刀具成本毕业论文

I

毕 业 论 文

题目： 数控刀具成本控制与管理分析

学 生： 李轩 学 号： 2808131 院 （系）： 机电工程学院 专 业： 机械制造及其自动化 指导教师： 张斌

2012 年 06 月14 日

II

陕 西 科 技 大 学

毕业设计（论文）任务书

机电工程学院机械设计制造及其自动化专业 镐机械081 班级 学生：李轩 题目： 数控刀具成本控制与管理分析 毕业设计（论文）从2012 年02 月28日起到 2012年 06 月 14 日 课题的意义及培养目标：

1通过对数控刀具成本控制与管理分析，系统的、灵活的运用所学专业知识进行部件的设计。

2通过毕业设计，可以进一步加深学生对机械设计与制造方面知识的理解，明白作为一名机械设计与制造人员工作的流程与职责。并达到学以致用的目的。为后续研究或将来的实际工作打下基础。

3培养独立完成一项完整项目的能力

设计（论文）所需收集的原始数据与资料：

(1) 黄建球，楼应侯. 机械制造技术基础. 机械工业出版社 (2)贾利刚.FMS中刀具管理信息系统的研究及开发[硕士学位论文].昆明理工大学.2008.02.28

(3)张公绪，孙静.新编质量管理学[第二版].高等教育出版社.2003.08 (4)门超.MasterCAM环境下刀具切削参数的自动优化方法.承德石油高的呢个专科学校工业技术中心

III

课题的主要任务（需附有技术指标分析）：

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； 设计（论文）进度安排及完成的相关任务（以教学周为单位）：

周 次 2-6周 设计（论文）任务及要求 收集精益六西格玛资料 7-10周 学习刀具全寿命周期管理 11-1213-1516-17 分析数控刀具成本的主要因素 分析影响数控刀具成本关键因素的改善途径。 整理说明书，准备答辩

学生签名： 李轩 日期： 2012.6.10

指导教师： 日期： 教研室主任： 日期：

IV

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

V

CNC tool of cost control and management

ABSTRACT

In recent years, with the rapid development of industry at home and abroad, CNC machine tools, machining centers, flexible manufacturing cells and flexible manufacturing have had a wide range of applications, so that machinery manufacturers have undergone tremendous changes. That a single species, a large-scale production methods and multi-species, small-scale production is no longer the need to adapt to market competition, high-speed, high efficiency, high stability, low-cost production as a business goal. NC tool cutting-performance of the quality of their products affects the quality seriously, thus affecting the cost of the tool. Cost tool to reduce costs, therefore become the focus of the process of consideration. Cost tool to reduce costs, therefore become focus on the process of consideration. We need to throughout the life of the factors that affect the cost of cutting tools for analysis and take effective measures to improve on the key factors to reduce the tool costs, and improve enterprise management.

In the subject study, we combine modern enterprise cost control, management of the importance of NC tool management analysis, ideological analysis of the application of Lean Six Sigma tool used to reduce the cost of CNC. According to product life cycle management principles, NC tool for life-cycle management and the cost to carry out the analysis; SIPOC Figure of the factory with the use of digital tools to carry out an analysis of the process; With cause and effect matrix diagram, Pareto chart analysis, the impact of the tool used to identify the key cost factors, And to improve the analysis of key factors. Using frequency statistical analysis method analysis cutting tool abandonment situation uniformity, as well as cutting tool life statistics situation; Using supposition examination analysis cutting tool expense whether conforms to the normal distribution. Finally we carry on the analysis to the cutting tool cost control and the enterprise cutting tool integration management. KEY WORDS: CNC cutting tools, cost, control, management

VI

目 录

1 绪论 ........................................................................................................................................ 1 1.1课题背景 .......................................................................................................................... 1 1.2数控刀具的分类和选用 .................................................................................................. 1 1.2.1数控刀具的分类 ....................................................................................................... 1 1.2.2数控刀具的选用 ....................................................................................................... 3 1.3刀具成本控制与管理的重要性....................................................................................... 3 1.4精益六西格玛简介 .......................................................................................................... 4 1.5课题研究的基本内容 ...................................................................................................... 5 2 精益六西格码概述及SPSS软件介绍 ................................................................................... 6 2.1精益六西格码管理的基本理念....................................................................................... 6 2.2精益六西格码质量经济观 .............................................................................................. 6 2.3精益六西格玛管理的核心内容及其原则 ....................................................................... 7 2.3.1精益六西格码管理的核心内容 ............................................................................... 7 2.3.2精益六西格码管理原则 ........................................................................................... 8 2.4 精益六西格玛实施 ....................................................................................................... 10 2.5 SPSS软件介绍 .............................................................................................................. 11 2.5.1 SPSS软件功能介绍 ............................................................................................... 11 2.5.2 SPSS软件操作环境介绍 ....................................................................................... 12 2.5.3 SPSS软件常见功能 ............................................................................................... 13 3 数控刀具使用成本分析 ....................................................................................................... 15 3.1刀具全寿命周期管理 .................................................................................................... 15 3.2数控刀具使用流程分析 ................................................................................................ 15 3.2.1数控刀具的SIPOC模型 ......................................................................................... 15 3.2.2工艺处理子流程 ..................................................................................................... 16 3.2.3数控编程子流程 ..................................................................................................... 17 3.2.4加工实验子流程 ..................................................................................................... 18 3.2.5刀具寿命分析子流程 ............................................................................................. 19 3.3 数控刀具历史数据统计分析........................................................................................ 20 3.3.1刀片寿命统计 ......................................................................................................... 20 3.3.2 机床操作人员技术水平测试 ................................................................................ 23 3.4数控刀具使用成本关键因素筛选................................................................................. 24 3.5关键因素改善 ................................................................................................................ 25

