电 子 简 讯 2024 年 3 月

 

 

无论是您经常使用切削工具，还是有时急需合适的工具，您都可能考虑过自己制造，或者重磨。但是如何判断自行磨削刀具是否是明智的决定呢？GKN航空航天发动机公司首席制造工程师Jeremy St. Pierre向我们介绍了他们经验。此外，他还就介绍了他们宝贵的实践建议，以帮助您实现这一飞跃。

节约成本，2 年收回成本

数控刀具磨床和所需的辅助设备是一项重大投资。GKN公司的管理层请Pierre研究他们的刀具消耗量，并分析预测通过自行磨削可降低的成本。St. Pierre 解释说，其中一个关键因素是他们的许多刀具都可以多次重磨。比如他们有许多锥形球头立铣刀，可以随时磨削到所需的任何形状。

相反，St. Pierre 提醒说，许多此类刀具都很复杂，具有不等分度和可变螺旋，许多外部供应商不愿意重磨这些刀具，除非这些刀具是他们制造的。因此，如果你不能自己重新磨削，你就会被限制在有限的供应上，这不仅成本高昂，而且有潜在的风险。

Pierre 还发现，他们的一些大批量工具非常昂贵，原因就在于这些工具不是标准刀具。"我们可能需要直径为 0.485 英寸的刀具，而不是半英寸的刀具。我们需要支付高昂的费用定制刀具，而且交付周期很长，我们为此要等待12 周的时间。通过计算刀具的实际成本，包括他们不得不 "一次发送 70 件刀具以获得一个好价格 "，Pierre 能够有力地证明投资一个比最初设想更强大的刀具室是正确的。该刀具室配备了 4 台 ANCA MX7 刀具磨床、一台 ZOLLER "Titan "测量机，以及砂轮修整机和拖动精整机等全套辅助设备。然而，投资回报期仅为两年。

当然，St. Pierre 承认GKN是一家大公司，可以在工具室投资上花费巨资。然而对于许多公司来说，从小规模开始更具执行性。他还建议，"在你说'我们可以引进所有设备'之前，先仔细研究一下'容易获得'的设备，那些既重要又可行的设备"。然后，你就可以自信地指定磨床和相关附件，看看数字是否可行

更快的周转

Pierre工具室可以快速提供生产车间所需的工具，极大地提高了GKN的整体效率，而且不仅仅是修磨。"St. Pierre 解释说："我们目前使用 ANCA 机床磨削直径从八分之一英寸到八英寸的所有刀具，切削长度为五英寸半。"我们制造大量的一次性定制工具和任何紧急维修需要的工具。任何可以在外包制造的工具，我们现在都能制造。我们制造复合材料工具、特殊材料工具、塑料工具、木材工具......任何我们需要做的。他补充说，定制工具的交付时间最短一天，最长两周。"如果你只需要一个，我们就给你做一个。

调整设计，改进加工

你可能会认为，专业制造商会比内部磨削车间制造出更好的切削工具。但由于公司内部工具室更了解GKN，同时 Pierre愿意进行试验，事实上该团队"击败了许多知名的刀具制造商制造的的刀具"，Pierre说。"当然这并不是我们的本意，只是我们能够真正专注于我们的业务和产品，并为生产环境定制工具。我们有能力只为我们自己调整工具"。

Pierre将他的方法概括为 "推动直到它们坏掉，然后再调回来，制造出最好的刀具"。如果有闲置的机器，他们会在附属的GKN工厂试用工具，或者将工具送到他们在瑞典的工厂，因为那里有专用的测试机器，可以立即提供反馈。他们还会向多年合作的公司提供工具样本，并征求他们的意见。

Pierre还认为，位于密歇根州威克索姆的ANCA帮助他应对了一些工具设计挑战。"我每年都会去密歇根州几次，每次都不虚此行。如果我遇到困难，我通常会把没有多少人在做的工具交给 ANCA，然后我们坐下来一起设计。或者他们会打电话给我，我们在电话里讨论。一两天之内，我们就能一起设计出一款工具。他们不会提出任何要求，只想知道进展如何。他们帮了很多忙。

Pierre报告了一个令人惊讶的发现，那就是通过在 OTEC拖曳式研磨抛光机上磨削切削刃，不再需要涂层。"我们的刀具在刃口预处理后比涂层后的寿命更长，"Pierre说。"如果刀具用于高温加工，我们会对其进行涂层处理。但我们制造了很多用于钛的锥形球，我们做了很多测试。我们只需对工具进行边缘预处理，它就能经久耐用。有时我们的刀具寿命是以前的四倍"。

