控制

虽然没有所谓的完美的生产过程，一些制造商努力实现这一理想。一个很好的例子是在英格兰格洛斯特郡的wotton - underedge附近，在那里，计量系统制造商Renishaw plc为其著名的三坐标测量机和机床探头机械部件。

当你在一尘不染的车间里走动时，你首先看到的是13个成本相对较低的垂直加工中心，每个中心都安装了相同的工件处理自动化装置。一切都显得简单而统一。但是，表面看起来简单的东西实际上是加工过程极其复杂合理化的结果。这里发生的事情比我们看到的要多得多。

每个VMC上都有一个便携式的50工位旋转木马，工件和模具从这里进出机器。旋转木马可以让机床在无人看管的情况下连续运转一天以上。但是，要确保无人值守的机器生产出优质零件，需要的不仅仅是自动装填。因此，从产品设计开始，到机器能够对自身的工作进行尺寸检查，或者更精确地说，检查自身的尺寸健康状况，这样他们就可以在无人注意的情况下加工小至10微米的公差。

整个生产系统被称为RAMTIC，即“雷尼肖自动化铣削、车削和检测中心”。虽然这听起来像是在廉价的vmc上完成了很多工作，但它们每天都在英国．以下是简单背后的一些秘密。

更好的夹具

要了解这一行动已经走了多远，回顾它开始的地方会有所帮助。为了清楚起见，我们将从机床开始，然后回到工艺工程。

根据制造开发经理Mark Buckingham的说法，雷尼肖的先进加工项目始于10年前，旨在开发一种“具有成本效益的、无人看管的、‘正确的第一次’制造系统，能够保持加工部件的质量达到可追溯的标准。”就目前而言，其中的大部分内容已经足够不言自明了。“可追溯标准”部分指的是可以追溯到已知精度标准的测量和校准过程。

在采用先进加工技术之前，车间做了大量的坯料加工。虽然它很简单，但效率并不高。许多零件需要多次安装，有些需要车削和铣削操作，根据白金汉先生的计算，所有这些都浪费了太多更换零件和更换刀具的时间。然后，工厂尝试把圆形零件从加工中心移到精密的车削/铣床上。虽然这种方法提供了一些优势——最重要的是，它能够在一次安装中处理更多的功能——但从资本的角度来看，它是昂贵的，而且比预期的效率低。问题是，尽管许多零件是圆的，但多达80%的加工都涉及铣削和钻削过程，而车床在旋转工具的能力方面不够强大。

然后雷尼肖的工程师们提出了几项工艺创新，以克服之前两种方法的局限性。首先，他们开发了一种夹具方法，允许在一个立式加工中心的单个安装中加工多个零件的三个面。该系统的核心是简单的托盘，从铝型材切割长度。每个托盘都有一个燕尾形式运行的长度的基础，提供了位置参考和夹具表面的托盘接收器在机床上。Renishaw表示，该系统可以作为一个灵活的平台，用于各种简单的夹具加工到挤压中，或者作为一个“牺牲坯”，组件直接从挤压中加工，然后用脱扣片去除。

在机床上，三个托盘接收器安装在一个三角形底座上，在高速分度系统的中心之间水平保持。因此，在三个单独的托盘上的零件的三面可以在一个单一的设置中加工。

下一步,自动化

单靠多零件装夹就能大大提高加工效率。通过更少的安装以及更少的工具和零件更改，平均总周期缩短了一半以上。但在这个阶段，机械师仍然必须先进行检查，然后手动更新他们的刀具偏移量。虽然这种方法需要比预期更多的操作人员的交互，雷尼肖的工程师利用这个阶段的项目取得了丰硕的成果，获得了对基本加工工艺能力的详细了解。他们研究了哪种工具和切割策略最准确和高效。然后他们开始把最好的加工过程与产品设计特征联系起来——关键的过程控制——我们稍后会讲到。