VII

3.5.1数控刀具失效机理 ................................................................................................. 25 3.5.2关键因素改善 ......................................................................................................... 28 3.6本章小结 ........................................................................................................................ 29 4数控刀具使用成本控制分析 ................................................................................................ 30 4.1控制原则 ........................................................................................................................ 30 4.1.1全面介入原则 ......................................................................................................... 30 4.1.2例外管理原则 ......................................................................................................... 30 4.1.3质量稳定的原则 ..................................................................................................... 30 4.1.4效益稳定原则 ......................................................................................................... 30 4.2数控刀具使用成本控制办法......................................................................................... 30 4.2.1事前控制 ................................................................................................................. 30 4.2.2事中控制 ................................................................................................................. 31 4.2.3事后控制 ................................................................................................................. 32 4.3刀具成本控制流程 ........................................................................................................ 33 4.4刀具费用统计分析 ........................................................................................................ 34 4.5本章小结 ........................................................................................................................ 35 5刀具一体化管理.................................................................................................................... 36 5.1刀具管理系统的基本要求 ............................................................................................ 36 5.2系统功能分析 ................................................................................................................ 36 5.3系统设计 ........................................................................................................................ 37 5.4本章小结 ........................................................................................................................ 37 6总 结 ..................................................................................................................................... 38 致 谢 ........................................................................................................................................ 39 参 考 文 献 ............................................................................................................................ 40

数控刀具成本控制与管理分析 1

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。

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表1-1 数控刀具的分类

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 硬 质 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） 数 机 夹 可 转 控 刀 具 超硬材料刀具 位 刀 具 整 体 刀 具 催速刚 合金 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 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 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）

数控刀具成本控制与管理分析 3

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。

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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。

数控刀具成本控制与管理分析 5

5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；

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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2-1 ó水平与合格率、DPMO的关系

ó水平 1ó 2ó 3ó 4ó 5ó 6ó 合格率（%） 30．85 69．15 93．32 99．38 99．977 99．99966 DPMO 690000 308000 66800 6210 230 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

数控刀具成本控制与管理分析 7

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：

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(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。

顾客满意和忠诚 精意六西格玛质量 最少资源成本

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。

数控刀具成本控制与管理分析 9

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）。

品牌形象感知 情感忠诚 服务质量感知 顾客满意度 顾客保留率 产品质量感知 价值 价格感知 认知忠诚

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（Cost of Poor Quality）, 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

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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 （Cost Of Conformity） 非符合性质量成本 （Cost Of Nonconformity） 预防成本 鉴定成本（预先检验预防） 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6 SIGMA

过程（PFSS）、6 SIGMA策划（DFSS）和6 SIGMA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具有两个同等重要并且通常相关的目的。一是降低与设计的功能业绩和物理特性有关的错误和风险；二是降低与设计对整个组织经营的影响有关的错误风险。通过实施DFSS，产品、体系或过程

的设计能够达到目标水平，减少波动和不确定性，实现让顾客满意和降低成本的目的，这个过程常用的模式为“D—M—A—I—C”，即定义、测量、分析、改善、控制，本文主

数控刀具成本控制与管理分析 11

要采用此模式对工厂数控刀具成本进行研究。

精益六西格玛组织（OFSS）是领导职能推进精益六西格玛方法的基础。它的重点在于建立和应用一些展开计划、报告系统和实施过程来支持PFSS和DFSS。OFSS的目标是通过改进组织的经营能力获得最佳经营业绩。

