刀具壽命控制在生產線中的應用
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,生產線技術已廣泛應用于加工行業(yè)的各個領域,生產線技術可以簡化生產布局,減少人員數(shù)量,生產線內產品均衡連續(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,建立復雜殼體加工自動生產線,但在建立過程中,考慮到零件加工的穩(wěn)定性和可靠性,必須對加工質量的最小單元——刀具,進行實時跟蹤,才能有效保證零件的加工質量,確保生產線的順利運行。
2、刀具壽命控制
衡量刀具性能的重要指標——刀具壽命,不僅影響零件的加工效率,而且對于產品的質量至關重要,針對生產線而言,刀具壽命是質量控制的重點關注對象。在生產線正常加工過程中,都無人干預,如果刀具出現(xiàn)質量問題不能及時被發(fā)現(xiàn),輕則會出現(xiàn)成批性質量問題,重則會造成設備撞擊事件。因此,必須嚴格控制刀具壽命,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,及時預警更換,才能更好地保證零件的加工進程,確保零件在加工過程中,不會因刀具壽命出現(xiàn)質量問題。
2.2 現(xiàn)狀
傳統(tǒng)的加工方式一般為單機單人操作,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,刀具材料內部應力發(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)象會直接導致刀具、零件報廢,甚至會影響設備的加工精度,造成較大的經(jīng)濟損失。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)驗進行判斷,刀具壽命是否達到極限。
2)依靠加工產品的質量是否滿足要求,來判定刀具的壽命是否到期。
3)部分機床依靠設備的基本功能,對刀具使用階段的壽命進行監(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,不能滿足生產線實時跟蹤刀具的目的,因此無可借鑒經(jīng)驗。
2.3 生產線刀具壽命控制方法
生產線在運行過程中,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)內的調研考察,可按以下幾個方面控制生產線的刀具壽命。
(1)刀具壽命全過程控制
依據(jù)生產線加工的特點和現(xiàn)有設備的基本功能,采用系統(tǒng)自帶的刀具預測功能,對所有的刀具進行壽命監(jiān)控。首先將刀具的預測壽命值輸入到刀具監(jiān)控功能中相應的位置,刀具會在使用過程中實時跟蹤,與輸入的刀具壽命值進行比對,當?shù)毒呤褂脡勖c刀具預測壽命的差值達到臨界點時,機床刀具壽命控制功能就會出現(xiàn)預警提示,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量,對于生產線而言,線內零件連續(xù)加工,無人干預。為防止刀具出現(xiàn)磨損,造成成批性質量問題,一般采用在線測量技術,對所加工零件的精密尺寸進行檢測,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,能達到控制零件,保證生產線正常運行的目的,因此該方法適宜控制生產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量產生較大的隱患,如果不能及時發(fā)現(xiàn),會直接影響整個孔系的加工,甚至會影響其他刀具的正常使用。因此,在生產線運行過程中,刀具破損是我們監(jiān)控的重點。
2)刀具在線加工檢測。為了更精準控制零件的加工質量,采用刀具監(jiān)控軟件,根據(jù)主軸載荷和切削力,對刀具進行實時跟蹤監(jiān)控,確保了生產線在運行過程中,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量的重要指標,在應用過程中,與加工零件的材質、裝夾的狀態(tài)、所使用的設備等條件息息相關。因此,刀具壽命在使用過程中并不是一個準確值,由于生產線加工狀態(tài)基本一致,條件同。因此,我們可以借助軟件,對刀具的壽命進行周期采集和對比,檢測出每把刀具的準確數(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)才能適用于生產線的加工,并能保證生產線的正常運行,同時為后續(xù)同類產品的加工提供準確的刀具壽命參考值,具有一定的經(jīng)濟效益。
及時發(fā)現(xiàn)拉刀磨鈍現(xiàn)象并及時刃磨,是保證拉刀壽命的重要一環(huán)。繼續(xù)使用已磨鈍的拉刀,不僅會惡化拉削表面質量,造成拉床工作異常;更嚴重的是會使刀齒受到難以修復的損傷,嚴重降低拉刀壽命。判斷拉刀是否磨鈍,可以從以下六方面來判斷。