一旦对加工过程有了明确的理解，就有可能实现更高层次的自动化。在标准化的作业安排下，为燕尾托盘的自动装卸做好了准备，托盘存储系统由此诞生。能够在分度旋转木马链上处理50个托盘，整个工件处理单元是独立的，便携的，并可在车间的13个适当安装的vmc之间互换。离线加载后，旋转木马被简单地滚动到机床上，“插入”并运行。由空气驱动的传送臂将托盘从转盘上滑出，通过机器保护上的孔，滑到托盘接收器的外围，在那里托盘被自动夹紧。

但旋转木马的作用比装载工件大得多。事实上，它是一个加工过程和后续装配操作的主配套件站。对于后者的目的，一个旋转木马通常有所有的8到10个加工零件，以使一个特定的探针组装。因此，一旦大量加工，所有零件的等量套件准备好进入下一阶段的制造过程。一个完整的旋转木马的零件通常一次被加工——通常超过24小时的生产价值——所以从某种意义上说，雷尼肖拥有经济的订单数量，无论什么填满了旋转木马。但他们只在需要的时候运行旋转木马，并由公司的MRP系统驱动时间表。就像白金汉先生说的，这是一个固定数量的，可变频率的系统。

然而，同时运行如此多种零件的一个缺点是，它超过了机器的加工能力。因此旋转木马的作用也扩大到运送工具。一个简单的修改基本燕尾托盘允许它支持几个主轴工具。这些工具被引入到机床中，使用相同的传递系统作为部件。然后，机器的主轴被用来捡起新的工具，并在程序控制下自动将使用过的工具送回旋转木马。

如果您想知道那些转向操作发生了什么，那么RAMTIC系统允许在VMC上执行它们。在这些情况下，工件被安装在40锥柄上，然后被带进机床并插入主轴，就像其他刀柄一样。然后，一个固定的车刀块安装在VMC的工作台上，主轴被带到工具上进行车削和镗削操作。以这种方式利用主轴的10000转/分能力，在非常短的周期时间内实现高质量的精加工。

这并不是说旋转木马上的每个部件都是在每次循环中生产完成的。有些零件仍然需要不止一次的安装，例如这些车削零件。在这些情况下，零件在旋转木马中从一个站点移动到另一个站点，很像一个转移过程。但是，每当一个完整的零件转盘完成时，一套匹配的成品零件就会从机器上下来。一旦一个完整循环的转盘从机器上拉下来，所有的成品部件都被卸载，在制品被重新固定并移到下一个工位，第一个操作工位被补充下一个周期的原材料库存。如果这听起来像是一项耗时的任务，请记住这一切都是在设置外部完成的。考虑到旋转木马至少要运行一天，我们有足够的时间为下一个循环做准备。

一个健康的过程

但是，无人值守的加工不仅仅是自动操作工件和工具。如果雷尼肖想要保持如此高的公差，他们知道必须设计一系列的工艺检查，以补偿机床在一天中循环时固有的变化，并且机床总是必须在一定程度上进行补偿。正如您从雷尼肖所期望的那样，机器上的探测在这里扮演着重要的角色，但可能不是您所期望的方式。

这个过程可以追溯到CAD，其中设计公差是使用一种称为“测量点分析”的技术建立的，它在许多方面都有好处。不幸的是，我们不能在这里对这种纪律给予应有的评价——事实上，白金汉先生可以就此写一本书。但它的不足之处在于，临界公差仅根据零件模型表面的特定参考点和与这些点的允许偏差来定义——这些信息被编码到零件的实体模型中。为了进行检查，Renishaw与CAD/CAM开发人员Unigraphics Solutions联合开发了生成处理器，可以仔细检查实体模型，找到测量点，然后自动创建一个检查程序。

这是一个更方便的省时，当你看如何检查方法集成与加工过程。量规点的选择是这样一种方式:每个点的公差直接对应产生特定工件特征的刀具的一个或二维刀具补偿值。此外，在一个过程中的每个工具都有一个相应的测量点。这意味着加工零件的测量点可以用安装在主轴上的探头检查，结果可以与目标值进行比较，然后刀具补偿值可以自动计算并直接输入到刀具偏移寄存器中——所有这些都使用一个相对简单的CNC驻留宏。