Pierre补充说，除了更高的性能外，边缘预处理还省去了涂层所需的大约一周的准备时间，以及成本和额外的运输和处理费用。"他继续说："一次重新打磨的成本可能是 5 美元，也可能是 100 美元。"但如果是 5 美元的修磨，那还是 10 美元的涂层。现在你的工具成本基本上是原来的三倍。我们只需几秒钟的时间，就能消除这种情况。(据Pierre称，GKN公司的平均磨削时间约为一分钟，而 OTEC 一次可加工 25 件工具）。

独立的利润中心

Pierre的工具室附属于位于康涅狄格州纽宁顿的GKN航空发动机厂，但它是作为一个独立的利润中心运行的。他们为GKN航空航天发动机公司在北美的所有 7 家工厂提供服务，此外还向当地其他航空航天公司出售工具。他们甚至还能为公司带来其他外部工作，增加收入。GKN公司只是一个参考，当然在决定进行内部刀具磨削时，这种可能性也值得考虑在内。

选择合适的磨床

如果您已经准备好开始刀具磨削，那么下一个最重要的考虑因素就是您应该投资哪种刀具磨床。当然，使用的简易性和支持度是关键因素，而且最好不要只考虑机床制造商。更应该询问您目前供应商使用的是什么机床，他们是否愿意共享程序或提供其他帮助。对于 GKN 而言，ANCA 是一个明确的选择，因为他们是市场的领导者，而且并且公司瑞典的业务也使用 ANCA 的机床。

Pierre解释说："这样我们就可以互相帮助。"我们可以互相发送程序，我们的磨削方式是一样的......如果他们需要我们制造一些工具，他们可以发送给我们一个程序，我们生产工具，然后运回去，工具就和他们在那里制造的一模一样。

需要强调的是，虽然Pierre在GKN开始这个项目时拥有多年的制造和解决问题的经验，但他从未打磨过工具。此后加入团队的每个人也都是如此。"Pierre回忆说："我雇用的人都是我知道的有机械倾向的人，他们知道如何避免把事情搞得过于复杂。"他们一开始都很紧张，但我们做的第一件事就是飞往密歇根，在 ANCA 接受为期两周的培训。然后我们就开始生产了。他补充说，从那时起他们就一直在学习，也犯过一些错误。但他们只发送过一次失败的工具。

Pierre对 ANCA 的软件赞不绝口："他们的所有软件，无论是重新校准、重新调试，还是在进行自动化时重新教授一个位置，都能真正指导你完成。这是我用过的最便利的机器。我可以让从未见过这台磨床的人在半小时内制作出一个工具。在机床上设计一个，然后磨出来，他们根本不知道自己在做什么"。

正确的测量机

可以说，对工具室（尤其是为航空航天公司服务的工具室）来说，第二重要的投资决策就是检测设备。总部位于密歇根州安娜堡的 ZOLLER 是另一个必然选择。首先，GKN公司已经拥有 ZOLLER 预调仪，St. Pierre 对双方建立的顺畅工作关系表示赞赏。其次，ZOLLER 与 ANCA 建立了紧密的合作关系，提供的解决方案使两台机器的性能都得到了提高。因此，GKN公司选择了顶级的 ZOLLER "Titan"，它可以自动光学测量所有刀具属性，包括槽型和刃口预处理。

高精度自动化

GKN公司选择在其所有 ANCA MX7 工具磨床上安装机器人装载机，并进行内部砂轮修整和测量。机床还集成了激光装置，可扫描刀具轮廓并自动补偿磨削程序，以纠正与标称形状的任何偏差。这些功能使机床能够在无人值班的情况下生产出公差严格的刀具。"St. Pierre 说："我们对刀具的公差要求是正负 0.5 毫米。"有些刀具的公差更大。如果是用于精加工的球头，我们会将公差控制在十分之几。

ZOLLER "Titan "还配备了机器人装载机，ZOLLER称之为 "roboSet2"。此外，所有四台磨床和测量机都可以在熄灯运行期间自动改变刀具直径。圣皮埃尔解释说，这一点非常重要，因为他们 "为 GKN 生产 400 种不同的零件编号。我们的批量不是 1000 个，而是 15-20 个"。除了极少数例外情况，他们必须对所有工具进行 10% 到 100% 的检查。因此，灵活的工件夹持对于防止出现瓶颈至关重要。

