数控刀具成本控制与管理分析论文.docx

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数控刀具成本控制与管理分析论文

数控刀具成本控制与管理分析

摘要

近年来，随着国内外工业的高速发展，数控机床（CNC）、加工中心（MC）、柔性制造单元（FMC）和柔性制造（FMS）得到日益广泛的应用。

那种单一品种、大规模的生产方式和多品种、小规模的生产方式已不再适应市场竞争的需要。

高速、高效、高稳定性、低成本的生产成为企业追求的目标。

但是数控刀具的切削性能的好坏严重影响产品的加工质量，从而影响到刀具成本。

刀具成本也因此成为企业降低成本过程中重点考虑因素。

我们必须对刀具整个寿命期内影响刀具成本的因素进行分析，并采取有效措施对关键因素进行改善，达到降低刀具成本，完善企业管理的目的。

在本课题的研究中，我们结合现代企业成本控制、管理理念对数控刀具管理的重要性进行了分析，应用精益六西格玛思想分析降低数控刀具使用成本。

根据产品全寿命周期管理的原理，对数控刀具全寿命周期管理及成本构成进行了分析；利用SIPOC图对工厂使用数控刀具的流程进行了分析；利用因果矩阵图、帕累托图分析法，找出了影响刀具使用成本的关键因素，并对关键因素进行改善分析；利用频数统计分析方法分析刀具报废情况的一致性，以及刀具的寿命统计情况；利用假设检验分析刀具费用是否符合正态分布。

最后我们对刀具成本控制和企业刀具一体化管理进行分析。

关键词：

数控刀具，成本，控制，管理

CNCtoolofcostcontrolandmanagement

ABSTRACT

Inrecentyears,withtherapiddevelopmentofindustryathomeandabroad,CNCmachinetools,machiningcenters,flexiblemanufacturingcellsandflexiblemanufacturinghavehadawiderangeofapplications,sothatmachinerymanufacturershaveundergonetremendouschanges.Thatasinglespecies,alarge-scaleproductionmethodsandmulti-species,small-scaleproductionisnolongertheneedtoadapttomarketcompetition,high-speed,highefficiency,highstability,low-costproductionasabusinessgoal.NCtoolcutting-performanceofthequalityoftheirproductsaffectsthequalityseriously,thusaffectingthecostofthetool.Costtooltoreducecosts,thereforebecomethefocusoftheprocessofconsideration.Costtooltoreducecosts,thereforebecomefocusontheprocessofconsideration.Weneedtothroughoutthelifeofthefactorsthataffectthecostofcuttingtoolsforanalysisandtakeeffectivemeasurestoimproveonthekeyfactorstoreducethetoolcosts,andimproveenterprisemanagement.

Inthesubjectstudy,wecombinemodernenterprisecostcontrol,managementoftheimportanceofNCtoolmanagementanalysis,ideologicalanalysisoftheapplicationofLeanSixSigmatoolusedtoreducethecostofCNC.Accordingtoproductlifecyclemanagementprinciples,NCtoolforlife-cyclemanagementandthecosttocarryouttheanalysis;SIPOCFigureofthefactorywiththeuseofdigitaltoolstocarryoutananalysisoftheprocess;Withcauseandeffectmatrixdiagram,Paretochartanalysis,theimpactofthetoolusedtoidentifythekeycostfactors,Andtoimprovetheanalysisofkeyfactors.Usingfrequencystatisticalanalysismethodanalysiscuttingtoolabandonmentsituationuniformity,aswellascuttingtoollifestatisticssituation;Usingsuppositionexaminationanalysiscuttingtoolexpensewhetherconformstothenormaldistribution.Finallywecarryontheanalysistothecuttingtoolcostcontrolandtheenterprisecuttingtoolintegrationmanagement.

KEYWORDS:

CNCcuttingtools,cost,control,management

1绪论

1.1课题背景

随着知识经济的到来，整个世界经济的发展趋势已由数量型经济向质量型经济转变，经济全球化、信息网络化的发展使企业面对的国内外市场竞争更为激烈，因此，面对日益激烈的市场竞争，企业要生存、发展，就必须采取措施改进现行成本管理的不足，立足战略管理的角度，建立健全成本管理体系。

21世纪初，数控技术的不断完善和数控加工的广泛应用，不仅使数控机床的自动诊断和自动编程有了很大发展，而且也出现了各种新型的数控系统，如：

小型计算机数控（CNC）、微机数控系统（MNC）、经济型数控（ENC）、自动换刀数控系统（MC）、自适应控制系统（AC）、计算机群控（DNC）、柔性制造系统（FMS）、计算机集成制造系统（CIMS）。

