紀(jì)龍江 王俊浩 王忠輝 李冬梅 矯曉麗（大連崇達(dá)電路有限公司，大連 116600）

關(guān)于生產(chǎn)效率提升之PCB數(shù)控鉆孔技術(shù)的探討與應(yīng)用

Paper Code: S-003

紀(jì)龍江 王俊浩 王忠輝 李冬梅 矯曉麗
（大連崇達(dá)電路有限公司，大連 116600）

數(shù)控鉆孔工序是一個以自動化加工為主的工序，對產(chǎn)前準(zhǔn)備及基礎(chǔ)化管理的要求相對較高，且十分重要，并且隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展與日新月異，對生產(chǎn)力的要求也就越來越高。為了適應(yīng)時代發(fā)展與技術(shù)進(jìn)步的需要，各行各業(yè)都在尋求提高生產(chǎn)效率的有效方法與手段，原因在于，生產(chǎn)效率的低下嚴(yán)重制約了企業(yè)的發(fā)展、進(jìn)步與技術(shù)能力的提升，在這種環(huán)境下，我們將重點放在如何通過先進(jìn)的技術(shù)手段與科學(xué)的規(guī)范管理達(dá)到提高生產(chǎn)效率的目的上。本文詳細(xì)闡述了通過對數(shù)控機床的合理維護(hù)、刀具管控、參數(shù)優(yōu)化、標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)等幾方面的研究與分析，然后采取相應(yīng)的措施，在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下達(dá)到提高生產(chǎn)效率的目的，在具體實施過程中，我們首先選1臺數(shù)控鉆床進(jìn)行試點研究，然后平面推廣，以期達(dá)到鉆孔工序的產(chǎn)能較改善目前相比至少提升20%以上的效果，按照此項技術(shù)的加工方法，根據(jù)公司訂單結(jié)構(gòu)與設(shè)備狀態(tài)，每月將增加產(chǎn)能至少4000m2的生產(chǎn)任務(wù)。

鉆孔；參數(shù)；效率

1 前言

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展與日新月異，對生產(chǎn)力的要求也就越來越高，為了適應(yīng)時代發(fā)展與技術(shù)進(jìn)步的需要，各行各業(yè)都在尋求提高生產(chǎn)效率的有效方法與手段，原因在于，生產(chǎn)效率的低下嚴(yán)重制約了企業(yè)的發(fā)展、進(jìn)步與技術(shù)能力的提升。在這種環(huán)境下，我們將重點放在如何通過先進(jìn)的技術(shù)手段與科學(xué)的規(guī)范管理達(dá)到提高生產(chǎn)效率的目的上。

本文選擇了在PCB整個加工過程中有顯著特征及代表性的數(shù)控加工技術(shù)為研究對象，并結(jié)合自己多年來的現(xiàn)場實際工作經(jīng)驗，再次從設(shè)備的全面生產(chǎn)保養(yǎng)維護(hù)、最佳工藝參數(shù)的挖掘與應(yīng)用、科學(xué)/規(guī)范/完善的作業(yè)管理等幾個不同角度論述了如何提高企業(yè)生產(chǎn)效率的思維與方法，從而達(dá)到提高生產(chǎn)效率的目的，希望能給業(yè)界同仁一點啟發(fā)與思考，為行業(yè)明天更加穩(wěn)定的發(fā)展與進(jìn)步作出更多的貢獻(xiàn)。文中多有不足之處，希望業(yè)界精英、前輩們多多給予批評指正。下面具體闡述 。

2 設(shè)備的全面生產(chǎn)保養(yǎng)維護(hù)

先進(jìn)的設(shè)備管理系統(tǒng)是制造型企業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)的最有力的支持工具之一，能夠保證生產(chǎn)計劃的如期執(zhí)行以及時響應(yīng)客戶的市場需求，同時能夠有效地降低企業(yè)的制造成本，如庫存積壓成本，維修維護(hù)成本及其它管理（人工、時間）成本，而且能夠有效降低不良品的產(chǎn)生機率。設(shè)備的全面生產(chǎn)保養(yǎng)維護(hù)要求以團(tuán)隊工作的方式，創(chuàng)建并維持優(yōu)良的設(shè)備管理系統(tǒng)，提高設(shè)備的開機率（利用率），增進(jìn)安全性及高質(zhì)量，從而全面提高生產(chǎn)系統(tǒng)的運作效率。