两套系统都使用 Schunk 液压卡盘，通过插入中间套筒夹持不同直径的刀具。在GKN公司的案例中，机器人负责更换套筒。正如 Pierre所说： "roboSet（或 MX7 装载机）内部已装有所有套筒，并知道它们的位置。比方说，第一批是半英寸工具。机器人会抓起半英寸刀套并将其装入卡盘。然后它将运行所有这些半英寸刀具，并完成所需的报告。完成后，它会交换刀套，抓取下一个尺寸的刀具，然后开始运行程序。你只需编写程序并选择计划即可。GKN公司定制了可容纳 5 种不同尺寸的托盘，St. Pierre 说，他们可以在一个无人值守班次中通过 ZOLLER 运行 20 种不同的工具设计。

GKN公司使用 ANCA 工具设计软件来制作非常详细的工具设计图，"而不是像业界所习惯的那样，只制作虚拟实体"，Pierre如是说。"因此，我们能够包含实际实体工具的所有参数以及它的设计方式"。然后，这些打印文件决定了检测程序。"在标准刀具上，我们要检查 22 到 30 个不同的参数......但我们制造了很多可变指数、可变螺旋的刀具，因此我们必须检查每一个刃口，尤其是在设置上。St. Pierre 补充说，全面、详细的检查 "可能需要十分钟，但你可以定制这些程序，在一分钟内检查 "特定功能的参数集。

更多关于 ANCA-ZOLLER 合作伙伴关系的信息

为了满足质量控制要求，需要一台 " Titan "的独立测量机。但请如何划分 ANCA 的测量能力与 ZOLLER 的测量能力所能胜任的任务？机器之间能否合作？对于Pierre的公司来说，除了要达到所要求的刀具质量外，还要最大限度地提高生产率。举例来说，如果有操作员，他更愿意使用 "Titan "机床扫描刀具轮廓，并将所需的补偿数据发送给磨床，而不是使用 ANCA 的内部激光，这样就能保持 MX 磨床持续磨削。

Pierre还提到了操作员可能不确定如何进行调整的情况。"我们会使用 ZOLLER 进行测量，然后将测量结果发回磨削程序进行修正。很好的一点是，它们可以非常容易地相互对话，而且设置起来并不难......我们已经在更高级的刀具上使用过它，因为那里有很多参数，一个参数可能会影响到其他参数。因此，我们让 ZOLLER 帮助我们解决这些问题。

GKN公司还开始使用 ZOLLER 来测量砂轮，这也最大限度地提高了 MX 的生产率。"Pierre说："我们正在安装设备，以便使用 ZOLLER 进行所有砂轮测量，这样我们就可以设置整批数据，然后将数据输入磨床。

GKN公司还有一台独立的砂轮修整机，用于离线修整砂轮。但如前所述，如果是无人值班，MX 机床既可以磨削和测量加工中的刀具，也可以测量和修整砂轮。与此同时，ZOLLER 将对之前磨削过的刀具进行成品刀具检测。

其他辅助设备

任何刀具磨削车间都需要冷却液过滤和温度控制，GKN公司的冷却液过滤和温度控制由双容器 Transor 系统负责。切割机也可方便地对硬质合金坯料进行定径。在这里，GKN采取了一种创新的方法，选择了牧野 U6 线切割机床。正如Pierre所说，"价格差异不足以证明花这么多钱购买一台只能切割的机器是合理的。因此，我们购买了一台电火花线切割机，用于大批量定制切割。我们还为整个公司制作自己的夹具和检验量具。这台机器第一年的成本就收回了，因为我们做的都是与磨具无关的东西"。St. Pierre 补充说，他们还将使用电火花加工机床切割刀具轮廓，然后在 ANCA 中磨削刃口和外径。"我们可以在放电加工机床上保持磨削公差"。他们已经在使用 EDM 为 ANCA 制作稳定的衬套。

再加上 ZOLLER 的 TMS 工具管理软件、用于机器人夹具和其他工具的 3D 打印机、Modula VLM 存储塔和激光打标机，你就会发现GKN公司的工具室既自给自足又高效。

这是一个工作量极大的项目，也是一项巨大的投资。但正如Pierre所总结的那样： "没有人说这个项目是一项糟糕的投资。每个人都说，他们希望我们能早点这样做"。

杰里米-圣皮埃尔领导GKN航空发动机公司创建了内部刀具磨削业务，仅用两年时间就收回了投资成本
（图片由 ZOLLER 提供）

6 三月 2024