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刀具壽命控制在生產(chǎn)線中的應(yīng)用

2023-08-26 12:00:00

刀具壽命控制在生產(chǎn)線中的應(yīng)用

1、序言

隨著數(shù)控行業(yè)向數(shù)字化、智能化方向的發(fā)展，生產(chǎn)線技術(shù)已廣泛應(yīng)用于加工行業(yè)的各個領(lǐng)域，生產(chǎn)線技術(shù)可以簡化生產(chǎn)布局，減少人員數(shù)量，生產(chǎn)線內(nèi)產(chǎn)品均衡連續(xù)加工，可以有效縮短零件的加工周期，提高零件的加工效率，且成本低。為了提高復(fù)雜殼體的加工效率，縮短零件的加工周期，依托國家專項資金，建立復(fù)雜殼體加工自動生產(chǎn)線，但在建立過程中，考慮到零件加工的穩(wěn)定性和可靠性，必須對加工質(zhì)量的最小單元——刀具，進(jìn)行實時跟蹤，才能有效保證零件的加工質(zhì)量，確保生產(chǎn)線的順利運行。

2、刀具壽命控制

2.1 必要性

衡量刀具性能的重要指標(biāo)——刀具壽命，不僅影響零件的加工效率，而且對于產(chǎn)品的質(zhì)量至關(guān)重要，針對生產(chǎn)線而言，刀具壽命是質(zhì)量控制的重點關(guān)注對象。在生產(chǎn)線正常加工過程中，都無人干預(yù)，如果刀具出現(xiàn)質(zhì)量問題不能及時被發(fā)現(xiàn)，輕則會出現(xiàn)成批性質(zhì)量問題，重則會造成設(shè)備撞擊事件。因此，必須嚴(yán)格控制刀具壽命，實時跟蹤刀具的切削狀態(tài)，對刀具的使用狀況進(jìn)行在線控制，對加工過程中出現(xiàn)的刀具磨損或破損現(xiàn)象，及時預(yù)警更換，才能更好地保證零件的加工進(jìn)程，確保零件在加工過程中，不會因刀具壽命出現(xiàn)質(zhì)量問題。

2.2 現(xiàn)狀

傳統(tǒng)的加工方式一般為單機(jī)單人操作，加工過程中，主要依靠工人憑借加工經(jīng)驗對刀具進(jìn)行實時監(jiān)控和更換，因此對于刀具壽命也無量化要求，只單憑工人的加工經(jīng)驗和感覺。

（1）刀具失效的形式

刀具失效是指刀具使用一段時間后，在切削過程中，刀具刃部失去切削能力，常見的刀具失效形式有刀具磨損、破損和刀具品質(zhì)不良。刀具磨損是刀具的刃部在切削一段時間后，切削能力下降，不能滿足所加工的尺寸和表面粗糙度要求，如圖1所示。出現(xiàn)此類現(xiàn)象，就需要及時更換刀具，防止刀具出現(xiàn)破損現(xiàn)象，對于殼體加工而言，刀具磨損主要表現(xiàn)在所加工的零件尺寸不合格、加工表面粗糙度不能滿足圖樣要求。

刀具破損是刀具磨損到一定程度后，仍繼續(xù)使用，由于切削力和切削溫度周期性沖擊，刀具出現(xiàn)劇烈磨損，切削熱急劇升高，刀具材料內(nèi)部應(yīng)力發(fā)生突變，引起切削刃和刀面的破損，常見的表現(xiàn)形式有：崩刃、剝落、裂紋破碎、折斷等。這種現(xiàn)象會直接導(dǎo)致刀具、零件報廢，甚至?xí)绊懺O(shè)備的加工精度，造成較大的經(jīng)濟(jì)損失。因此，在加工過程中，必須重點控制該類現(xiàn)象的發(fā)生。

（2）刀具壽命控制方法

1）憑借加工工人的經(jīng)驗進(jìn)行判斷，刀具壽命是否達(dá)到極限。

2）依靠加工產(chǎn)品的質(zhì)量是否滿足要求，來判定刀具的壽命是否到期。

3）部分機(jī)床依靠設(shè)備的基本功能，對刀具使用階段的壽命進(jìn)行監(jiān)控。

以上方法，人為參與的因素較多，雖然能對一些特殊刀具進(jìn)行控制，但控制的方法和傳遞的信息有一定的延時性和滯后性，不能充分反映刀具在使用過程中的真實情況，不能滿足生產(chǎn)線實時跟蹤刀具的目的，因此無可借鑒經(jīng)驗。