精益六西格玛管理从其实施形式来说，应该是管理整个组织经营的战略和战术体系。因此，精益六西格玛管理有能力让顾客和组织同时获得满意。

2.5 SPSS软件介绍

2.5.1 SPSS软件功能介绍

由于难以找到工厂数控刀具成本的相关数据，所以本文的一些数据紧是引用相关文件中一些相关数据进行分析，皆以说明企业应该对刀具成本控制管理全方位的分析。 SPSS是软件英文全称为Statistical Product and Service Solutions，意为“统计产品与服务解决方案”。20世纪60年代末，美国斯坦福大学的3位研究生研制开发了最早的统计分析软件SPSS，同时成立了SPSS公司。迄今SPSS软件已有30余年的成长历史。SPSS使用Windows的窗口方式展示各种管理和分析数据方法的功能，使用对话框展示出各种功能选择项，只要掌握一定的Windows操作技能，粗通统计分析原理，就可以使用该软件为特定的科研工作服务。是非专业统计人员的首选统计软件。在众多用户对国际常用统计软件SAS、BMDP、GLIM、GENSTAT、EPILOG、MiniTab的总体印象分的统计中，其诸项功能均获得最高分。SPSS采用类似EXCEL表格的方式输入(见上图)与管理数据，数据接口较为通用，能方便地从其他数据库中读入数据。其统计过程包括了常用的、较为成熟的统计过程，完全可以满足非统计专业人士的工作需要。对于熟悉老版本编程运行方式的用户，SPSS还特别设计了语法生成窗口，用户只需在菜单中选好各个选项，然后按“粘贴”按钮就可以自动生成标准的SPSS程序。极大地方便了中、高级用户。Spss软件功能主要包括：

(1)样本数据的描述和预处理；

(2)假设检验（包括参数检验、非参数检验及其他检验）； (3)方差分析（包括一般的方差分析和多元方差分析）； (4)列联表分析； (5)相关分析； (6)回归分析； (7)聚类分析； (8)判别分析； (9)因子分析；

陕西科技大学毕业论文（设计说明书） 12

2.5.2 SPSS软件操作环境介绍

菜单栏 标题栏 工具条

图2-5 Spaa11.5 for windows主环境

数控刀具成本控制与管理分析 13

图2-6 草稿输出器

图2-7 数据编辑窗口

SPSS中的草稿输出器用以显示诸如统计报表之类的输出文本；数据编辑窗口是定义变量的值（即数据）和变量(名称、类型等)。 2.5.3 SPSS软件常见功能

(1)数据管理：在数据窗口中输入和修改数据，从文件中导入数据或将数据以 文件形式保存，生成规则数据；

(2)操作和计算数据：在数据窗口中对数据列进行操作，包括排序、转置、聚合、拆

陕西科技大学毕业论文（设计说明书） 14

分、合并、选择、转换；

(3)运用数据分析：假设检验、非参数检验、方差分析、回归分析、相关分析、因子分析、聚类分析判断分析、可靠性分析；

(4)图形数据：生成、修改图形，同时打印并且用各种格式保存图形； (5)草稿输出器：查看输出文本，并且改变输出文本格式，打印和用各种格式 保存。

数控刀具成本控制与管理分析 15

3 数控刀具使用成本分析

3.1刀具全寿命周期管理

刀具全寿命周期包括投入期、使用期和报废期。刀具全寿命周期管理是指在满足生产制造的需要的前提下，以刀具成本为主线，结合生产经营效益分析，研究刀具整个寿命周期内，包括刀具选用与组合、申购、采购、入库、出库、加工使用、回收、刃磨、报废等。刀具全寿命周期管理包含了刀具管理的全部内容，其模型如图3-1所示。

刀具成本管理 投入期 使用期 报废期 刀具采购管理 刀具库存管理 刀具工艺管理 基础数据管理 刀具现场管理 刀具刃磨管理 刀具报废管理

图3-1刀具全寿命周期管理模型

(l)投入期:在刀具投入期主要进行采购管理。

(2)使用期:在刀具使用期主要进行刀具库存管理、刀具使用管理、基础数据管理。 (3)报废期:在刀具报废期主要进行刀具刃磨管理和刀具报损管理。

从图3-1刀具全寿命周期管理模型可以看出，刀具全寿命周期管理的各个模块之间有着密切的联系:刀具采购管理要以刀具库存管理中的库存信息为依据，同时刀具库存管理要为刀具使用管理供决策依据;刀具基础数据管理是整个刀具全寿命周期管理运行的基础;刀具使用管理驱动刀具刃磨管理和刀具报损管理的运行。

3.2数控刀具使用流程分析

3.2.1数控刀具的SIPOC模型

工厂数控刀具使用SIPOC模型表示。SIPOC模型是一代质量大师戴明提出来的组织系统模型，是一门最有用而且最常用的、用于流程管理和改进的技术；是过程管理和改

陕西科技大学毕业论文（设计说明书） 16

进的常用技术；是作为识别核心过程的首选方法。

SIPOC中的每个字母各代表：Supplier 供应者；Input 输入；Process 流程；Output 输出；Client 客户。

对于企业而言，是否能够生产出满足客户需求的产品，关键在于自己硬件设施是否满足生产的需要，也就是要有充分的生产过程能力。加工出来的零件是否满足技术要求，关键在于数控设备的加工精度和数控刀具的切削性能。整个数控刀具成本的统计，企业必须通过零件的加工试验统计得出，图3-2是数控刀具的SIPOC模型。