把它的温度

当然，许多人对机床自己检查工作感到不舒服，认为任何运动控制错误都会在加工和探测过程中重复。这就是为什么Renishaw坚持测量规程可以追溯到一个已知的标准，以及为什么该公司如此小心地持续监测机器的准确性健康的原因之一。

这大部分是通过对工件的战略性使用来完成的，雷尼肖使用了两种类型的工件——通用机床校准块和工件复制品。无论哪种情况，原理都是一样的。工件是已知尺寸的主部件，与要加工的材料具有相同的热膨胀特性。在雷尼肖的例子中，人工制品是在一个极其精确的三坐标测量机上在温度控制的条件下测量的，三坐标测量机本身是精确校准到一个可追溯的标准。因此，工件成为手边加工过程中可靠的尺寸基准。

通用的工件只是一个功能的集合——无聊的，老板和插槽。工件被装入机器，由安装在主轴上的探头进行常规检查，然后将结果与基准值进行比较，以提供机器精度的详细图像。这样，机器在其当前状态下的误差值就可以计算出来，并计入所有后续的运动控制命令和测量结果中。因此，系统的精度现在由工件决定，而不是仅仅依赖机床反馈机构的精度。

白金汉先生说，雷尼肖公司只需要用一个普通的工件来校准加工和探测系统，就可以在生产基础上保持20微米的公差。如果公差更紧，工件工件是必需的。工件工件具有与一般工件相同的功能，但配置与实际工件非常相似，允许对加工过程进行更严格的校准。用这种技术，生产公差小到10微米可以实现。这接近了机器固有的可重复性能力。

但是不要让我们留下这样的印象，即大量宝贵的生产时间被用于探索。雷尼肖大约每天进行一次一般的工件检查，或者更准确地说，每次一个新的旋转木马加载到机器上时进行检查。工件工件几乎不需要。一旦加工过程稳定下来，这通常发生在周期的早期，相对较少的工件探测是需要的。

良好的工艺设计

减少检查的需求与设计高质量和可重复的过程直接相关，这也是雷尼肖的一些最好的工作。该公司的工程师非常注意将零件的特性和公差与机械加工过程相结合，以满足可接受的质量标准。在先进加工项目的早期阶段，这个练习是帮助设计工程师更好地理解其规格的成本和制造质量影响的一个很好的方法。

然而，随着时间的推移，该学科在基于特征的设计和制造计划系统中变得更加形式化。本质上，该系统由一个标准化的零件特征库组成，每个特征都与已知统计能力的经过验证的加工过程相关联。在此工具的帮助下，新产品开发与可制造性的预先知识。事实上，只要设计师保留现有的功能，新产品就可以流入制造业，几乎不需要新的工艺工程，在车间里也不会有任何惊喜。Renishaw的管理层强烈地感受到这一原则的好处，现在，任何新的设计偏离现有的特性/过程库都需要在公司内部得到高层的批准。

但所有这些工程工作真的值得吗?在雷尼肖，毫无疑问，答案是肯定的。对于这家公司来说，最重要的是车间时间，以及他们每周能够实现的加工时间增值小时数。从这些指标来看，RAMTIC的表现非常出色。白金汉指出，与旧工艺相比，每台机器的平均产量增加了2.3倍，每台机器每周的生产时间为130小时。这为雷尼肖提供了每平方米面积更高的产量密度，并大幅降低了在制品处理要求和库存。

事实上，这个项目非常成功，所有的新产品都将以这种方式加工。在撰写本文时，雷尼肖正在建设另外五个RAMTIC生产中心，尽管新机器的转速更高，达到25,000 rpm。当然，这些能力更强的机器将需要更严肃的工艺工程。但我们认为，这笔投资也是值得的。