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模具加工車間自動化
發表時間:2009-06-23 08:14:56; 來源:
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這個車間每周7天晝夜生產模具，大部分時間無人值守。 過去12個月里，美國已有許多模具工廠倒閉，數量之多令人瞠目，據一位工業觀察員的非正式統計，僅芝加哥地區就有近百家工廠停業。制造業在“9.11”之后暴跌曾經，并繼續是一個影響因素，但是根本原因在于越來越多的模具加工正轉向價格較低的國外，尤其是中國。 美國模具加工業怎樣才能與低成本的海外廠商競爭？北卡羅來納州Winston-Salem的一家新公司Stolle Technology公司正在以自動化為手段贏得市場，公司有20名員工，去年實現了38%的銷售增長，預計今年會增加20%。公司只運行一個“有人值守”的班次，自動化使得機床能夠連續運轉: 每周7天，晝夜不停。從而實現低成本、高質量和非常有競爭力的交付時間。
公司總裁曼弗雷德?斯托勒先生在德國和加拿大的幾家模具廠學過模具制造，然后在北卡羅來納州一家公司任職并與妻子芭芭拉相識。當時芭芭拉是Sara Lee高級管理人員。婚后不久他們決定自己開一個模具廠，以曼弗雷德的模具制造經驗和芭芭拉的財務管理才華，珠聯璧合定能成功。于是，這對夫婦從一臺銑床、一臺磨床和一臺EDM起家，在Winston-Salem開起一個2,000平方英尺的工廠。 斯托勒的工廠生意興隆，規模翻了一番，擴大到4,000平方英尺，還增加了兩臺Charmilles EDM線切割機（Robofill 290 AWT和Robofill 290 AWT P）以及兩臺Charmilles Roboform 35 CNC機床。談到精心選擇的EDM機床，斯托勒解釋道：“我們制造的模具需要對小半徑轉角、深槽及其它無法用小規格端銑刀銑削的類似特征進行大量的放電加工。” 隨著Stolle Technology公司的發展，斯托勒夫婦在思考公司的未來發展目標。“我們在全球市場上競爭，對手是勞動成本低得多的國家。為了競爭，我們必須盡量“擠干”工件中的勞動力成本，那么唯一的途徑是自動化。”斯托勒先生說。 他還說: “我們一度試圖走老路子: 提高產量 ― 增加一個班次。然而增加班次不僅需要增加人數，而且需要合適的人手，因為他們要在指導較少的條件下工作。9個月后，我們放棄了增加輪班的打算并開始進行運作自動化。” 4年以后，Stolle Technology公司需要更大的廠房，選中在Winston-Salem的一個空閑的輪胎倉庫，這個倉庫面積18,000平方英尺，距原來的地方大約5英里，經過改造，公司喬遷新址。 對Stolle Technology公司來說，自動化意味著采取必要的措施，讓設備能夠每天24小時、每周7天地運行。斯托勒先生說: “我們只有一個‘有人操作’班次，但是操作人員不是單純消磨8小時或10小時觀看設備運行，而是花時間編制程序、進行準備、裝上電極和其它確保機床能夠晝夜運行的物件。這樣不僅減少了每項工作的勞動力成本，而且能夠縮短交付時間，我們可在24小時內完成更多的任務。” 他還說：“12到14周交付的時代已經過去，國外一些公司有數千員工，可以把許多人力投入一個項目，在8周內完成全部系列的模具。競爭的真正焦點就是交付時間。” 斯托勒先生強調：“現在的交付時間是過去的一半，為了提供有競爭力的交付時間，一個公司必須7天24小時地運行。但是我們負擔不起晝夜不停的人工操作，即便是我們想這樣做也不行，因為我們難以找到足夠的合格工人。我們的工人的任務是在下班之前完成編程和準備，使機床能夠在無人照看的條件下連續運行，直到次日人們回來上班。”