企业的生产效率、市场竞争力应此得到加强，但是，对于提倡高速、高效、高稳定性、低成本生产企业来说，不断上升的刀具成本又进一步的削弱了企业的竞争力，使企业丧失发展后劲。

因此，如何在满足产品质量的情况下降低数控刀具成本成为企业关注的重要课题！

我们必须对数控刀具应用过程、管理方法进行改善，降低数控刀具的使用成本，满足工厂、客户的需求。

1.2数控刀具的分类和选用

1.2.1数控刀具的分类

近年来，快速发展的数控加工工艺技术促进了数控刀具结构基础研究和新产品的研发。

数控刀具的分类方法很多：

按刀具切削部分的材料可分为高速钢、硬质合金、陶瓷、立方氮化硼（CBN）和金刚石等刀具;按刀具的结构形式可分为整体式、焊接式、机夹可转位式和涂层刀具（数控机床广泛使用机夹可转位式刀具）;按所使用机床的类型和被加工表面特征可分为车刀、铣刀和孔加工刀具等，表1-1就是数控刀具的简要分类。

表1-1数控刀具的分类

数

控

刀

具

机

夹

可

转

位

刀

具

铣

刀

面铣刀（刀片立装、平装）

立铣刀（球头立铣刀、过中心刃键槽、立铣刀）

角度铣刀（30度、45度、60度等）

成形铣刀（曲面、组合面、螺纹）

三面刃铣刀

孔加工刀具

镗刀（单刃、双刃）

钻头（深、浅孔；内、外冷却；内、外排屑）

铰刀（单刃、多刃；深、浅孔；内、外冷却；）

扩孔刀具

复合（组合）孔加工刀具

车刀（粗、精；内、外圆；球面；螺纹；成形；仿形）

拉刀（内、外表面；平面；组合式成形）

滚（挤）压刀具

工具联结模块、接炳

整

体

刀

具

硬

质

合金

镗刀；丝锥

钻头（深、浅孔；内、外冷却；阶梯）

立铣刀（球头立铣刀、过中心刃键槽、立铣刀）

铰刀（单刃、多刃；深、浅孔；内、外冷却；）

三面刃铣刀（整体、焊接）

复合（组合）孔加工刀具、挤压刀具等

催速刚

钻头（深、浅孔；内、外冷却；阶梯）

立铣刀（球头立铣刀、过中心刃键槽、立铣刀）

三面刃铣刀

铰刀（单刃、多刃；深、浅孔；内、外冷却；）

丝锥；扳牙滚（挤）压刀具

滚、插齿轮刀具、拉削刀具

超硬材料刀具

单晶金刚石车刀（天然、人造）

聚晶金刚石车刀、镗刀、铰刀、铣刀（成形、平面、三面刀）

聚晶立方氮化硼车刀、镗刀、铰刀、铣刀（成形、平面、三面刀）

陶瓷（氧化铝、氧化硅）车刀、铣刀（机夹可转位）

金属陶瓷（钛基）车刀；铣刀（基夹铣刀、整体立铣刀）

CVD;PCVD刀具（机夹硬质合金；高速钢刀具）

PVD刀具（机夹硬质合金、金属陶瓷刀片；整体硬质合金、高速钢刀具；复合孔加工刀具）

 1.2.2数控刀具的选用

刀具的选用与其使用条件，试件的材料、尺寸，断屑及刀具、刀片的生产供应等许多因素有关。

如选用适当不仅能使机床发挥出应有的效率，同时能提高加工质量，降低生产成本。

因此必须慎重对待，综合考虑。

一般选择原则如下：

⑴为了提高刀具的耐用度和可靠性，应尽量选用各种高性能，高效率，长寿命的刀具材料制成的刀具，如使用各种超硬材料人造聚晶金刚石，金刚石压层刀片，立方氮化硼cNB，cNB硬质合金复合片等，高性能复合陶瓷，涂层刀具。

⑵应选用机夹可转位刀具的结构。

普通车床及带有快换刀夹的数控车床因选用其刀尖位置精度要求较低的可转位刀具，刀尖到侧基面允差和刀尖高度允差为一O.33-0.39mm，刀尖到后基面允差为一2.5-2.9mm。

