produktivt.
Hvis der bearbejdes hurtigere, vil et emne typisk blive
produceret på kortere tid. Selvom bearbejdningstiden er kortere, er
standtiden dog også kortere, og værktøjsomkostningerne vil stige.
Det vil kræve flere værktøjer at udføre opgaven, og slidte
skærhjørner vil skulle vendes eller udskiftes. Spildtiden som følge
af værktøjsskift vil øge de samlede omkostninger forbundet med
arbejdsopgaven. Der er helt centralt en afvejning mellem hurtigere,
mere omkostningstung bearbejdning og langsommere bearbejdning med
færre omkostninger. Ensartet produktivitet og processtabilitet
ligger et sted imellem de to tilgange: Utilstrækkeligt aggressive
skæredata reducerer omkostningerne, indtil værktøjet ikke længere
fungerer effektivt, og produktivitet går tabt, hvorimod stadigt
højere parametre øger produktiviteten, indtil værktøjet slides for
hurtigt eller knækker.
Desuden afhænger valget af bearbejdningsforhold ikke kun af de
skærende værktøjers karakteristika, men også i mange tilfælde af
maskinens kapaciteter. Forskellige maskiner har forskellige
begrænsninger, hvad angår effekt, moment, omdrejningstal og
stabilitet. Den mest åbenlyse begrænsning er effekt.
Effekten alene bestemmer ikke en maskines evne til at udføre en
specifik arbejdsopgave. En maskine på 60 kW ville umiddelbart se ud
til at kunne levere rigeligt med effekt, men hvis den tiltænkte
produktionsopgave f.eks. er at producere 12 m lange smedevalser på
3 m i diameter, er 60 kW ikke så prangende. Den effekt, der kræves
for at bearbejde et specifikt emne, afhænger af emnets materiale og
størrelse, spåndybden, tilspændingen og skærehastigheden.
Effektkravet stiger, i takt med at skærekræfterne mangedobles af
højere skærehastigheder. Høje skærehastigheder kan derfor kræve en
effekt, der overstiger mærkeeffekten for en given maskine.
Ekstreme skæredata kan desuden have en effekt, der overstiger
andre maskinkapaciteter. En alt for høj spåndybde kan skabe
kræfter, der overskrider en maskines strukturelle integritet, og
vibration kan forringe emnekvalitet. Samtidig kan alt for høje
tilspændinger producere store spånmængder, der kan påvirke
skæreprocessen eller blokere systemer til spånafgang.
Kunsten at maksimere udnyttelsen af en maskine inden for dens
kapacitetsgrænser kræver en intelligent, afbalanceret tilgang til
udviklingen af skæredata. Det involverer typisk, at
skærehastighederne reduceres, proportionelt med at tilspændingen og
spåndybden øges. Udnyttelse af den størst mulige spåndybde (med
blik for dens indvirkning på maskinstabiliteten) reducerer antallet
af overløb, der kræves, og reducerer dermed bearbejdningstiden.
Spåndybden har typisk ikke den store effekt på standtiden, men
effekten af skærehastighederne er markant. Tilspændingen bør også
maksimeres, selvom ekstreme tilspændinger kan have en negativ
indvirkning på et emnes overfladefinish.
Når en producent opnår en pålidelig kombination af tilspændinger
og spåndybde, kan skærehastigheder anvendes til endelig kalibrering
af arbejdsopgaven. Målet er at udnytte skæreforhold, der byder på
både en produktiv spånfjernelsesgrad og processtabilitet. Den
bedste kombination af maskinegenskaber og skæreparametre giver en
optimal balance mellem værktøjsomkostninger, procespålidelighed og
produktivitet.
Fremtidige strategier
Selvom det anerkendes, at maskinkapaciteter kan være en
begrænsende faktor for bearbejdningsprocessen, er udskiftning af
maskinen ikke en enkel, hurtig eller billig løsning. Det er
hurtigere og lettere at manipulere anvendelsesparametrene for de
skærende værktøjer, så ydeevnen med den eksisterende maskine
optimeres. Og selvom det er muligt at investere i en ny maskine, er
udstyrets relativt lange driftstid en vigtig faktor. En virksomhed
kan meget vel købe en maskine med kapaciteter, der svarer til eller
overstiger virksomhedens aktuelle behov, men faktorer såsom
emnemateriale og -størrelse samt mængden af delemner kan og vil
ændre sig markant i løbet af de 5-10 år eller mere, som maskinen
vil være i drift. For at håndtere sådanne ændringer vil det være
nødvendigt at ændre bearbejdningsforholdene, men dette må gøres på
velovervejet vis.
Efter at have fundet måder, hvorpå det er muligt at maksimere
den tid, hvori en maskine kan anvendes til at bearbejde, er den
foretrukne fremgangsmåde at vælge værktøjer, hvis
substratmateriale, belægninger og skærgeometrier egner sig bedst
til de emnematerialer og arbejdsopgaver, der er involveret. Næste
trin er at anvende de lavest mulige skærehastigheder, hvorved
værktøjerne vil komme til deres ret. Derefter skal tilspændinger og
spåndybder være så høje som muligt, samtidig med at maskinens
effekt- og stabilitetskarakteristika tages i betragtning. Der er
udviklet matematiske formler, der kan hjælpe med at fastslå den
bedste balance mellem bearbejdningsparametre og maskinkapaciteter.
Et værksted kan, om muligt, foretrække at udføre praktiske tests
for at opnå tilsvarende resultater, men i reglen bekræfter
formlerne blot, hvordan det forholder sig i virkeligheden. I
formentlig mere end 90 % af tilfældene vil en enkel, pragmatisk
tilgang, bestående af lavere skærehastigheder samt maksimerede
tilspændinger og spåndybder i kombination med en manipulation af
skærehastighederne som et kalibreringsredskab, være den mest
effektive. En sådan tilgang vil med stor succes give pålidelig og
produktiv bearbejdning samt fuld udnyttelse af den forhåndenværende
maskines kapaciteter.
Af:
Patrick de Vos, Corporate Technical Education Manager, Seco
Tools
