看到一位機械師花了四個小時才完成立式加工中心的設置之后,馬赫機械的丹•奧爾森意識到他遇到了問題。解決方案似乎越發明確:該選擇臥式加工了。選擇自動化集成臥式加工中心是計劃之外的。但不久之后的故事證明這是很值的。

       2004年,丹•奧爾森聯合成立了電子商務網站 BoatZincs.com,向休閑及商用船只分銷包括“鋅”(船體附著的防腐陽極)在內的專業船用產品。為了滿足特定客戶需求,BoatZincs開始了基礎的生產加工,后來又開始為海運行業之外的客戶提供加工服務。如今,重視創新工藝開發與自動化,使用先進的Okuma臥式加工中心(HMCs)與智能化的Fastems柔性制造系統,BoatZincs 的分支制造服務——馬赫機械,為高科技、醫藥、航空、軍事等行業提供精密零件制樣和生產服務。

        盡管馬赫機械進入臥式加工和托盤自動化已相當成功,但一開始就像是跳入水池深處。

 

        本土金屬加工變得有利可圖
        當奧爾森先生接到客戶一款螺旋槳陽極的需求時,由于加工成本和需求不確定,BoatZinc的供應商不愿意生產,因此馬薩諸塞州的哈德遜公司開始生產一些自己的產品。“當時我們就決定對零件進行逆向工程并自行開始制造這些零件”奧爾森先生說道,“我們建造了自己的小型爐,并在我的車道上開始壓鑄。”

        奧爾森先生有工科及商科學位,但沒有參加過正式的機械師培訓。在購買CAD/ CAM 軟件并使用其生成G代碼后,他自學了如何加工壓鑄模具和零件。從單一的數控床磨機開始,非海運客戶名單一直在增長,直到奧爾森先生決定成立馬赫機械。

        為了處理一家激光設備公司涉及加工鏡頭支架的五個側面的大訂單,奧爾森先生設計了一款定制的耳軸工作臺并將其安裝在立式加工中心的轉臺上。該裝置將該部件索引到不同的位置并允許四軸定位加工而無需多次設置。馬赫機械能夠在大約24分鐘的加工節拍時間內完成底座的所有側面加工。“我們在這方面的表現很好,結果也證明其盈利可期。” 奧爾森先生說。

        很快該工廠就買了兩臺CNC立式加工中心和一臺車削中心。


        開始臥式加工和自動化
        隨著工廠的生產品種和數量的增長,每次產品更換所需的設置時間也在增長。奧爾森先生看到一名員工花了四個小時來完成一個產品設置(且每個月都在不停的重復)之后說,“我意識到現在是時候研究使用臥式加工中心了,這將使我們能夠依據日志數據更好的設計夾具,一次設置便可永久到位。” 當奧爾森先生正在研究HMC時,他的Okuma代表邀請他參加Okuma HMC 和來自Fastems LLC的柔性制造系統(FMS)的演示。“當時,我只想試一下水,感受一下臥式加工,根本沒想過還要自動化,因為那更像是潛水!”他說,“但我意識到我們不是裝一件工件上這臺機床,而是十幾件可以同時上機生產。”該演示說服了奧爾森先生購買了一臺Okuma MB-5000H HMC和配備了MMS5控制的12個托盤庫的Fastems FMS One 系統。
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        設備的生產能力和效率大大提升,促使馬赫機械贏得了越來越多的加工訂單,包括鋁件和不銹鋼部件。也就是說,在清洗碎屑和更換收集箱以避免碎屑混合方面,只使用一臺臥加HMC 是很困難的。因此,該公司增加了第二臺MB 5000,并將Fastems FMS 擴展至24個托盤庫。“現在有兩臺機床,一臺處理鋁部件,一臺處理不銹鋼部件,而且它們都很忙。”奧爾森先生說。

