就如何提升CNC銑板效率做出了一些研究和建議

摘要：NC銑板是PCB成型方式之一。文中通過優(yōu)化CNC銑板的粗銑刀行刀路徑來實(shí)現(xiàn)銑板效率提升，降低銑板成本。

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背景

計(jì)算機(jī)數(shù)字控制（CNC）銑板成型是PCB硬板最為普遍的成型方式之一，CNC銑板成型有板邊質(zhì)量優(yōu)良的特點(diǎn)，并且對于樣品和小批量訂單有明顯的成本優(yōu)勢。而對于大批量訂單，客戶指定CNC銑板成型時(shí)，比較昂貴的設(shè)備以及相對較低的銑板效率就會(huì)成為比較大的成本損耗。

在不影響產(chǎn)品質(zhì)量的前提下提升CNC銑板效率是降低生產(chǎn)成本的方向。下文就如何提升CNC銑板效率做出了一些研究和建議。

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影響CNC銑板效率的因素

從5M1E角度分析影響CNC銑板效率的因素（表1）。在不增加額外成本不降低產(chǎn)品質(zhì)量前提下，銑板程式的優(yōu)化意味著銑板效率提升，相對來說是CNC銑板效率提升比較有效的方法。

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CNC銑板程式優(yōu)化

2.1 設(shè)計(jì)規(guī)則

兼顧質(zhì)量與成本因素，CNC銑板常見的規(guī)則是粗銑+精銑的方法。粗銑銑除廢料，精銑使成型邊滿足尺寸要求和外觀要求。從功能來講，粗銑側(cè)重效率成本，精銑側(cè)重質(zhì)量。在不影響產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，優(yōu)先以粗銑作為成本改善的出發(fā)點(diǎn)。

2.2 粗銑效率

粗銑的意義：將基材廢料銑掉，同時(shí)為精銑預(yù)留一定距離。

粗銑時(shí)間=必須銑掉的廢料面積÷粗銑刀效率。（※特別注意：粗銑行程×銑刀直徑≠銑廢料面積）

按照以上分析，若要減少粗銑時(shí)間，需要提高粗銑刀效率，減少必須銑掉的廢料面積。

2.3 粗銑現(xiàn)狀分析

2.3.1 單set排版粗銑路徑

單set排版粗銑路徑圖1所示。

單set排版時(shí)粗銑刀延set邊逆時(shí)針行走一圈，預(yù)留0.05~0.15 mm距離。銑刀行程無浪費(fèi)。

2.3.2 4 set排版粗銑路徑

4 set排版粗銑路徑見圖2所示。

4 set排版粗銑行程使用單set行程用排版方式復(fù)制而來。若set粗銑順序?yàn)?-2-3-4，我們不難發(fā)現(xiàn)：

（1）粗銑set1時(shí)，粗銑刀效率接近100%；

（2）粗銑set2時(shí)，set2左邊懸空，粗銑刀有在懸空邊空行，粗銑刀效率約為70%~75%；

（3）同理，粗銑set3時(shí)，也有一邊懸空，同樣粗銑刀效率約為75%左右；

（4）粗銑set4時(shí)，有兩邊懸空，粗銑刀效率約為50%左右。

結(jié)論：若粗銑路徑采用排版復(fù)制方法，那么粗銑刀有空行情況，存在浪費(fèi)。

2.3.3 16 set排版粗銑路徑

16 set排版粗銑路徑見圖3所示。

按照4 set排版粗銑行程分析，16 set排版粗銑行程浪費(fèi)更加嚴(yán)重。浪費(fèi)多少呢？若此PNL板尺寸為540 mm×620 mm，排版間距為2.0 mm，按常規(guī)使用1.8 mm粗銑刀，行速為13 mm/s。那么：

浪費(fèi)的粗銑刀的行程約為（520+600）×3=3360 mm

每趟板浪費(fèi)的時(shí)間為：3360÷13=258 s=4 min18 s

2.4 解決粗銑行程浪費(fèi)

解決粗銑浪費(fèi)，就是要讓粗銑刀在盡可能短的行程內(nèi)多銑廢料，盡量避免空行。下面就4排版和16排版為例，精簡粗銑行程，讓粗銑刀每次避免空行。4 set排版粗銑優(yōu)化示意（圖4）。