在競爭日益激烈的今天，作為一個企業(yè)，要想在世界強者舞臺上搏有一席之地，成為一個真正有實力、抗沖擊的強者，除了擁有必備的人才、良好的機遇、優(yōu)越的地理環(huán)境外，擁有科學(xué)先進(jìn)的思想意識、清晰明確的目標(biāo)與刻苦鉆研的學(xué)習(xí)精神亦顯得更為重要，特別是在科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展、競爭日益激烈的PCB領(lǐng)域，要想提高生產(chǎn)效率，首先就要加強對設(shè)備管理維護(hù)的重視程度，要加強在工作中學(xué)習(xí)、在學(xué)習(xí)中工作的緊密聯(lián)系程度，從總經(jīng)理開始到普通員工，全員參與、全面參與，使每個員工從自身做起，自己的工廠自己管理，自己的設(shè)備自己維護(hù)，建立起一套行之有效的管理體制，然后堅定落實與執(zhí)行，及時發(fā)現(xiàn)并處理問題，避免小問題不處理、大問題解決不了的尷尬局面出現(xiàn)。如果對自己的設(shè)備漠不關(guān)心、敷衍了事或浮于表面工作，將不僅嚴(yán)重影響設(shè)備壽命、加工效果，嚴(yán)重時可能造成設(shè)備廢棄或停產(chǎn)的嚴(yán)重?fù)p失。下面舉個設(shè)備維護(hù)項目與生產(chǎn)效率關(guān)系的簡單例子進(jìn)行說明：

PCB數(shù)控鉆床鉆孔加工效果示意圖：

圖1

圖2

說明：圖1，“H”為鉆孔前壓腳端部距離生產(chǎn)板表面的距離。圖2，“H1”為孔深處與生產(chǎn)板表面的距離。圖3，鉆孔行程距離示意圖。

圖3 鉆孔行程計算方法示意圖

鉆孔行程距離=H+H1

式中：H1=板厚×疊層+鋁蓋板的厚度+鉆入墊板的深度

分析：數(shù)控鉆床在長期使用過程中經(jīng)常需要調(diào)整或更換主軸，主軸高度的一致性是影響鉆孔生產(chǎn)效率的主要因素。在鉆孔參數(shù)、板厚與疊層、鋁蓋板厚度一定的前提下，H值越大，鉆孔效率越低；鉆入墊板的深度越深，鉆孔效率越低，其影響程度如處圖所示：

圖4

假設(shè)：板厚1.6 mm，鉆孔疊2層，鋁蓋板厚0.16 mm，DN值1.25 mm，Z值0.50 mm，累計：4.36 mm。

按目前H值設(shè)定值4.0 mm的話，則：鉆孔行程=4.0+4.36=8.36 mm

理論鉆孔行程可以做到：鉆孔行程=2.5+4.36-(0.10～0.30)=6.76 mm～6.56 mm

據(jù)此推算鉆孔效率可提升：23.66%～27.43%

考慮退刀、臺面移動等其它因素的影響，綜合效率可提升：（23.66%～27.43）*80%≈18.92%～21.94%

需要說明的是，上式中的2.5 mm是理想UP值設(shè)定，如果要達(dá)到上面效果，就要保證主軸高度差在一定管控范圍內(nèi)（圖5所示），一般主軸高度極差不超過100 μm，同時還要對機床的基本技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行檢測，如用千分表對主軸徑跳進(jìn)行檢測，一般不超過20 μm；用拉力計對主軸夾緊力進(jìn)行檢測，一般不小于300；用步距規(guī)與塊規(guī)對機床X/Y軸的直線度、垂直度進(jìn)行檢測，一般偏差不大于10 μm；用千分表對Z軸與臺面的垂直度進(jìn)行檢測，一般不大于50 μm；用水平儀對臺面水平度（圖6所示）進(jìn)行檢測，一般控制在20 μm/m以內(nèi)。調(diào)整順序一般是先調(diào)整水平度，保證A、B、C、D四點應(yīng)在同一水平面內(nèi)，其誤差一般不超過20 μm/m，再調(diào)整主軸高度一致，然后再根據(jù)主軸高度去調(diào)整相應(yīng)的刀長/徑檢測器等輔助裝置。