斯托勒先生解釋道：“利用托盤更換功能，機床可以加工4個完全不同的模具或者一個帶4個嵌件的模具。一個工件加工完畢，機器人移開這個工件的托盤，將其余三個托盤中的一個裝入機床并恢復操作。自動更換工件和電極的功能大大增加了機床的無人值守運作時間。” 配有機器人的機床還為該公司提供了以前未有的加工靈活性。斯托勒說：“在模具制造業，客戶常常需要緊急修模或者加工急件。從前為了滿足這類需求，往往要把一臺正在運行的機床停下來，然后對急件進行裝夾調整。加工完急件，有時必須從頭開始，而不是直接從停止的位置恢復被中斷的操作。” 他說：“銑模機配上機器人，非常便于急件加工。現在，只須把急件裝夾在儲料庫的一個工件托盤上，中斷機床的加工，就能加工急件了。然后，從原來中斷的位置恢復工作。能為用戶提供這種服務是非常寶貴的。我們的用戶知道，有困難時，可依靠我們得到及時的幫助。他們也明白，如果從國外購買模具，出了問題肯定無法得到迅速的回應，這使我們具有重要的競爭優勢。” 添置第三臺EDM銑模機，解決了裝載足夠的電極、保證機床長時間全自動運作的問題，但引起了另一個問題：如何快速生產電極以滿足需要？在此之前，該公司一直“走老路”用立式加工中心和磨床加工電極。考慮到增加電極加工能力的必要性，斯托勒公司開始尋找高速電極銑床，對各種機床進行評估后，購買了一臺美國Roeders 公司生產的Roeders RFM 600 CNC高速銑床。
連續不斷運行時，這臺Roeders銑床不僅可滿足Stolle Technology公司對EDM電極的需求，而且可用于模具零件的直接加工。然而，這要求機床能夠在晝夜運行時上下料。問題是大多數時間內沒有人為這臺機床上下料。 Stolle Technology公司逐漸熟知了銑模機機器人上下料的優點和可靠性，于是尋找一種非常適合于高速電極銑床的機器人，發現System 3R公司的WorkMaster自動上下料系統合乎要求：該系統由一些電極儲料模塊組成，它們以機器人為中心排成圓圈。用戶可以從一般的電極庫配置開始，然后根據需要進行擴充。機器人縱向行程1,400mm（可以達至不同的料架高度），回轉角度300度（可以夠及它周圍的模塊式儲料單元），水平行程1,250mm（將電極在儲料單元和銑床之間移動）。Stolle Technology公司的WorkMaster可同時抓取360個電極。 斯托勒解釋道：“假如沒有WorkMaster，我們就得有人一天24小時守在機床旁邊手工更換電極。有了它，電極銑削就可實現自動化。我們周五下午下班時，WorkMaster儲料庫通常已裝好電極坯料，在整個周末它為Roeders電極銑床上下料，無須人工干預。當我們周一早晨回來時，360個電極就加工好了，可供各臺CNC銑模機使用。” 不經意看來，Stolle Technology公司的機床似乎在自行運作，實際上，該公司每年花費數千美元培訓員工，為的是讓這些先進的機床發揮最大潛力。斯托勒強調: “如果沒有訓練有素的員工，這些設備毫無用處。對操作者進行培訓是合理的投資，我們培訓員工掌握技能并依賴于他們的能力。模具加工車間總會有某個多腔模具，它經過幾個星期的加工并等待最后一道工序，而且總有可能發生“前功盡棄”的危險：某個員工沒有受過良好的培訓，他可能會出一個差錯，讓整個工程砸鍋。避免這種危險的最好辦法是培訓。”
Stolle Technology公司的高自動化水平決定了它對設備供應商的依賴較大，斯托勒先生說，“現在我們有6臺Charmilles機床，最近新購置了一臺大容量、能自動更換電極和托盤的Roboform 55 EDM銑模機，Charmilles的服務好極了，當我們有問題時，他們會來工廠，還幫助培訓我們的員工，我們兩家公司有著密切的關系。” 為了保持競爭力，該公司還依靠設備供應商協助，斯托勒先生指出：“我們從事的工作在進步，我們總是考慮如何做得更好。技術不斷更新，因此，我們依靠機床供應商不斷地提供更好的設備和支持，因為我們必須保持競爭力。正是協力工作促使我們更加貼近供應商和客戶。” 當許多模具廠破產時，Stolle Technology公司卻繁榮興旺，目前它的加工車間大約有30件任務，斯托勒夫婦把成功主要歸功于自動化以及自動化在勞動力成本和交付時間方面帶來的效益。最后，斯托勒太太總結道：“如果模具廠不能利用現今已有的技術，他們絕對沒有能力進行全球競爭，因此他們別無選擇，只有進行自動化運作，否則就沒有出路！” |
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