如要求刀具不经过预调使用，如：

使用圆盘形或圆锥形刀架，则应选用精密级可转位车刀，刀尖位置精度可达±0.08mmX方向和Y方向，换刀后经过试切补偿修正，可满足一般车削加下精度的要求。

⑶为了集中工序，提高生产率及保证加工精度，应尽可能采用复合刀具。

⑷精加工孔时可采用镗孔或铰孔工艺。

由于镗刀结构简单，刃磨和调整方便，因此只要在镗杆刚性足够的条件下，应尽量采用镗刀。

尤其是孔径在大于80cm的孔，过小的孔不宜用镗刀加工，不然由于镗杆过细，会引起振动而影响加工精度和表面粗糙度。

1.3刀具成本控制与管理的重要性

数控刀具的大量应用提高了我们的生产效率及产品质量，满足了客户需求，同时也带来了产品成本的上升。

如果我们不能控制产品成本，将削弱企业的赢利能力甚至使企业丧失市场竞争力。

机械制造业的生产过程涉及大量的机械加工，特别是金属切削加工所加工产品的尺寸、形状、位置精度、表面形貌等都与刀具有关，刀具的性能、质量及其管理直接影响到能否顺利加工出所需要的合格产品、加工节拍和生产效率。

制造成本的控制和降低，关系到制造型企业的核心竞争力。

面对机械加工和刀具技术的高速发展，面对现代制造业既要柔性还要高效生产的挑战，面对日益激烈的市场竞争和不断降低制造成本的压力，刀具的成本控制管理成为各制造企业日益关注的热点。