優(yōu)化后的4set排版粗銑路徑說明：

第一刀：粗銑排版中間的圓弧區(qū)域。

※說明：若set四角圓弧R≤5.0 mm，粗銑可以不用理會(huì)圓弧區(qū)域，直接用精銑完成。

第二刀：從左至右一刀，將pnl平分。

※說明：類似于寫“田”字，先寫中間一橫，再一筆寫“日”字。

第三刀：在pnl中上方下刀，圍繞set邊行刀。

※說明：若set四角圓弧R≤5.0 mm，粗銑可以走直線，圓弧區(qū)域直接用精銑完成。

經(jīng)過優(yōu)化后發(fā)現(xiàn)：

（1）除排版正中心的圓弧區(qū)域外，其它粗銑路徑銑刀利用率很高，基本沒有空行，銑刀效率非常高。

（2）四排版粗銑只用了2~3次下刀提刀動(dòng)作。比排版復(fù)制的方法節(jié)省1~2次下刀提刀動(dòng)作。

16 set排版粗銑優(yōu)化示意（圖5）

經(jīng)過優(yōu)化后發(fā)現(xiàn)：

（1）粗銑路徑銑刀利用率很高，基本沒有空行，銑刀效率非常高；

（2）粗銑只用了6次下刀提刀動(dòng)作。比排版復(fù)制的方法節(jié)省10次下刀提到動(dòng)作。

2.5 減少必須銑掉的廢料面積

（1）set排版間距設(shè)定：對于銑板成型的產(chǎn)品，排版間距推薦1.8~2.0 mm，用1.7~1.9 mm粗銑刀；

（2）set內(nèi)過大的廢料塊考慮用銑機(jī)作業(yè)員手動(dòng)去除；

（3）銑機(jī)吸塵口能夠吸走一定尺寸的廢料，set內(nèi)的廢料可以銑成細(xì)小碎塊即可。

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成效預(yù)估

以每月10萬平方米交貨面積進(jìn)行模擬，約需要生產(chǎn)35萬panel。平均每panel按6 set，panel尺寸約為500 mm×600 mm。銑機(jī)按6軸，疊板按3片。排版間距為2.0 mm，按常規(guī)使用1.8 mm粗銑刀，行速為13 mm/s。按照本文3.4進(jìn)行粗銑優(yōu)化后：每趟板節(jié)省時(shí)長=（480×2+580）÷13+3次下刀時(shí)間≈120 s（2 min）

需要六軸銑機(jī)生產(chǎn)趟數(shù)=350000÷6÷3≈19444趟（此為理論每趟板都上滿6個(gè)軸來計(jì)算，實(shí)際生產(chǎn)過程中一定會(huì)出現(xiàn)沒有上滿的情況，所以實(shí)際趟數(shù)會(huì)高于計(jì)算結(jié)果）每月可節(jié)省銑機(jī)臺(tái)數(shù)=14583×2 min÷60÷24÷28=0.96臺(tái)≈1臺(tái)

結(jié)論：粗銑行程優(yōu)化后，每10萬平方米的出貨面積，每月可以節(jié)約1臺(tái)銑機(jī)的成本。

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實(shí)施建議

建議參考4M變更流程進(jìn)行：

（1）技術(shù)部、生產(chǎn)部、品質(zhì)部挑選有代表性型號(hào)，試行；

（2）記錄試行數(shù)據(jù)，產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)效率、操作流程、檢驗(yàn)方法、風(fēng)險(xiǎn)預(yù)估、物料損耗等因素的檢討評估糾錯(cuò)；

（3）小批量導(dǎo)入，檢討評估糾錯(cuò)；

（4）修改正式SOP（標(biāo)準(zhǔn)操作程序）、培訓(xùn)、大批量導(dǎo)入；

（5）根據(jù)實(shí)際情況，評估舊型號(hào)是否更新設(shè)計(jì)；

（6）成果總結(jié)。

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水平展開/延伸

（1）提升銑板效率，從銑帶制作角度來看，無非就是減少銑程長度，減少下刀提刀次數(shù)，減少換刀次數(shù)，盡量讓每一次銑程都有效。在遵循粗銑+精銑原則下，精銑路徑也是可以在現(xiàn)有基礎(chǔ)上優(yōu)化的；

（2）技術(shù)部人員有質(zhì)量意識(shí)的同時(shí)也需要有成本意識(shí)，銑板效率的提升是優(yōu)秀銑帶技術(shù)人員的考評指標(biāo)之一；

（3）行業(yè)內(nèi)有不少銑板代工廠，這些代工廠是需要賺取利潤的，可以學(xué)習(xí)銑板代工公司的成本降低的方法。