圖5

圖6

以上的研究分析是業(yè)界技術(shù)人員所非常熟知的過程，但還是有些看似非常簡單的一些技術(shù)指標(biāo)沒有被有效監(jiān)控與利用，這些雖然是細(xì)節(jié)問題，但是對我們進(jìn)行深度挖掘設(shè)備潛能卻有著十分重要的意義。平面展開分析，很多水平線設(shè)備同樣也有諸多的切入點有待我們?nèi)ヌ骄浚虼?，要想提高生產(chǎn)效率，歸根結(jié)底，就必須在設(shè)備保養(yǎng)方面做足工作，只有對設(shè)備進(jìn)行了認(rèn)真、細(xì)致、全面、科學(xué)的維護(hù)與保養(yǎng)，同時加強對員工技能與意識的培訓(xùn)、建立建全管理機制與規(guī)范并有效落實，才能有的放矢開展工作。下面列舉幾種由于設(shè)備日常維護(hù)不足造成的產(chǎn)品缺陷：

3 最佳工藝參數(shù)的挖掘與應(yīng)用

科學(xué)合理的工藝參數(shù)設(shè)計來源于我們對理論知識的研究與撐握程度，對于機械數(shù)控鉆床而言，要想制定科學(xué)合理的工藝參數(shù)，以下幾方面內(nèi)容是必須要考慮的，具體如下：

首先，主軸的物理性能指標(biāo)必須要與理論設(shè)定值相匹配，其允許變動量應(yīng)控制在一定的范圍之內(nèi)，特別是對于一些長期使用的沉舊設(shè)備更是重要，如，主軸轉(zhuǎn)速S、進(jìn)給F、回縮B的損耗率應(yīng)控制在5%以內(nèi)，否則將會導(dǎo)致工藝基準(zhǔn)的偏離以及工藝參數(shù)的錯誤設(shè)計，給產(chǎn)品質(zhì)量與設(shè)備安全均帶來巨大隱患。

其次，最佳工藝參數(shù)的設(shè)計一定要在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下使設(shè)備效率最大化，追求生產(chǎn)系統(tǒng)的效率極限，損耗為零、浪費為零、事故為零、不良率為零等等為目標(biāo)，并從企業(yè)經(jīng)營的高處著眼開展的重要課題改善活動。如，當(dāng)數(shù)控鉆床的主軸轉(zhuǎn)速迅速地由60 kr/min提高到100～120 kr/min，接著很快推出160～180 kr/min甚至高達(dá)350 kr/min的時候，假設(shè)：

孔徑由φ0.60 mm降到φ0.30 mm時，為了使鉆小孔的孔壁質(zhì)量達(dá)到大孔的孔壁質(zhì)量，則V1=V2才能保證，即：

V1/V2=n1πD1/ n2πD2

n2= D1n1/D2

式中：

D1=φ0.60mm；D2=φ0.30mm；V1為D1的切削速度，V2為D2的切削速度，n1為鉆D1的數(shù)控鉆床的主軸轉(zhuǎn)速，n2為鉆D2的數(shù)控鉆床的主軸轉(zhuǎn)速。把有關(guān)數(shù)據(jù)代入，則得：

n2=2D1

這就是說，由于鉆孔直徑縮小1倍，則主軸轉(zhuǎn)速要提高1倍才能達(dá)到原來的鉆孔質(zhì)量和生產(chǎn)效率，這是理論是推導(dǎo)出來的，實際提高80%也是可以的。

通過上面的分析可知，最佳工藝參數(shù)的設(shè)計必須要有一定理論依據(jù)指導(dǎo)的，絕對不可盲目給出，也不可以只考慮生產(chǎn)效率的問題，如刀具壽命H、退刀速率B、停頓時間D的設(shè)計等等，在具體實施過程中，一定要通過客觀、具體、真實、系統(tǒng)的理論分析與實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行詳盡分析確定才可以，特別是在進(jìn)行刀具壽命測試時，要充分考慮孔位精度、孔壁狀態(tài)、孔邊毛刺、可靠性狀態(tài)、刀損狀態(tài)、斷刀率以及效率、成本方面進(jìn)行綜合分析考慮。