图3-2 是数控刀具的SIPOC模型

S（供应商）：企业的生产任务； I（输入）：毛坯、数控设备、数控刀具；

P（过程）：含四个子流程，在数控刀具使用之前须经过工艺处理、数控编程、加工试验、刀具寿命统计四个子流程；

O（输出）：经过数控加工企业。

从上图可以看出，增加刀具寿命可以节约刀具使用成本，数控刀具的节省成本最终受益者是企业。 3.2.2工艺处理子流程

在工艺处理子流程中，我们首先要对零件图纸进行分析，了解零件的加工工艺要求，从而影响到刀具的选用问题，刀具的使用成本也将会受到影响。因为我们不可能拿一把切削性能非常好的刀具去加工一个本来加工精度就不是要求很高的零件。分析零件技术要求只能间接的影响到刀具使用成本。而划分零件加工工序、编写工艺规程可以直接影响到刀具的走刀次数、刀具数量和类别，刀具的使用成本。由此我们可知工艺处理流程

数控刀具成本控制与管理分析 17

中影响刀具使用成本的主要因素是：划分零件加工工序和工艺规程编制。分析零件的加工技术要求影响不大，而是刀具的选用才是主要因素。图3-4为工艺处理子流程。

图3-4工艺处理子流程

3.2.3数控编程子流程

数控编程过程中包括刀具选择、编辑刀具轨迹、设定切削参数、生成指令代码四个步骤。在分析工艺处理子流程中，我们已经知道刀具选用是刀具使用成本的重要影响因素。编辑刀具轨迹影响到刀具的走刀形式；设定切削参数影响到刀具的进给速度；指令代码的长短主要是影响到加工时间的长短，对刀具成本没有太大的影响。因此在数控编程的过程中对刀具使用成本的影响主要因素有：刀具选用、设定切削参数、编辑刀具轨迹。图3-5数控编程子流程。

陕西科技大学毕业论文（设计说明书） 18

开始 刀具选用 编辑刀具轨迹 设定切削参数 生产指令代码 结束

图3-5 数控编程子流程

3.2.4加工实验子流程

加工实验过程中主要是确定加工零件过程中刀片的磨损量。其中装夹找正工件、刀具是主要的影响因素。如果工件装夹好后，对刀过程中出现失误将会直接影响到加工次数、零件的加工质量，从而增加刀具的非符合性成本。检测零件尺寸、检测刀片磨损量也会对刀具的使用成本产生影响。若检查尺寸出现错误，有可能会增加加工次数，尤其是在普通机床上加工。若检测刀片的磨损量出现失误，本来还可以用的刀片也会丢弃。因此，装夹找正工件、对刀，检测零件尺寸，检测刀片磨损量都是影响因素。图3-6是加工试验流程图。

数控刀具成本控制与管理分析 19

图3-6是加工试验流程图

3.2.5刀具寿命分析子流程

刀具寿命分析过程中，我们所要做的就是收集磨损刀片、统计刀片磨损时间和费用，对刀具使用成本基本上没有影响，图3-7是刀具寿命分析流程图。

开始 收集磨损刀片 统计刀片磨损时间 统计零件加工的刀具费用 结束

图3-7刀具寿命分析流程图

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3.3 数控刀具历史数据统计分析

3.3.1刀片寿命统计

表3-1是XX厂的刀具寿命统计情况.

表3-1 XXX零件刀具寿命统计

x零件加工刀具统计 工 艺 镗孔 数控刀具 镗刀 第一次 第二次 第三次 第四次 第五次 工 艺 镗孔 数控刀具 镗刀 第一次 第二次 第三次 第四次 第五次 零件/片 零件/片 零件/片 零件/片 零件/片 4 4 4 4 4 粗加工 车外圆 外圆刀 6 7 8 7 7 8 8 9 8 8 8 8 8 9 8 5 5 4 5 5 3 4 7 3 3 零件/片 零件/片 零件/片 零件/片 零件/片 4 5 4 4 4 粗加工 车外圆 外圆刀 7 8 7 7 7 8 8 8 8 8 10 9 9 9 9 平端面 平端面 镗孔 外圆刀 外圆刀 镗刀 5 6 5 5 5 小端 精加工 车螺纹 螺纹刀 8 8 7 7 8 8 7 7 8 外圆刀 车外圆 7 7 8 8 8 8 7 7 7 7 6 7 6 6 大端 精加工 车外圆 切槽 槽底仿形 外圆刀 槽刀 仿形刀 平端面 平端面 镗孔 切退刀槽 外圆刀 外圆刀 镗刀 槽刀 图3-8，图3-9分别是应用频数分析大端槽刀、小端精车螺纹刀的刀片使用的流程稳定分析。从数据中我可以得出样本数据的偏移误差为K=0.245，标准差为ó=0.55.而ó=0.6时，一般过程能力 Cp的取值为1.60才能说明企业的过程能力充分，而当ó=0.6，Cp=1.60时，Cpk<(1-K)*1.60=1.21，企业过程能力很差，需要对刀具的使用进行分析，以降低数控刀具使用成本。

