성공적인 가공을 위해서는 생산적인 균형이 필요합니다

소개

다양한 공작물 재료로 광범위한 부품을 생산할 때 제조업체는 다양한 가공 공정을 활용합니다. 그럼에도 불구하고 모든 제조업체의 공통 목표는 지정된 시간과 적절한 비용으로 원하는 품질의 특정 수의 공작물을 만드는 것입니다.

많은 제조업체는 도구 선택 및 적용으로 시작하여 사후 대응 기반으로 문제를 해결하는 좁은 관점의 모델을 따름으로써 이러한 목표를 달성합니다. 그러나 이러한 접근 방식을 반대로 하면 비용을 절감하고 효율성을 높일 수 있습니다. 문제가 발생할 때까지 기다렸다가 개별 가공 작업을 조정하는 대신 제조업체는 먼저 불량 부품과 계획되지 않은 가동 중지 시간을 제거하기 위한 사전 예방적 사전 계획에 집중해야 합니다. 안정적이고 신뢰할 수 있는 프로세스가 확립된 후 생산 경제 개념을 적용하면 제조업체가 생산 속도와 제조 비용 간의 균형을 찾는 데 도움이 될 수 있습니다. 그런 다음 제조업체는 안전하고 경제적으로 강력한 작업을 기반으로 가공 프로세스를 완전히 최적화할 도구와 절단 조건을 선택할 수 있습니다.

생산 경제학

금속 절단을 최적화하기 위한 조치를 취하기 전에 공정이 안전하고 신뢰할 수 있고 결함이 있는 부품이나 계획되지 않은 가동 중지 시간이 없는 것이 중요합니다. 프로세스 보안을 달성하려면 안정적인 생산 환경을 조성해야 합니다. 제조업체가 분석해야 하는 영역에는 공작 기계 유지보수, CAM 프로그래밍, 공구 고정 시스템 및 냉각수 적용이 포함됩니다. 팔레트 또는 로봇 부품 로드/언로드 시스템과 같은 작업 처리 자동화도 평가의 일부가 될 수 있습니다.

생산 경제학의 예술과 과학은 최고의 생산성과 최저 생산 비용을 유지하면서 제조 공정의 최대 보안과 예측 가능성을 보장하는 데 중점을 둡니다. 금속 절단 공정과 환경이 안전하고 예측 가능하면 생산 경제성은 2차원적 추구가 됩니다. 즉, 제조업체의 특정 상황에 적합한 생산 산출량과 제조 비용 간의 균형을 찾는 것입니다. 예를 들어, 단순한 부품의 대량 생산에서 최소 비용으로 생산량을 극대화하는 것이 주요 고려 사항일 수 있습니다. 반면에 값비싼 복잡한 부품의 다품종 소량 제조에서는 제조 비용을 다루기 전에 전체 신뢰성과 정확성에 중점을 두어야 합니다.

미시 대 매크로

금속 절삭 출력을 최대화하기 위한 전통적인 접근 방식에는 개별 작업에서 개별 도구의 최적화를 기반으로 하는 좁은 관점의 마이크로 모델이 포함됩니다. 반면에 매크로 모델은 더 넓은 관점에서 제조 프로세스를 고려합니다. 이 모델은 주어진 공작물을 생산하는 데 필요한 총 바닥에서 바닥까지의 시간에 집중합니다.

미시 경제 모델과 거시 경제 모델의 관계는 그림을 그릴 때 예술가의 관점에 비유할 수 있습니다. 마이크로 모델은 아티스트가 개별 브러시 스트로크에 집중하는 것과 같은 방식으로 개별 세부 사항에 집중합니다. 매크로 모델은 그림 전체를 보는 것처럼 뒤로 물러나서 전체 부품 생산 프로세스를 봅니다. 세부 사항에 대한 주의가 필요한 것은 분명하지만 노력의 전반적인 목적을 무시하는 대가는 아닙니다.