        除了簡化設置過程外,HMC和 Fastems FMS系統的組合還可以顯著減少節拍時間。工廠采用HMC/FMS系統之后,單片鏡頭卡口部件的生產周期時間從24分鐘降低到了10分鐘。“夾具是針對零件特別設計的,所以我們可以優化整個機床工作流程,而永久夾具(夾具固定在托盤上不拆卸)也大大提高了我們產品的穩定性。”奧爾森先生說。

        每月交貨的一攬子采購訂單的大部分工作得力于柔性制造系統的支持。“一旦設置工作完成,他們就會永久存在。”奧爾森先生說。

         自動化如何影響員工和產能
        據奧爾森先生所言,馬赫機械的自動化并沒有導致員工減少,恰恰相反:“我們一直在招聘,因為我們能夠生產更多產品。這產生了很多工作機會,無論是運輸,收貨或是在品質管控方面。”他指出,先進制造業的員工結構不同于傳統制造業:“你不一定需要操作人員守在加工中心旁邊,但你確實需要具有工程背景、良好編程能力以及對制造和材料有良好理解能力的人。”

        關于刀具管理,Fastems FMS軟件收集刀具數據,以生成主動的刀具管理策略。系統收集每個刀具的磨損和破損信息,并使用該數據來優化刀具應用。例如,如果數據顯示某個鉆頭在特定零件中鉆出500個孔后經常斷裂或磨損,則軟件可以在工具完成450個孔時提示更換。奧爾森先生說,由刀具故障造成的返工得到最小化,而且該車間的年成品率超過了99.5%。

        Fastems軟件還管理不同作業的排序,以最大限度地提高效率、資源利用率和訂單交付時間。當作業所需的原材料到達現場,車間會將作業派發給系統。操作員輸入訂單編號,部件號,數量和產品交付日期。 永久性的生產設置,專用的機加工托盤通過自動FMS堆垛機送到裝載站,操作員裝入原料。此后,所有的生產計劃和執行由軟件來完成。即使工作排隊等待準備就緒,也可能在晚上或第二天加工,因為其他工作優先級更高。加工完成后,軟件會自動記錄所有成品零件的庫存,并將其送出線外進行品檢和運輸。

        “現在我們擁有高效的制造能力,我們專注于創建一流的質量部門,”奧爾森先生說,“將這些設備聯機并自動化,對我們來說是一個重中之重。” 接下來轉向航空航天部件的七年合同將要求對所有部件進行100%質檢。因此,馬赫機械購買了一臺帶有全掃描頭的三坐標測量機(CMM)。奧爾森先生及其工作人員正在采取措施使系統自動化,以便盡可能便捷地測量零件尺寸。

        奧爾森先生正在探索自動化檢測流程與Fastems FMS系統集成的可能性,以便為機床提供反饋并實現流程內調整。

        長期投資
        據奧爾森先生所言,建立FMS系統 — 設計方箱夾具,選擇刀具和程序編程等,起初并不容易。然而“一旦我們完成第一項工作并開始運轉,逐漸的,它變得越來越容易” 他說道,“我們現在有一個流程,當我們輸入一個新的產品訂單到系統時,我們就知道我們必須做什么以及可期待的結果。”

        他補充說,FMS系統的投資成本可能會嚇跑一部分工廠企業主。奧爾森先生建議他們不要驚慌。根據他的經驗,“你需要耐心,并與生產技術緊密對接,也可以與專家聯系來獲得更多支持和經驗”

       奧爾森先生說。“我一直堅信,如果我需要購買一臺設備,我購買的設備和技術不僅僅是為了滿足我當下的需求。” “我總是試圖購買超過我需求的東西,因為它使我以后的成長更具靈活性,每次我們都是這樣做的,我們總能從新的技術中獲益。新技術更快,零件質量也更好。一旦我們選擇這個方向,我們就看到了整體表現的巨大提升。如果跟舊技術來比的話,你的前期投資可能會高些,但是你獲得的是一項優秀的行業領先的技術。”

 

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