数控刀具成本控制与管理分析 21

图3-8 大端槽刀流程稳定性分析

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图3-9小端螺纹刀流程稳定性分析

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3.3.2 机床操作人员技术水平测试

表3-2是反应机床操作者判断刀具是否报废与真实情况的对比。

表3-2 刀具报废情况与真实情况的对比

刀片 是否废弃(真值) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 是 是 否 是 否 是 否 是 是 否 测量值1 是 是 否 是 否 是 否 是 是 否 测量值2 是 是 否 是 否 是 否 是 是 是 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 刀片 是否废弃 （真值） 是 是 是 否 是 是 否 是 否 否 测量值1 是 是 是 否 是 是 否 是 否 否 测量值2 否 是 是 否 否 是 否 是 否 否 用SPSS软件分析结果如下： 测量值1的检验结果：

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测量值2的检验结果：

根据分析结果，对于测量值1，一致性达到100%；对于测量值2，一致性为85%。 由此可见，检查刀具的磨损情况对刀具成本的影响程度较小。

3.4数控刀具使用成本关键因素筛选

从上面的的分析过程中我们已经知道刀具成本的各影响因素的影响程度，表3-3是对数控刀具成本因子进行因果矩阵分析，通过权重打分原则筛选出影响数控刀具成本的关键因素。图3-10用SPSS软件对因果矩阵进行帕累托图分析.

表3-3数控刀具使用因果矩阵表 因 果 矩 阵 评 分 表 序 号 10 1 2 3 4 5 6 7 8 选择数 控刀具 数控编程 工艺处理 分析零件图纸、技术要求 划分零件加工工序 编制工艺规程 分析零件图纸与工艺规程 规划刀具使用方案 编辑刀路轨迹 计算程序G代码坐标值 确定切削参数 9 9 9 9 9 9 6 9 工序步骤及内容 输入变量X'S 输出变量Y'S 降低产品有效加工时间 权重系数 7 9 9 9 7 8 9 5 9 5 8 4 5 2 6 8 7 8 1 5 2 3 1 8 2 8 4 198 175 181 150 184 195 138 197 总分 数控刀具成本控制与管理分析 25

9 10 11 12 13 14 15 16 17

刀具寿命统计 零件加工 数控程序校核 装夹找正零件、对刀 检测零件尺寸 检查刀片磨损情况 是否换刀片 收集所用刀片 对刀具的损坏进行分析 刀片寿命统计 刀具费用统计 4 6 4 7 8 1 2 3 2 5 7 3 6 5 1 1 1 1 8 8 4 8 3 2 3 3 1 3 5 5 4 2 1 1 1 1 118 154 86 156 133 28 43 53 33

图3-10 SPSS软件对因果矩阵进行帕累托图分析

从图中可以看出分析零件图纸和技术要求、确定切削参数、编辑刀路轨迹、规划刀具使用方案等是影响刀具成本的关键因素。

3.5关键因素改善

3.5.1数控刀具失效机理

刀具磨损是切削加工过程中不可避免的现象，但刀具磨损过快或发生非正常磨损(也称破损)，必然会影响加工质量，增加刀具消耗，使生产效率降低，加工成本提高。因此，通过研究刀具磨损，可制订合理的切削加工方案，提高生产效率和零件加工质量，并有利于降低加工成本。

刀具失效的形式(图3-11)可分为正常磨损和非正常磨损两大类：正常磨损是在切削

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过程中，刀具切削刃、前刀面、后刀面分别与加工表面、切屑和已加工表面接触，在接触区里受切削力和切削热的耦合作用，并发生强烈的摩擦产生的。正常磨损时，刀具的磨损量随切削时间增长而均匀地增加。刀具的先期破坏或使用过程中的剥落、突然崩刃、卷刃或刀片的整个破裂都称之为非正常磨损。

图3-11刀具失效形式

后刀面磨损(如图3-12所示)可以较准确地进行预报，刀具寿命较易控制，因此也是期望发生的失效形式。切削力增加或切削速度升高引起的切削温度增加均会使后刀面磨损加剧。刀具使用寿命通常用其后刀面磨损带的宽度VB来表示，如图3-13所示。机械磨损引起的剥落既发生在前刀面，也发生在后刀面。发生在前刀面上的剥落区域一般比发生在后刀面上的剥落区域小，如图3-14所示。热扩散也会导致前、后刀面的剥落，如图3-15所示.

数控刀具成本控制与管理分析 27

图3-12后刀面磨损

图3-13刀具后刀面磨损的典型曲线

图3-14 机械磨损引起的剥落

前刀面剥落 后刀面剥落

图3-15热扩散引起的剥落

刀具正常磨损包括磨料磨损、 黏结磨损、 扩散磨损、溶解磨损、氧化磨损等。在不同的工件材料、刀具材料和切削条件下，磨损的原因和磨损程度是不同的。对于一定的工件材料与刀具材料组合，切削温度对刀具磨损具有决定性的影响。刀具发生非正常