숨겨진 비용

세부 사항에 대한 과도한 집착은 프로세스의 최종 결과에서 주의를 산만하게 할 수 있습니다. 예를 들어, 설정 및 인덱싱 시간에 10분을 추가하는 추가 도구로 절단 시간을 10초로 줄이는 것은 단점입니다. 마찬가지로, 고객 요구 사항을 넘어 제품 품질을 달성하기 위해 노력하면 비용과 생산 시간이 증가합니다. 거의 심각하게, "여전히 기능적으로 허용 가능한 최악의 공작물을 생산하는 데 시간이 얼마나 걸리고 비용이 얼마나 들까요?"라고 물을 수 있습니다.

운영 비용

가공 비용에 대한 모델은 미시적 및 거시적 관점을 나타낼 수도 있습니다. 마이크로 모델은 절단 조건을 절단 비용과 직접 연결하여 좁은 관점에서 절단 프로세스를 고려합니다. 거시 경제 모델은 주어진 공작물을 생산하는 데 필요한 전체 시간을 강조하면서 더 넓은 관점에서 작동합니다.

제조업체는 일정 기간에 걸쳐 완성된 공작물에서 작업을 완료하는 데 필요한 총 시간에 이르기까지 다양한 방식으로 생산 속도를 측정합니다. 공작물 형상 요구 사항 및 재료 특성, 시설 전체의 제품 흐름, 인력 투입, 유지 보수, 주변 장비 및 환경, 재활용, 안전 문제를 비롯한 많은 요인이 생산 속도에 영향을 미칩니다.

제조 비용의 일부 요소는 고정되어 있습니다. 공작물의 복잡성과 재료는 일반적으로 부품을 만드는 데 필요한 가공 작업의 유형과 수를 결정합니다. 시설의 공작 기계를 구입하고 유지 관리하는 비용과 이를 실행하는 데 드는 비용은 기본적으로 고정 비용입니다. 인건비는 다소 유연하지만 적어도 단기적으로는 효과적으로 고정됩니다. 이러한 비용은 가공된 부품 판매로 인한 수익으로 상쇄되어야 합니다. 공작물이 완제품으로 전환되는 속도인 생산 속도를 높이면 고정 비용을 상쇄할 수 있습니다.

개별 최적화

프로세스의 전반적인 생산성과 비용 효율성 그림이 거시적으로 균형을 이루고 최적화된 후에 제조업체는 개별 작업을 신중하게 최적화하여 추가 개선을 달성할 수 있습니다. 절삭 조건, 즉 절삭 깊이, 이송 속도 및 절삭 속도는 생산성과 비용의 균형을 맞추는 데 중요한 역할을 합니다. 세 가지 중 일부 또는 모두가 가공 시간 단축에 기여할 수 있지만 각 요소가 공정의 신뢰성에 미치는 영향은 매우 다양합니다. 절삭 깊이는 본질적으로 공구 수명에 영향을 미치지 않습니다. 이송 속도는 공구 수명에 약간의 영향을 미칩니다. 그러나 절삭 속도가 공구 수명과 절삭 공정의 신뢰성에 미치는 영향은 상당합니다.

많은 작업장 관리자는 단순히 절단 속도를 높이면 시간당 더 많은 부품을 생산하여 제조 비용을 절감할 수 있다고 믿습니다. 일반적으로 사실이지만 절충점이 수반됩니다. 일반적으로 작업이 빠르게 실행될수록 덜 안정적이 됩니다. 고속은 공구와 공작물 모두에 영향을 미치는 더 많은 열을 생성합니다. 도구 마모는 더 빨리 발생하고 예측하기 어렵습니다. 도구 마모나 진동으로 인해 부품 치수가 달라지고 표면 조도가 저하될 수 있습니다.

