CNC鑼板效率提升研究

PCB硬板成型方式一般有CNC鑼板成型、模具沖壓成型、v-cut、斜邊等。文中通過優(yōu)化CNC鑼板粗鑼刀行刀路徑來實(shí)現(xiàn)鑼板效率提升，降低鑼板成本。

0 背景

CNC鑼板成型是PCB硬板最為普遍的成型方式之一。CNC鑼板成型有板邊質(zhì)量優(yōu)良的特點(diǎn)，并且對(duì)于樣品和小批量訂單有明顯的成本優(yōu)勢。而對(duì)于大批量訂單，客戶指定CNC鑼板成型時(shí)，比較昂貴的設(shè)備以及相對(duì)較低的鑼板效率就會(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鑼板效率是降低生產(chǎn)成本的方式之一。下文就如何提升CNC鑼板效率做出了一些研究并提出改善建議。

1 影響CNC鑼板效率的因素

表1從5M1E角度分析影響CNC鑼板效率的因素。

表1 影響CNC鑼板效率的因素

在不增加額外成本、不降低產(chǎn)品質(zhì)量前提下，鑼板程式的優(yōu)化意味著鑼板效率提升，相對(duì)來說是CNC鑼板效率提升比較有效的方法。

2 CNC鑼板程式優(yōu)化

2.1 設(shè)計(jì)規(guī)則

兼顧質(zhì)量與成本因素，CNC鑼板常見的規(guī)則是粗鑼+精鑼的方法。粗鑼鑼廢料，精鑼使成型邊滿足尺寸要求和外觀要求。從功能來講，粗鑼側(cè)重效率成本，精鑼側(cè)重質(zhì)量。

在不影響產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，優(yōu)先以粗鑼作為成本改善的出發(fā)點(diǎn)。

2.2 粗鑼效率

粗鑼的意義：將基材廢料鑼掉，同時(shí)為精鑼預(yù)留一定距離。

粗鑼時(shí)間=必須鑼掉的廢料面積÷粗鑼刀效率。(※特別注意：粗鑼行程×鑼刀直徑≠鑼廢料面積)

按照以上分析，若要減少粗鑼時(shí)間，需要提高粗鑼刀效率，減少必須鑼掉的廢料面積。

2.3 粗鑼現(xiàn)狀分析

2.3.1單set排版粗鑼路徑

圖1 單set排版粗鑼路徑

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

2.3.2 4set排版粗鑼路徑

圖2 4set排版粗鑼路徑

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

(1)粗鑼set1時(shí)，粗鑼刀效率接近100%。

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

(3)同理，粗鑼set3時(shí)，也有一邊懸空，同樣粗鑼刀效率約為75%左右。

(4)粗鑼set4時(shí)，有兩邊懸空，粗鑼刀效率約為50%左右。

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

2.3.3 16set排版粗鑼路徑

圖3 16set排版粗鑼路徑

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

浪費(fèi)的粗鑼刀的行程約為：

(520+600)×3=3360mm

每趟板浪費(fèi)的時(shí)間為：

3360÷13=258秒=4分鐘18秒

2.4 解決粗鑼行程浪費(fèi)

解決粗鑼浪費(fèi)，就是要讓粗鑼刀在盡可能短的行程內(nèi)多鑼廢料，盡量避免空行。下面就4排版和16排版為例，精簡粗鑼行程，讓粗鑼刀每趟避免空行。

4set排版粗鑼優(yōu)化示意：

圖4 4set排版粗鑼路徑

優(yōu)化后的4set排版粗鑼路徑說明：

第一刀：粗鑼排版中間的圓弧區(qū)域。

※說明：若set四角圓弧R≤5.0mm，粗鑼可以不用理會(huì)圓弧區(qū)域，直接用精鑼完成。

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≤5.0mm，粗鑼可以走直線，圓弧區(qū)域直接用精鑼完成。

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，其它粗鑼路徑銑刀利用率很高，基本沒有空行，鑼刀效率非常高。

(2)四排版粗鑼只用了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。

16set排版粗鑼優(yōu)化示意：

圖5 16set排版粗鑼路徑

經(jīng)過優(yōu)化后發(fā)現(xiàn)：

(1)粗鑼路徑銑刀利用率很高，基本沒有空行，鑼刀效率非常高。

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

2.5 減少必須鑼掉的廢料面積

(1)set排版間距設(shè)定：對(duì)于鑼板成型的產(chǎn)品，排版間距推薦1.8~2.0mm，用1.7~1.9mm粗鑼刀。

(2)set內(nèi)過大的廢料塊考慮用鑼機(jī)作業(yè)員手動(dòng)去除。

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

3 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6set，panel尺寸約為500×600mm。鑼機(jī)按6軸，疊板按3片。排版間距為2.0mm，按常規(guī)使用1.8mm粗鑼刀，行速為13mm/秒。按照本文3.4進(jìn)行粗鑼優(yōu)化后：

每趟板節(jié)省時(shí)長=(480×2+580)÷13+3次下刀時(shí)間≈120秒=2分鐘

需要六軸鑼機(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)省鑼機(jī)臺(tái)數(shù)=14583×2分鐘÷60÷24÷ 28=0.96臺(tái)≈1臺(tái)

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

4 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(píng)估糾錯(cuò)。

(3)小批量導(dǎo)入，檢討評(píng)估糾錯(cuò)。

(4)修改正式SOP，培訓(xùn)，大批量導(dǎo)入。

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

(6)成果總結(jié)。

5 水平展開/延伸

(1)提升鑼板效率，從鑼帶制作角度來看，無非就是減少鑼程長度，減少下刀提刀次數(shù)，減少換刀次數(shù)，盡量讓每一次鑼程都有效。在遵循粗鑼+精鑼原則下，精鑼路徑也是可以在現(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)，鑼板效率的提升是優(yōu)秀鑼帶技術(shù)人員的考評(píng)指標(biāo)之一。

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