下面再以刀具鉆入墊板深度為例進(jìn)行分析：

圖7

圖中：

D1：有效深度

D：實際深度

虛線：墊板厚度的中線

說明：

這是刀具鉆入墊板深度效果示意圖，刀具鉆尖角度與直徑的不同，鉆入墊板深度會有很大差異，進(jìn)行鉆深參數(shù)設(shè)計時應(yīng)考慮以“有效深度”為目標(biāo)，并且以“有效深度”為基準(zhǔn)，設(shè)計不同規(guī)格刀具的Z軸補償值。

問題是，很多工程技術(shù)人員在設(shè)計加工參數(shù)時，并沒有從這個角度出發(fā)，也沒有考慮這樣的細(xì)節(jié)，如下圖所示，而是以刀尖至墊板上表面距離為準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計，忽略了刀尖高度的問題，這樣就導(dǎo)致孔深淺不一，如上圖中“D”所示，孔深極差超過500 μm，大大浪費了生產(chǎn)效率。如下圖所示：

圖8

圖9

說明：

按傳統(tǒng)計算方法：

假設(shè)墊板厚度為2.50 mm，刀徑為φ0.30 mm，DN值為1.25 mm，Z軸補償值為0.50 mm，則：

刀尖至墊板中心的距離=2.50-DN-Z軸補償=2.50-1.25-0.50=0.75 mm

按有效深度計算方法：

圖15所示，φ0.30 mm刀具的鉆尖角α=130°，β=25°，刀尖高度為：

h=φD÷2×tanβ=0.30÷2×0.466≈0.070 mm

如果設(shè)定“有效深度”即安全高度值為0.50mm，則，鉆頭鉆入墊板的深度應(yīng)為：

Z軸補償=墊板深度-DN-有效深度=2.50-1.25-0.50=0.75 mm

綜上分析，2種不同的計算方法使Z軸行程縮短了0.75-0.50=0.25 mm，即，每鉆1個孔的鉆孔行程距離就節(jié)省0.25 mm。

PCB鉆孔刀具規(guī)格有一百余種，板內(nèi)孔多達(dá)上萬或幾萬孔，如果按照上圖所示方法計算Z軸補償值，Z軸行程將得到很大的改善，鉆孔效率也必然得到有效改善。

最佳工藝參數(shù)的設(shè)定過程是一個不斷挖掘與創(chuàng)新的過程，這就要求工程技術(shù)人員對工藝設(shè)備、工藝制具等要有較深度的理論認(rèn)知，對工藝方法有較科學(xué)的探究與管理，只有這樣，才能真正發(fā)揮出設(shè)備的極限效率，不斷提升個人產(chǎn)值，為企業(yè)與行業(yè)的發(fā)展創(chuàng)造更多更大的貢獻(xiàn)。

4 科學(xué)、規(guī)范、完善的作業(yè)管理

科學(xué)、規(guī)范、完善的作業(yè)管理是有效提升生產(chǎn)力的有效手段，只有科學(xué)規(guī)范的管理，才能最大限度的提高生產(chǎn)效率、降低產(chǎn)品廢率，在具體實施過程中，我們認(rèn)為有以下幾點是必須要做到的：

首先，進(jìn)行科學(xué)、規(guī)范、合理的作業(yè)指導(dǎo)。作業(yè)指導(dǎo)是為了保證生產(chǎn)過程的產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定而制定的一種控制程序，是以工藝流程為主線，將具體操作步驟、方法、標(biāo)準(zhǔn)及頻次以文字及圖片的形式進(jìn)行說明的一種文件資料，內(nèi)容要簡明、扼要、精練、通俗易懂、深入淺出，方法要正確、科學(xué)、合理，培訓(xùn)要及時、連續(xù)、到位，使操作者能夠領(lǐng)會并接納認(rèn)可。