2.3 生產(chǎn)線刀具壽命控制方法

生產(chǎn)線在運行過程中，要求實時跟蹤刀具的使用狀況，方便快捷地反映零件的加工狀態(tài)，通過同行業(yè)內(nèi)的調(diào)研考察，可按以下幾個方面控制生產(chǎn)線的刀具壽命。

（1）刀具壽命全過程控制

依據(jù)生產(chǎn)線加工的特點和現(xiàn)有設(shè)備的基本功能，采用系統(tǒng)自帶的刀具預(yù)測功能，對所有的刀具進(jìn)行壽命監(jiān)控。首先將刀具的預(yù)測壽命值輸入到刀具監(jiān)控功能中相應(yīng)的位置，刀具會在使用過程中實時跟蹤，與輸入的刀具壽命值進(jìn)行比對，當(dāng)?shù)毒呤褂脡勖c刀具預(yù)測壽命的差值達(dá)到臨界點時，機(jī)床刀具壽命控制功能就會出現(xiàn)預(yù)警提示，提示操作人員及時更換刀具。

（2）刀具磨損控制方法

刀具磨損主要影響零件的加工尺寸和表面加工質(zhì)量，對于生產(chǎn)線而言，線內(nèi)零件連續(xù)加工，無人干預(yù)。為防止刀具出現(xiàn)磨損，造成成批性質(zhì)量問題，一般采用在線測量技術(shù)，對所加工零件的精密尺寸進(jìn)行檢測，在線將測量的尺寸反饋給中控系統(tǒng)，中控系統(tǒng)根據(jù)實測值與零件加工的尺寸公差進(jìn)行比對，如果出現(xiàn)不合格信息，中控系統(tǒng)會出現(xiàn)報警，終止加工。操作人員會根據(jù)中控系統(tǒng)的預(yù)警信息及時更換刀具，采用此種方法監(jiān)控刀具磨損雖然有一定的延時性，但對于使用頻次低的刀具而言，能達(dá)到控制零件，保證生產(chǎn)線正常運行的目的，因此該方法適宜控制生產(chǎn)線在運行過程中出現(xiàn)的刀具磨損現(xiàn)象。

（3）刀具破損控制方法

刀具破損會對零件的加工質(zhì)量產(chǎn)生較大的隱患，如果不能及時發(fā)現(xiàn)，會直接影響整個孔系的加工，甚至?xí)绊懫渌毒叩恼Ｊ褂?。因此，在生產(chǎn)線運行過程中，刀具破損是我們監(jiān)控的重點。

1）刀具破損預(yù)防檢測。刀具參數(shù)是加工過程中刀具與程序的切入點，刀具參數(shù)的正確性直接關(guān)系著零件能否正常加工。為了預(yù)防刀具在切削過程中出現(xiàn)破損問題，我們對所使用的的刀具，采用在線機(jī)內(nèi)對刀的方式。對刀具的參數(shù)進(jìn)行加工前后對比檢查，可以有效防止加工過程中產(chǎn)生的刀具破損問題。

2）刀具在線加工檢測。為了更精準(zhǔn)控制零件的加工質(zhì)量，采用刀具監(jiān)控軟件，根據(jù)主軸載荷和切削力，對刀具進(jìn)行實時跟蹤監(jiān)控，確保了生產(chǎn)線在運行過程中，不會因刀具問題出現(xiàn)零件報廢的現(xiàn)象。

（4）刀具壽命收集

刀具壽命是反映刀具質(zhì)量的重要指標(biāo)，在應(yīng)用過程中，與加工零件的材質(zhì)、裝夾的狀態(tài)、所使用的設(shè)備等條件息息相關(guān)。因此，刀具壽命在使用過程中并不是一個準(zhǔn)確值，由于生產(chǎn)線加工狀態(tài)基本一致，條件同。因此，我們可以借助軟件，對刀具的壽命進(jìn)行周期采集和對比，檢測出每把刀具的準(zhǔn)確數(shù)值，然后再將數(shù)值輸入到監(jiān)控軟件中，不斷對比和校正刀具壽命值，這樣采集出來的數(shù)據(jù)才能適用于生產(chǎn)線的加工，并能保證生產(chǎn)線的正常運行，同時為后續(xù)同類產(chǎn)品的加工提供準(zhǔn)確的刀具壽命參考值，具有一定的經(jīng)濟(jì)效益。