優(yōu)化銑板路徑提升效率研究

楊 烈

（廣東世運電路科技股份有限公司，廣東 江門 529728）

0 背景

計算機數字控制（CNC）銑板成型是PCB硬板最為普遍的成型方式之一，CNC銑板成型有板邊質量優(yōu)良的特點，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，比較昂貴的設備以及相對較低的銑板效率就會成為比較大的成本損耗。

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

1 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品質量前提下，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。

表1 影響CNC銑板效率的因素

2 CNC銑板程式優(yōu)化

2.1 設計規(guī)則

兼顧質量與成本因素，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，粗銑側重效率成本，精銑側重質量。在不影響產品質量的前提下，優(yōu)先以粗銑作為成本改善的出發(fā)點。

2.2 粗銑效率

粗銑的意義：將基材廢料銑掉，同時為精銑預留一定距離。

粗銑時間=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。

圖1 單set排版粗銑路徑

單set排版時粗銑刀延set邊逆時針行走一圈，預留0.05～0.15 mm距離。銑刀行程無浪費。

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行程用排版方式復制而來。若set粗銑順序為1-2-3-4，我們不難發(fā)現：

（1）粗銑set1時，粗銑刀效率接近100%；（2）粗銑set2時，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，也有一邊懸空，同樣粗銑刀效率約為75%左右；（4）粗銑set4時，有兩邊懸空，粗銑刀效率約為50%左右。

圖2 4 set排版粗銑路徑

結論：若粗銑路徑采用排版復制方法，那么粗銑刀有空行情況，存在浪費。

2.3.3 16 set排版粗銑路徑

16 set排版粗銑路徑見圖3所示。

圖3 16set排版粗銑路徑

按照4 set排版粗銑行程分析，16 set排版粗銑行程浪費更加嚴重。浪費多少呢？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：

浪費的粗銑刀的行程約為（520+600）×3=3360 mm

每趟板浪費的時間為：3360÷13=258 s=4 min18 s

2.4 解決粗銑行程浪費

解決粗銑浪費，就是要讓粗銑刀在盡可能短的行程內多銑廢料，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。

圖4 4set排版粗銑路徑

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。

經過優(yōu)化后發(fā)現：

（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次下刀提刀動作。比排版復制的方法節(jié)省1～2次下刀提刀動作。

16 set排版粗銑優(yōu)化示意（圖5）。

圖5 16 set排版粗銑路徑

經過優(yōu)化后發(fā)現：（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次下刀提刀動作。比排版復制的方法節(jié)省10次下刀提到動作。

2.5 減少必須銑掉的廢料面積

（1）set排版間距設定：對于銑板成型的產品，排版間距推薦1.8～2.0 mm，用1.7～1.9 mm粗銑刀；（2）set內過大的廢料塊考慮用銑機作業(yè)員手動去除；（3）銑機吸塵口能夠吸走一定尺寸的廢料，set內的廢料可以銑成細小碎塊即可。

3 成效預估

以每月10萬平方米交貨面積進行模擬，約需要生產35萬panel。平均每panel按6 set，panel尺寸約為500 mm×600 mm。銑機按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進行粗銑優(yōu)化后：

每趟板節(jié)省時長=（480×2+580）÷13+3次下刀時間≈120 s（2 min）

需要六軸銑機生產趟數=350000÷6÷3≈19444趟（此為理論每趟板都上滿6個軸來計算，實際生產過程中一定會出現沒有上滿的情況，所以實際趟數會高于計算結果）

每月可節(jié)省銑機臺數=14583×2 min÷60÷24÷28=0.96臺≈1臺

結論：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臺銑機的成本。

4 實施建議

建議參考4M變更流程進行：

（1）技術部、生產部、品質部挑選有代表性型號，試行；（2）記錄試行數據，產品質量、生產效率、操作流程、檢驗方法、風險預估、物料損耗等因素的檢討評估糾錯；（3）小批量導入，檢討評估糾錯；（4）修改正式SOP（標準操作程序）、培訓、大批量導入；（5）根據實際情況，評估舊型號是否更新設計；（6）成果總結。

5 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，減少換刀次數，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有基礎上優(yōu)化的；（2）技術部人員有質量意識的同時也需要有成本意識，銑板效率的提升是優(yōu)秀銑帶技術人員的考評指標之一；（3）行業(yè)內有不少銑板代工廠，這些代工廠是需要賺取利潤的，可以學習銑板代工公司的成本降低的方法。