陕西科技大学毕业论文（设计说明书） 28

磨损的原因也很多，主要有：

(1)刀具材料的韧性或硬度太低；

(2)刀具的结构或几何角度不合理，使得切削刃过于脆弱或切削力过大； (3)切削用量选择不合理，使切削力太大或切削温度太高；

(4)刀具由于骤热骤冷(如断续切削、冷却液等)产生太大的热应力以致出现裂纹； (4)操作不当等使切削刃受到突然机械或热冲击，以致崩刃、热裂等。 3.5.2关键因素改善

在现代化的生产系统(如FMS、CIMS等)中，当刀具发生正常和非正常的磨损时，会对整个生产过程和刀具成本的影响是非常大的。初期我就应该对零件图纸和技术要求进行有效分析，规划好刀具使用方案。在刀具使用过程中对刀具状态进行监控，合理的选择切削参数和刀具轨迹可以有效的避免刀具发生非正常磨损。

刀具状态监测可分为直接监测和间接监测两种。所谓直接监测，即直接观察刀具状态，确认刀具是否破损。其中最典型的方法是ITV(Industrial Television，工业电视)摄像法。间接监测法即利用与刀具破损相关的其它物理量或物理现象，间接判断刀具是否已经破损或是否有即将破损的先兆。这样的方法有测力法、测温法、测振法、测主电机电流法和测声发射法。其中最为常见也较为有效的有切削力检测、声发射检测和电机电流/功率检测等。

切削参数确定可以利用现代切削过程仿真和优化技术，快速获取理想的切削参数数据。其中可以利用MasterCAM中刀具材料、工件材料、切削类型、刀具切削参数之间相关性（即其中的一项的发生改变时，其他相关部分可自动重新生成，无需重新构建全部操作），通过刀具库和材料库的二次开发将刀具材料、加工材料以及切削类型和切削参数联系起来，从而实现刀具切削参数的自动优化。其中基本材料刀具的切削速度v（m·m i n-1）和每刃进给量f z(m m·z-1)可以通过查表直接定出，刀具的其他切削参数可以通过公式(1-1)、(2-2)进行计算得到。

n=（1000klv）/（πD） (1-1) F=phnfzZ (2-2) 式中：n—主轴转速，r·m i n-1； k—切削速度操作型式（切削类型）影响因子（%）；l—切削速度刀具材料影响因子（%）； D—铣刀直径（mm）； F—切削进给速度（mm·min-1）； p—每刃进给量刀具型式（刀具类型）影响因子（%）； h—每刃进给量刀具材料影响因子(%);Z—铣刀齿数(m m)。

刀具轨迹优化可以采用增量优化。增量优化算法是指对于一列待处理点，在给定迭代的起始点和结束点后，通过控制增量因子，使迭代优化范围不断扩大，最后在系统精度范围内得到最优解的算法。增量因子即在增量优化算法中，迭代的起始点和结束点之间的距离即为增量因子。我们可以通过改变它的值来控制优化的范围。增量优化算法在

数控刀具成本控制与管理分析 29

应用中有两种形式，分别为直线增量优化算法和圆弧增量优化算法，图3-16和图3-17.

图3-16 直线增量优化算法

图3-17圆弧增量优化图解

3.6本章小结

我们用刀具全寿命周期管理的观点对刀具管理、成本构成进行了分析，选择刀具使用成本做为我们成本分析的对象。在分析过程中，我们用精益六西格玛方法对刀具使用流程进行了分析，确定了影响刀具使用成本的因素；对数控刀具历史数据进行了统计测量分析，；并用因果矩阵图、帕累托图等方法确定了产品加工中的影响数控刀具成本的关键因素；对数控刀具失效机理进行了分析；对影响刀具成本的关键因素优化进行了初步探讨，并提出改进措施。

陕西科技大学毕业论文（设计说明书） 30

4数控刀具使用成本控制分析

4.1控制原则

4.1.1全面介入原则

全面介入原则是指成本控制的全部、全员、全过程的控制。全部是对产品生产的全部

费用要加以控制，不仅对变动费用要控制，对固定费用也要进行控制。全员控制是要发动领导干部、管理人员、工程技术人员和广大职工建立成本意识，参预成本的控制，认识到成本控制的重要意义，才能付诸行动。全过程控制，对产品的设计、制造、销售过程进行控制，并将控制的成果在有关报表上加以反映，借以发现缺点和问题。 4.1.2全面介入原则

成本控制要将注意力集中在超乎常情的情况。因为实际发生的费用往往与预算有上

下，如发生的差异不大，也就不没有必要一一查明其原因，而只要把注意力集中在非正常的例外事项上，并及时进行信息反馈。 4.1.3质量稳定的原则

质量稳定有两个方面，一方面是在生产过程中不能出现质量波动，一方面是刀具使用成本下降后，质量不能下降。 4.1.4效益稳定原则

刀具使用的变化会对生产效率产生影响及引起的总的制造成本的变化。因此，刀具

成本的控制应建立在效率稳定及上升的基础上。

4.2数控刀具使用成本控制办法

4.2.1事前控制

事前控制——目标成本的制定。事前控制，是指在使用刀具之前，对影响刀具成本的各项因素和条件进行规划，即通过成本预算，选择降低成本的最佳措施，确定计划期内的目标成本，作为成本控制的依据。