刀具费用在总的制造成本中所占比例约为3%-5%。

但是基于整个生产活动的成本分析，与刀具采购、供应、管理、使用等流程相关的间接成本远远超过刀具本身的费用，从而造成刀具成本在企业成本中占有相当大的比重。

因此，降低刀具成本成为制造企业的一项十分重要的工作。

我们必须对刀具的采购、物流、调整、修磨、刀具质量控制、刀具优化等各个环节进行有效管理,达到控制刀具成本的目的。

刀具管理水平的高低直接关系到刀具的成本控制，刀具管理既能保证生产线及时得到符合要求的所需刀具，又能使库存刀具数量保持在最低的必要水平上；使得流动资金

的占用及其引起的财务费用降到最低；对刀具发生异常损耗及时快速的反应，确保生产正常进行。

1.4精益六西格玛简介

精益六西格玛是一种管理技术，是对由人、设备材料和信息等要素组成的工作系统进行整合、设计和改进、优化的一门工程学。

工作系统决定了精益六西格玛宽广的应用领域。

任何工作系统都是人工设计的系统，系统的优化和改进关系到系统效应的发挥和系统的生命力。

精益六西格玛所拥有一系列方法和技术都是改进和优化工作系统的利器。

精益六西格玛是精益生产与6西格玛管理的结合，其本质是消除浪费。

精益6西格玛管理的目的是通过精益生产与6西格玛管理，吸收两种生产模式的优点，弥补单个生产模式的不足，达到更佳的管理效果。

精益6西格玛不是精益生产和6西格玛的简单相加，而是二者的互相补充、有机结合。

精益的思想起源于上世纪40年代后期。

日本丰田汽车公司经理大野耐进一步发展其理念，使工作效率和利润率都得到大幅度提高——即以越来越少的投入获得越来越多的产出。

六西格玛概念于1986年由摩托罗拉公司的比尔·史密斯提出，旨在生产过程中降低产品及流程的缺陷次数，防止产品变异，提升品质。

六西格玛是在九十年代中期从一种全面质量管理方法演变成为一个高度有效的企业流程设计、改善和优化的技术，并提供了一系列同等地适用于设计、生产和服务的新产品开发工具。

六西格玛是全世界上追求管理卓越性的企业最为重要的战略举措，并逐步发展成为以顾客为主体来确定企业战略目标和产品开发设计的标尺，追求持续进步的一种管理哲学。

精益六西格玛是一种能有效协调各种生产技能、各种资源和各类系统的整合技术。

对于追求高速、高效、高稳定性、低成本的企业来说，能否有效的运用精益六西格玛管理理念关系到企业核心竞争力的提高。

运用精益六西格玛管理理念可以有效的促进企业的发展，加快企业发展的步伐！

而在我国的企业，实际上已面临管理差距或管理落后的严峻挑战，企业必须始终以质量为中心进行经营，才能达此目标，在质量活动中加强现场管理是根本。

企业要提高生产力、降低成本，持续挖掘内部潜力，树立竞争优势的，就必须将目光投到企业的现场管理中来。

精益六西格玛符合这种要求。

精益六西格玛内容主要广泛：

①在更短的时间内为顾客提供更高质量的服务。

②改进流程，消除缺陷，减少波动。

③团队精诚合作以获取最大的产出。

④以数据和事实驱动管理，所有的决策都以事实和数据为基础。

预防性的管理。

1.5课题研究的基本内容

在本课题的研究中，我们主要基于刀具成本控制管理进行系统性、全面性分析，找出影响数控刀具成本的因素，对刀具进行有效管理，降低数控刀具的成本。

本课题研究的主要内容包括以下几个方面：

①精益六西格玛概述；

②刀具全寿命周期管理成本分析；

③数控刀具成本的主要因素分析；

④影响数控刀具成本关键因素的改善途径分析；

⑤数控刀具成本控制分析；

⑥数控刀具的一体化管理；

2精益六西格码概述及SPSS软件介绍

2.1精益六西格码管理的基本理念

精益思想包括精益生产、精益管理、精益设计和精益供应等一系列思想，其核心是通过“及时适量”、“零库存”、“传票卡”等现场管理手段实现“订货生产”，从而确保产品质量并降低成本。

精益思想最初是体现在对产品质量的控制中，即指不追求产品的成本优势和技术领先，而是强调产品的成本与技术的合理匹配、协调。

此后，企业界将精益思想逐步引伸、延展到企业经营活动的全过程，即追求企业经营投入和经济产出的最大化、价值最大化。

从字面意思来看，“精”体现在质量上，追求“尽善尽美”、“精益求精”；“益”体现在成本上，只有成本低于行业平均成本的企业才能获得收益。

因而，精益思想追求的是用户和企业都满意的质量、追求成本与质量的最佳配置、追求产品性能价格的最优比。

6σ是关于测量过程失误的一个统计学概念。

达到6σ，就意味着不能满足顾客需求的可能性只有百万分之三点四，即一百万次中不可超过3.4次失误，接近零缺陷。

σ水平与合格率、百万机会缺陷数（简称DPMO）的关系见表2-1。

表2-1ó水平与合格率、DPMO的关系

ó水平

合格率（%）

DPMO

1ó

30．85

690000

2ó

69．15

308000

3ó

93．32

66800

4ó

99．38

6210

5ó

99．977

230

6ó

99．99966

3．4

2.2精益六西格码质量经济观

六西格玛质量管理是建立在测量、试验和统计学基础上的现代质量管理方法。

六西格玛质量表示的质量特性缺陷率仅为3.4ppm，即在生产或服务过程中每百万次出现缺陷的机会仅为3.4个（次），产品或服务的合格率达到99.9997%。

六西格码模式由摩托罗拉公司于1993年率先开发，采取六西格码模式管理后，该公司平均每年提高生产率12.3%，由于质量缺陷造成的费用消耗减少了84%，运作过程中的失误率降低99.7%。

可以看出提高到6σ质量之后，企业的质量水平明显提高，质量成本占总成本的比重明显减少。

一个企业要提高企业经济效益有两种方式：

一是增加收入（销售额）、利润和市场份额；二是降低经营所需资源的成本。

通过实施六西格码改善各个环节，降低质量成本的比重。

改进经济效益的结构图如图2-1

图2-1改进经济效益的结构图

2.3精益六西格玛管理的核心内容及其原则

2.3.1精益六西格码管理的核心内容

精益思想的核心就是（消除浪费）以越来越少的投入——较少的人力、较少的设备、较短的时间和较小的场地创造出尽可能多的价值；同时也越来越接近用户，提供他们确实要的东西。

精确地定义价值是精益思想关键性的第一步；确定每个产品（或在某些情况下确定每一产品系列）的全部价值流是精益思想的第二步；紧接着就是要使保留下来的、创造价值的各个步骤流动起来，使需要若干天才能办完的订货手续，在几小时内办完，使传统的物资生产完成时间由几个月或几周减少到几天或几分钟；随后就要及时跟上不断变化着的顾客需求，因为一旦具备了在用户真正需要的时候就能设计、安排生产和制造出用户真正需要的产品的能力，就意味着可以抛开销售，直接按用户告知的实际要求进行生产，这就是说，可以按用户需要拉动产品，而不是把用户不想要的产品硬推给用户。