其次，進(jìn)行先進(jìn)的標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)訓(xùn)練，并全員參與管理。制定的完善的標(biāo)準(zhǔn)文件后，還要定期對操作進(jìn)行培訓(xùn)、監(jiān)督與指導(dǎo)，制定相關(guān)的報表、檢查表格與工作報告，使操作者在學(xué)習(xí)中工作、在工作中學(xué)習(xí)緊密的聯(lián)系在一起，并自我約束，自我管理，嚴(yán)格按工藝要求操作，避免浪費、消除浪費，全員參員，從老總到普通員工，從高層到生產(chǎn)一線，提高產(chǎn)品質(zhì)量意識與標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)管理的推進(jìn)，提高員工的生產(chǎn)效率、人均效率與產(chǎn)值，從而帶動企業(yè)整體的進(jìn)步、提升與快束發(fā)展。

鉆孔工序是一個以自動化加工為主的工序，對產(chǎn)前準(zhǔn)備及基礎(chǔ)化管理的要求相對較高，且十分重要。對于此項目而言，我們加強了在設(shè)備維護(hù)、刀具管理、參數(shù)優(yōu)化、標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)等幾方面的研究與控制，并結(jié)合其它技術(shù)手段，最終按預(yù)期目標(biāo)實現(xiàn)鉆孔工序的生產(chǎn)效率較目前相比至少提升20%以上，每月將增加產(chǎn)能至少4000 m2。

5 結(jié)論、今后課題及研究方向

以上是我們結(jié)合多年的實際工作經(jīng)驗與理論基礎(chǔ)而總結(jié)出來的在努力提升生產(chǎn)力水平方面的一點心得，在以后的工作學(xué)習(xí)與生活中，我們將繼續(xù)秉承規(guī)格嚴(yán)格/功夫到家的理念、刻苦鉆研的精神與科學(xué)的發(fā)展觀，努力挖掘新工藝、新方法，從自身做起，從細(xì)微處著手，為行業(yè)的進(jìn)步與企業(yè)的發(fā)展做出更多更大的貢獻(xiàn)，文中有不足之處，還請業(yè)界前輩同仁們多多給予批評指正。

[1]林金堵,梁志立等. 現(xiàn)代印制電路先進(jìn)技術(shù)[J]. 印制電路信息雜志社,2013,3.

[2]李旦,王廣林,李益民. 機械制造工藝學(xué)[J]. 哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社, 1997,10.

[3]韓榮第,周明.金屬切削原理與刀具[J]. 哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社, 1997,4.

[4]史長銀. TPM實戰(zhàn)手冊,廈門大學(xué)出版社, 2014,3.

紀(jì)龍江，技術(shù)中心副主任。

王俊浩，生產(chǎn)廠長。

王忠輝，機加工主管。

李冬梅，工程設(shè)計中心副經(jīng)理。

矯曉麗，技術(shù)中心知識產(chǎn)權(quán)專員。

Research and application on production efficiency of PCB numerical control drilling technology

JI Long-jiang WANG Jun-hao WANG Zhong-hui LI Dong-mei JIAO Xiao-li

CNC drilling process is an automatic process based on procedure, with relatively high management requirement for antenatal preparation. It is very important, and along with the development of science and technology it changes rapidly, and the requirements for the productive forces is more and more high. In order to meet the needs of modern development and technological progress, in all field we are seeking an effective way to improve the production efficiency and the means of production. The low efficiency seriously restrict the development of enterprises, the progress and improvement of technology. In this environment, we will focus on how to achieve the goal of improving production efficiency through the advanced technology and scientific and normative management. This paper describes the research and analysis from several aspects, through reasonable maintenance of CNC machine tool control, parameter optimization, standard work, and then takes the appropriate measures to achieve the purpose of improving production efficiency in the premise of ensuring product quality. In the specific implementation process, we first select 1 CNC drilling machine as the pilot study, then the plane promotion. In order to achieve the drilling process to improve the current capacity compared to at least promoting the effect of more than 20%. According to the processing method of this technology, according to the company's order structure and equipment status, we can monthly increase the production capacity at least 4000m2.

Drilling; Parameters; Efficiency

TN41

A

1009-0096（2015）03-0040-06