刀具寿命控制在生产线中的应用
2023-08-26 12:00:00

刀具寿命控制在生产线中的应用


1、序言


        随着数控行业向数字化、智能化方向的发展,生产线技术已广泛应用于加工行业的各个领域,生产线技术可以简化生产布局,减少人员数量,生产线内产品均衡连续加工,可以有效缩短零件的加工周期,提高零件的加工效率,且成本低。为了提高复杂壳体的加工效率,缩短零件的加工周期,依托国家专项资金,建立复杂壳体加工自动生产线,但在建立过程中,考虑到零件加工的稳定性和可靠性,必须对加工质量的最小单元——刀具,进行实时跟踪,才能有效保证零件的加工质量,确保生产线的顺利运行。


 2、刀具寿命控制


        2.1  必要性

        衡量刀具性能的重要指标——刀具寿命,不仅影响零件的加工效率,而且对于产品的质量至关重要,针对生产线而言,刀具寿命是质量控制的重点关注对象。在生产线正常加工过程中,都无人干预,如果刀具出现质量问题不能及时被发现,轻则会出现成批性质量问题,重则会造成设备撞击事件。因此,必须严格控制刀具寿命,实时跟踪刀具的切削状态,对刀具的使用状况进行在线控制,对加工过程中出现的刀具磨损或破损现象,及时预警更换,才能更好地保证零件的加工进程,确保零件在加工过程中,不会因刀具寿命出现质量问题。


        2.2  现状


        传统的加工方式一般为单机单人操作,加工过程中,主要依靠工人凭借加工经验对刀具进行实时监控和更换,因此对于刀具寿命也无量化要求,只单凭工人的加工经验和感觉。



        (1)刀具失效的形式


        刀具失效是指刀具使用一段时间后,在切削过程中,刀具刃部失去切削能力,常见的刀具失效形式有刀具磨损、破损和刀具品质不良。刀具磨损是刀具的刃部在切削一段时间后,切削能力下降,不能满足所加工的尺寸和表面粗糙度要求,如图1所示。出现此类现象,就需要及时更换刀具,防止刀具出现破损现象,对于壳体加工而言,刀具磨损主要表现在所加工的零件尺寸不合格、加工表面粗糙度不能满足图样要求。

        刀具破损是刀具磨损到一定程度后,仍继续使用,由于切削力和切削温度周期性冲击,刀具出现剧烈磨损,切削热急剧升高,刀具材料内部应力发生突变,引起切削刃和刀面的破损,常见的表现形式有:崩刃、剥落、裂纹破碎、折断等。这种现象会直接导致刀具、零件报废,甚至会影响设备的加工精度,造成较大的经济损失。因此,在加工过程中,必须重点控制该类现象的发生。


        (2)刀具寿命控制方法


        1)凭借加工工人的经验进行判断,刀具寿命是否达到极限。

        2)依靠加工产品的质量是否满足要求,来判定刀具的寿命是否到期。

        3)部分机床依靠设备的基本功能,对刀具使用阶段的寿命进行监控。


         以上方法,人为参与的因素较多,虽然能对一些特殊刀具进行控制,但控制的方法和传递的信息有一定的延时性和滞后性,不能充分反映刀具在使用过程中的真实情况,不能满足生产线实时跟踪刀具的目的,因此无可借鉴经验。


        2.3  生产线刀具寿命控制方法


        生产线在运行过程中,要求实时跟踪刀具的使用状况,方便快捷地反映零件的加工状态,通过同行业内的调研考察,可按以下几个方面控制生产线的刀具寿命。


        (1)刀具寿命全过程控制


        依据生产线加工的特点和现有设备的基本功能,采用系统自带的刀具预测功能,对所有的刀具进行寿命监控。首先将刀具的预测寿命值输入到刀具监控功能中相应的位置,刀具会在使用过程中实时跟踪,与输入的刀具寿命值进行比对,当刀具使用寿命与刀具预测寿命的差值达到临界点时,机床刀具寿命控制功能就会出现预警提示,提示操作人员及时更换刀具。


        (2)刀具磨损控制方法


        刀具磨损主要影响零件的加工尺寸和表面加工质量,对于生产线而言,线内零件连续加工,无人干预。为防止刀具出现磨损,造成成批性质量问题,一般采用在线测量技术,对所加工零件的精密尺寸进行检测,在线将测量的尺寸反馈给中控系统,中控系统根据实测值与零件加工的尺寸公差进行比对,如果出现不合格信息,中控系统会出现报警,终止加工。操作人员会根据中控系统的预警信息及时更换刀具,采用此种方法监控刀具磨损虽然有一定的延时性,但对于使用频次低的刀具而言,能达到控制零件,保证生产线正常运行的目的,因此该方法适宜控制生产线在运行过程中出现的刀具磨损现象。


        (3)刀具破损控制方法


        刀具破损会对零件的加工质量产生较大的隐患,如果不能及时发现,会直接影响整个孔系的加工,甚至会影响其他刀具的正常使用。因此,在生产线运行过程中,刀具破损是我们监控的重点。


        1)刀具破损预防检测。刀具参数是加工过程中刀具与程序的切入点,刀具参数的正确性直接关系着零件能否正常加工。为了预防刀具在切削过程中出现破损问题,我们对所使用的的刀具,采用在线机内对刀的方式。对刀具的参数进行加工前后对比检查,可以有效防止加工过程中产生的刀具破损问题。

        2)刀具在线加工检测。为了更精准控制零件的加工质量,采用刀具监控软件,根据主轴载荷和切削力,对刀具进行实时跟踪监控,确保了生产线在运行过程中,不会因刀具问题出现零件报废的现象。


        (4)刀具寿命收集


        刀具寿命是反映刀具质量的重要指标,在应用过程中,与加工零件的材质、装夹的状态、所使用的设备等条件息息相关。因此,刀具寿命在使用过程中并不是一个准确值,由于生产线加工状态基本一致,条件同。因此,我们可以借助软件,对刀具的寿命进行周期采集和对比,检测出每把刀具的准确数值,然后再将数值输入到监控软件中,不断对比和校正刀具寿命值,这样采集出来的数据才能适用于生产线的加工,并能保证生产线的正常运行,同时为后续同类产品的加工提供准确的刀具寿命参考值,具有一定的经济效益。

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