6σ管理的核心内容包括几个方面：

（1）真诚关注顾客。

对顾客满意和价值所产生的影响来评价项目成效。

（2）以数据和事实驱动管理。

一切建立在数据和事实基础上，数据是科学的充分依据，以数据为依据，以事实为准绳，管理就能事半功倍。

（3）采取的措施应基于过程。

过程是实现目标的必经之路，6σ管理将过程视为成功的载体，无论是问题的发现、分析和采取的改进措施，都针对过程。

（4）预防性的管理。

对那些常被忽略的活动养成习惯,制定理想目标并经常评审，设定清楚的优先级，事前预防而非事后补救，询问做事理由而不是因循惯例盲目遵从。

切实做到预防性的管理是创造性和有效变革的起点，而绝不会令人厌烦或觉得分析过度。

要提倡综合利用工具和方法，以动态的、积极的、预防性的管理风格取代被动的管理习惯。

（5）无边界的合作。

6σ管理的实施，加强了上下级和跨部门的团队工作，改进了企业内部的协作以及与外方合作，而合作机会增多，也加速了业务的发展。

（6）追求完美，容忍失败。

不尝试新主意和新方法，企业就无法达到或接近6σ水平，变革伴随风险，6σ管理倡导冒险，崇尚完美，但更能容忍在探索复杂世界征途中的失败。

2.3.2精益六西格码管理原则

精益六西格玛管理的基本原则是：

提高顾客满意度和降低资源成本。

图2-2精益六西格玛原则

在任何时候，顾客满意的情况对组织而言都是极为重要的。

要提高顾客满意度就需要我们提高顾客满意度价值。

顾客满意度的价值，就是对顾客满意度的作用或其影响效果所作的深入分析，本文通过相关文献的梳理，找出影响顾客满意度的因素和提升策略，以对企业的管理实践提供有益参考。

满意度价值表现之一就是满意度跟忠诚度之间的联系（见图2-3），这就需要我们提高服务质量，让满意度最终转变为为企业的价值服务。

但对顾客有益的不一定会对组织有利，而且企业为实现顾客满意所作的各种努力与以赢利所做的努力之间是断裂的，没有建立任何联系，因而精益六西格玛将注意力同时集中在顾客和企业两面（见图2-4）。

图2-3满意度与忠诚度的关系

图2-4精益六西格玛原则

降低资源成本和风险是精益六西格玛管理的另一原则。

在六西格玛管理中常常用到这样的术语——质次成本COPQ（CostofPoorQuality）,它是指由于质量不良而造成的成本损失,或者说是由于我们没有”第一次就把事情做对做好”而额外付出的成本.根据费根堡姆博士的PAF（预防、鉴定和故障）质量模型,质次成本是指不给过程增值的那一部分运行成本。

它既包括非符合性成本，又包括符合性成本中不增值的一部分。

具体包括内部损失成本、外部损失成本、预防成本（不增值部分）、鉴定成本（分析问题部分）。

（1）内部损失成本。

是指产品在送达客户之前发现问题的补救支出，涉及的方面包括废品、返工、库存、维修点、重新设计、运输救援、补救、行动汇报以及因产品或服务不合要求导致的延误。

（2）外部损失成本。

是指因客户发现问题而由企业承担的补救性支出，包括保修、接待客户投诉、产品更换、产品回收、运费、担保数据分析、客户跟踪调查和区域服务机构。

（3）预防成本（不增值部分）。

是企业的计划性支出#专门用来确保在产品交付（包括产品的设计、开发、生产与运输）和服务的各个环节不出现失误。

具体包括、教育与培训、持续的质量改善工作、质量管理人员投入、流程控制、市场调查、实地检测以及预防性维护。

（4）鉴定成本是指在交付和服务环节上对产品或服务进行检查、监测或评估的支出。

这类支出项目包括：

进货检查、内部产品审核、产品检查、库存清点、质量管理人员薪金、供货商评估与审核报告。

我们可以得出这样一个成本模型，如表2-2：

表2-2成本模型

符合性质量成本

（CostOfConformity）

预防成本

鉴定成本（预先检验预防）

非符合性质量成本

（CostOfNonconformity）

鉴定成本（查明故障原因）

故障成本（内部或外部）

精益六西格玛管理，要求降低经营资源成本，就要降低非符合性成本和符合性成本。

通过有效的手段，找出不增值的部分，加以改进，从而降低成本和风险。

当然，要做到这一点，就必须实施质量成本分析，界定质量改进项目。

2.4精益六西格玛实施

应用精益六西格玛方法实现业绩目标，有三个过程也可称为三种载体，分别为6SIGMA过程（PFSS）、6SIGMA策划（DFSS）和6SIGMA组织（OFSS）。

精益六西格玛过程（PFSS）着重消除与体系和过程有关的错误和风险，特别是与现行体系或过程的操作直接有关的影响顾客满意度和降低成本的错误和风险。

PFSS的目标很简单，即在对体系或过程的操作很关键的使顾客满意和成本最少的价值点上，使百万次机会中出现的不符合不超过3.4个。

精益六西格玛策划（DFSS）着重消除与产品、体系或过程的设计有关的多种形式的错误和风险。

进一步研究可以发现，DFSS具有两个同等重