공구로 인해 공작물이 파손되거나 손상될 수 있습니다. 또한, 신뢰성의 외부 경계에서 작동하는 프로세스는 일반적으로 관리되지 않거나 부분적으로 운영될 수 없으므로 노동력 절감의 잠재적인 원천이 제거됩니다. 매우 높은 절삭 속도와 공격적인 가공 매개변수는 장비 유지보수 비용을 증가시키고 장비 고장으로 인한 가동 중지 시간까지 증가시킬 수 있습니다.

이러한 문제를 인식한 미국 기계 엔지니어 F.W. Taylor는 20 초에 세기, 공구 수명 결정을 위한 모델을 개발했습니다. 이 모델은 주어진 절입 깊이와 이송의 조합에 대해 공구 품질 저하가 안전하고 예측 가능하며 제어 가능한 절삭 속도에 대한 특정 창이 있음을 보여줍니다. Taylor의 모델을 사용하면 절삭 속도, 공구 마모 및 공구 수명 간의 관계를 정량화하고 비용 효율성과 생산성의 균형을 유지하고 작업을 위한 최적의 절삭 속도에 대한 명확한 그림을 제공할 수 있습니다.

일반적으로 제조업체는 공구 클램핑, 공작물 고정 및 공작 기계의 안정성과 공작 기계의 출력에 따라 각 작업에 대해 가능한 가장 큰 절입 깊이와 가장 높은 이송 속도를 선택해야 합니다. 칩 형성 및 배출, 진동 및 공작물 변형과 관련된 작동 안전도 고려해야 합니다. 균형 잡힌 접근 방식에는 이송 속도 및 절삭 깊이의 비례 증가와 일치하는 감소된 절삭 속도가 포함됩니다. 가능한 가장 큰 절삭 깊이를 활용하면 필요한 절삭 패스 수가 줄어들어 가공 시간이 단축됩니다. 가공물 품질과 표면 조도 요구 사항은 과도한 이송 속도의 영향을 받을 수 있지만 이송 속도도 최대화해야 합니다. 대부분의 경우 절삭 속도를 유지하거나 낮추는 동안 이송 속도와 절삭 깊이가 증가하면 더 높은 절삭 속도만으로도 얻을 수 있는 것과 동일한 금속 제거율이 생성됩니다.

생산 비용은 도구 비용과 기계 비용의 합입니다. 절삭 속도가 증가하면 가공 시간이 단축되고 기계 비용이 감소합니다. 그러나 공구 수명이 짧아지면 기계 비용 절감을 능가할 만큼 공구 및 공구 교체 시간이 증가하기 때문에 특정 시점부터 전체 비용이 증가합니다.

이송 속도와 절삭 깊이의 안정적이고 신뢰할 수 있는 조합에 도달하면 절삭 속도를 작업의 최종 보정에 사용할 수 있습니다. 목표는 기계 시간 비용을 절감하지만 가속화된 공구 마모로 인해 절삭 공구 비용을 과도하게 증가시키지 않는 더 높은 절삭 속도입니다.

비절단 문제

환경 및 안전 문제는 생산 경제학에서 점점 더 중요한 요소를 나타냅니다. 제조업체는 에너지를 절약해야 한다는 압박을 받고 있습니다. 냉각수 및 절삭유의 사용 및 폐기는 점점 더 규제되고 비용이 많이 듭니다. 절단 조건에 대한 균형 잡힌 접근 방식은 제조업체가 이와 유사한 문제를 처리하는 데 도움이 될 수 있습니다. 증가된 이송 속도 및 더 작은 절삭 깊이와 결합된 더 낮은 절삭 속도는 금속 제거에 필요한 에너지의 양을 줄입니다. 균형 잡힌 조건은 또한 공구 수명을 늘리고 공구 소비 및 폐기 문제를 줄입니다. 낮은 에너지 소비로 인해 열 발생이 줄어들어 냉각수를 최소화하거나 전혀 사용하지 않는 가공 기회를 제공합니다.