事前控制的难点在于成本的预测，刀具成本预测来源途径有三个：工厂成本要求；过去经验的积累；在给定条件下，可以计算出刀具寿命。

目标成本可用下式表达： Ct= C1+ C2= C1y+ C1g+C2y+C2g

数控刀具成本控制与管理分析 31

Ct表示刀具加工总成本，C1表示刀具正常加工成本，C2表示刀具非正常损坏成本，

C1y、C2y为预测成本，C1g、C2g为通过改进后节约的成本。

图4-1是事前控制流程图，通过过程评估测量，目的是将过程能力Cp控制在1.67和1.33之间，这样才能反应企业的过程能力充分。

图4-1事前控制流程

4.2.2事中控制

事中控制——标准简明、反应迅捷。传统的事中控制需收集大量数据，进行分析、比较，从中发现问题，再来寻找解决问题的方法。但是，现代制造企业为适应快速多变的市场要求，要求快速、敏捷的发现问题，及时解决问题，这就需要我们在事中控制时寻求一种判断方法简单，能及时发现、解决问题的方法。实际上，我们在事前控制的过程中，就对将在操作过程中可能出现的问题、解决的方法进行了预行研究，在事中控制时只需判断问题出现的种类，就能按部就班的解决问题。工厂生产的主要模式是多品种、小批量，决定了我们在控制过程中采集的样本数量是有限的，因此，在国内应用较多的统计过程控制（SPC）就不适用于我们的刀具成本控制。我们根据现实情况，结合国内应用较少的工序预控制方法，提出了事中控制方法。

工序预控制的基本思路如下：

①设定控制对象的规格界限；②设定一个预控制界限来发现工序可能出现的特殊变异；③为适应小批量生产，预控制方法的数据量要尽量小；④预控制的判定标准要简单明了。

我们在事前控制中已经制定了控制对象的大小——目标成本，事中控制主要就是制

陕西科技大学毕业论文（设计说明书） 32

定控制水平，在出现异常情况下，对情况进行分析，确定后续办法。而判断过程是否出现异常，我们可以采用3ó方式，即：

UCL=u+3ó CL=u LCL=u-3ó

U为总体平均值，ó为总体标准差，UCL为上限，LCL为下限。

此外，若判异准则不能判断过程是否处于异常，可以通过判稳准则判断过程是否出现异常。

判断出现异常的准则主要有： (1)一点在A区以外。

(2)连续九点落在中心线同一侧。 (3)连续六点递增或递减。 (4)连续十四点中相邻上下交替。

(5)连续三点中有两点落在中心线同一侧的B区以外。 (6)连续五点中有四点落在中心线同一侧的C区以外。 (7)连续十五点在C区中心线上下。 判稳准则主要有：

(1)连续25点都在A区的控制线内；

(2)连续35点至多有1个点落在A区控制界限外； (3)连续100个点至多有两个落在控制界限外。

图4-2为判断过程出现异常的分区图。UCL为上控制线，CL为中心线，LCL为下控制线。图中的A、B、C把控制图划分为6个区域，每个区的高度为一个ó。

图4-2判断过程异常分区图

4.2.3事后控制

事后控制——刀具成本控制绩效评价。事后控制，即在刀具成本实际形成之后，综

数控刀具成本控制与管理分析 33

合分析实际成本与目标成本之间的差异及其原因，提出改进措施，以利于进一步挖掘刀具成本降低的潜力，作用于下一循环。刀具成本控制评价是运用数理统计，采用特定的指标体系对照统一的评价标准，按照一定的程序，通过定性、定量分析，对企业一定期间内的刀具使用采取一定的控制措施后的产出所消耗的刀具的成本效益做出客观、公正的综合评判。

4.3刀具成本控制流程

刀具成本控制过程中，必须保证过程能力Cp的取值小于1.67，并且还要大于等于1.33。这样才能保证过程能力充分。表4-1是过程能力指数Cp值的评价参考，图4-3 为刀具成本控制流程。

图4-3 刀具成本控制流程

表4-1 Cp值的评价参考

Cp值的范围 Cp>=1.67 1.67>Cp>=1.33 1.33>Cp>=1.0 1.0>Cp>=0.67 0.67>Cp 过程能力评价参考 过程能力过高 过程能力充分，表示管理能力已经很好，应继续维持 过程能力较差，表示技术管理能力较勉强 过程能力不足，表示技术管理能力已很差，应采取措施立即改善 过程能力严重不足，表示应采取紧急措施和全面检查，必要时可停工整顿

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4.4刀具费用统计分析

表4-2是X厂经过对成本控制优化后得到的20组零件的刀具费用表。

表4-2刀具费用表

组次 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 费用 61.29 61.79 组次 11 12 63.72 62.55 63.76 63.32 61.15 61.44 63.35 64.33 13 14 15 16 17 18 19 20 64.3 费用 60.89 63.43 64.45 64.32 61.32 61.32 61.89 64.45 61.88 用SPSS进行正态分布假设检验结果如下:

数控刀具成本控制与管理分析 35

分析结果表明刀具的成本费用符合正态分布，标准差（std.dviation）ó为1.27188，刀具费用在60.89和64.45之间变化，但是偏度（skewness）值为-0.036，数据分布不对称，过程能力需要提高。工厂可以根据实际情况设定目标成本的控制的范围，并利用3ó方式进行分析。

4.5本章小结

本章对刀具成本控制提出了控制原则；对刀具成本事前控制、事中控制、事后控制等三个方面进行了分析；结合精益六西格玛过程控制方法，提出了工厂数控刀具成本控制流程；对刀具费用进行统计分析。

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5刀具一体化管理

5.1刀具管理系统的基本要求

(1)在产品的工程开发阶段应有足够的刀具记录，每件刀具包含2D/3D信息，并有一个很好的输入功能，能方便、快捷地补充刀具的新产品。更重要的是系统应能支持工艺创新，选用正确的刀具，合理设置切削参数。

(2)在刀具的物流管理阶段应能跟踪刀具的物流过程，提供刀具的正确位置，动态反映刀具的库存及使用状况，并能对刀具管理进行评估和监督，设置刀具的最低库存量。

5.2系统功能分析

刀具管理系统应从刀具的全生命周期管理考虑，包括投入期、使用期、报废期三个周期，与企业信息系统具有互动能力。

刀具全生命周期管理系统(Tools Life-cycle ManagementSystem，TLMS)是对刀具计划、采购、设计、制造、库存、现场使用以及修磨和报废等过程中信息的管理。

图5-1是本系统结构图。基础数据管理与刀具工艺管理、刀具工艺管理与刀具库存管理、刀具库存管理与刀具采购管理、刀具采购管理与刀具仁磨管理都是相互影响的。

刀具管理信息系统 投入期 使用期 报废期 基础数据管理 刀具工艺管理 刀具库存管理 刀具采购管理 刀具使用管理 刀具刃磨管理 刀具报废管理 基本参数几何参数组件信息 品种表准备清单辅助选刀 出/入库库存盘点库存设置 采购计划采购查询厂商管理 派工单信息反馈报损刃磨 刀具参数管理维护 刃磨管理 刀具使用寿命统计 刀具合理性分析 图5-1 刀具管理信息系统

数控刀具成本控制与管理分析 37

5.3系统设计

面向全生命周期的刀具管理系统必须解决是各功能子模块之间刀具数据的交换及共享，其系统结构如图5-2所示.我们可以依据标准刀具信息模型建立相应的交换接口程序来进行数据传输。不同的企业之间刀具信息的共享，采用中间文件交换方式，即将刀具信息模型格式标准化、开放的中性文档，从而实现不同企业平台下的刀具数据共享。

图5-2 系统结构图

5.4本章小结

刀具管理需要建立起包括有关刀具的技术信息、应用信息、商务信息和管理信息等在内的完整、准确的数据库，刀具管理需要实现采购、物流、调整、刃磨、生产线之间的网络化通讯与管理，调刀设备与加工设备之间在必要时进行直接的刀具信息交换，实现实时的刀具寿命设定、换刀控制和性能跟踪以及刀具成本分析的控制，并实现现场、备刀、库管、采购、修磨、技术、图纸及文件控制和更改等刀具有关的各个方面的交互联系、动态跟踪和及时的反应与控制，还要实现与企业有关部门之间、企业与企业之间的联系和协调管理。本章主要对刀具管理信息系统整体功能分析，以及系统的结构设计。

由此可见，对刀具管理信息系统的要求是很高的，其不仅需要处理很多管理类型的信息，还需要能够处理很多技术类型的信息。

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6总 结

数控刀具是高技术附加值的工具产品，是数控机床不可缺少的配套产品，它对提高数控机床的加工性能和生产效率起着决定性作用。它与数控机床的结合同时也推动着制造业的发展，极大的提高了加工效率和产品质量，并且快速发展的数控机加工工艺技术促进了数控刀具结构的变化、切削性能的提高。

在本课题中，采用精益六西格玛思想来降低数控刀具使用成本。在论文的开始对精益六西格玛思想、工具以及SPSS软件进行了介绍；对刀具管理及成本进行了分析；应用精益六西格玛方法对工厂数控刀具使用流程进行了分析，找出了工厂使用数控刀具过程中影响成本的关键因素；对影响数控刀具成本的关键因素进行了改善，并提出后续控制办法；运用SPSS软件进行统计分析。最后，我们对刀具管理信息系统机构进行分析。

数控刀具成本控制与管理分析 39

致 谢

本论文的研究工作是在张斌老师的精心指导和悉心关怀下完成的。导师的严谨治学态度、渊博的知识使我深受感动。从尊敬的导师身上，我的专业知识得到进一步的加强，也从中学会了做人的道理。

衷心的感谢在百忙之中评阅论文和参加答辩的各位专家、教授！

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