결론

생산 경제학 개념을 채택하려면 가공 환경을 전반적으로 분석하고 기존의 많은 금속 절단 관행에 반대되는 사고 방식을 수용해야 합니다. 그러나 권장 전략을 수행하면 비용 절감과 공작물 품질을 개선하고 보다 친환경적인 생산을 가능하게 하는 동시에 전반적으로 안정적이고 신뢰할 수 있는 제조 프로세스에서 생산성과 수익성을 유지할 수 있습니다.

시설 전반의 관점

거시적 관점에서 가공 프로세스를 보는 이점은 개별 금속 절단 작업을 넘어 확장됩니다. 광범위한 관점은 생산의 모든 단계의 상호 관계를 고려합니다. 단순화된 예는 구성 요소를 생산하기 위해 시리즈로 사용되는 두 개의 공작 기계를 포함합니다. 공작 기계 A가 생산량을 늘리도록 최적화되어 있지만 기계 B의 결과를 개선할 수 없는 경우 첫 번째 기계의 부품이 반제품 재고로 두 번째 기계를 기다리며 비용이 증가합니다. 이 경우 첫 번째 기계에서 출력이 아닌 절단 비용을 최적화하기만 하면 출력을 유지하면서 전체 가공 비용을 낮출 수 있습니다.

반면에 기계 B가 기계 A의 부품을 처리하기 위해 유휴 상태로 앉아 있는 상황에서 첫 번째 기계의 출력을 높이면 총 출력이 증가합니다. 공장의 생산 흐름이 라인, 배치 또는 병렬 순서로 구성되어 있는지 여부에 따라 많은 것이 달라집니다.

공작 기계 구입 비용은 제조업체의 전반적인 비즈니스와 관련하여 평가할 수도 있습니다. 일반적인 상황에는 일주일에 40시간 완전히 로드된 밀링 머신을 운영하는 작업장에서 더 비싸고 정교한 고속 머신으로 교체하기로 결정하는 작업이 포함됩니다. 그러나 새 시스템이 가동되어 실행 중일 때는 절반의 시간을 유휴 상태로 보냅니다.

이 공장은 새 기계를 계속 바쁘게 유지하고 투자를 정당화하기 위해 더 많은 작업을 찾아야 하는 어려움과 비용에 직면해 있습니다. 또한 새 기계의 기능을 최대한 활용하는 작업은 나머지 작업장 운영 또는 시장에 적합하지 않을 수 있습니다. 더 나은 방법은 먼저 더 큰 그림을 검토하고 새 기계의 더 큰 출력으로 인해 어떤 결과가 나올지 예상하는 것이었습니다. 덜 비싸고 덜 발전된 기계가 현재 및 예상되는 부품 요구 사항 및 생산량과 더 잘 일치할 수 있습니다. 구형 기계와 함께 보다 신중하게 선택된 공작 기계는 예정되거나 예정되지 않은 기계 가동 중지 시간을 처리하기 위해 확장된 유연성과 이중화를 제공할 수도 있습니다.

프로세스 최적화에 대한 포괄적인 관점을 취하는 것은 매우 기본적이고 간단한 조치 및 분석을 포함할 수도 있습니다. 사용된 도구의 검사는 작업장에서 무슨 일이 일어나고 있는지에 대한 광범위한 관점을 제공합니다. 예를 들어, 일반적으로 작업장에서 절삭날 길이가 12mm인 인서트를 사용하지만 공구의 마모 패턴이 2mm 또는 2½mm에 불과하다면 작업장에서는 작업에 비해 너무 큰 인서트를 사용하고 있을 것입니다. 6mm 절삭날이 있는 도구는 충분하고 6mm 길이의 절삭날이 있는 도구는 12mm 절삭날이 있는 도구보다 훨씬 저렴합니다. 이러한 간단한 관찰은 생산성에 영향을 미치지 않으면서 도구 비용을 50%까지 줄일 수 있습니다.

이전에 SecoTools.com에 소개되었습니다.