刀具管理当前存在的三大问题刀具补偿量如何传入？刀具参数如何传入？刀具寿命如何跟踪？对刀仪CAM参数数控机床刀架刀具管理知识及方案黄志斌2017年9月1金属表面加工方法外圆车刀内孔车刀螺纹车刀常用车刀面铣刀方肩铣刀仿形铣刀三面刃和螺纹铣刀整体硬质合金铣刀常用铣刀铰刀钻头丝锥钻削刀具刀具组成刀具切削原理刀具管理的价值n特点是数量大、品种繁杂、规格多、精度高，并应用了大量的高新技术。n工件的尺寸、形状、位置精度、表面形貌都与刀具有关，刀具的性能与质量直接影响到能否顺利加工出所要求的合格产品，影响到加工节拍和生产效率。n能否按时和保证质量地将修磨好的刀具提供给生产线又将直接关系到生产能否正常持续地进行下去。特别是在实施精益生产的生产线上，中间在制品及缓冲区很少，因而一把关键的刀具不能按时供应，会造成整条机加工生产线停产，而没有应急措施或不能快速反应，还有可能造成总成装配线停产。n刀具及其管理费用是机械加工制造费用中相当重要的一部分，一般来说,一个年产几十万台发动机的工厂，每年刀具费用可能达到几千万至上亿元人民币，同时刀具和刀辅具库存还要占用大量流动资金。刀具的全生命周期投入期-使用期-报废期刀具管理的相关方n计划：工艺/设备/生成提交采购申请n采购：采购部门负责对工装、工具的采购工作；n存储：仓库部门负责对进行标识、储存、出入库、建账；n工艺：工艺设计部门负责制定刀具使用标准、刀具优化、改进n车间：领用刀具，组合、安装、初步使用状态判定n维保：使用状态判定、修磨、修理、报废n记账：资产状态和使用耗费（库存、使用、遗失、报废、维修）刀具管理的模式模式说明传统模式与刀具有关的采购、库存、调整、刃磨、修理、加工问题解决、刀具优化、成本控制等业务由企业内不同的部门分别管理。机械加工厂往往设有工具科或工具车间，职能主要是刀具刃磨或刀辅具修理以及刀具库或工具库管理；车间设有刀具工程师、技术员，任务主要是解决生产现场所遇到与刀具有关的各类加工问题，同时负责设置刀具的最低库存，提出刀具采购申请；经过一系列审批手续和采购流程，由采购部门进行采购；刀具的领用、调整由生产车间负责，刀具优化、改进等技术工作则由工艺等技术部门负责。外包管理有的工厂已实现了从刀具采购、库存、调整、修磨、现场技术支持和问题解决直至刀具优化和成本控制的与刀具有关的全部工作的管理外包，与刀具管理外包供应商的经济结算也按照单件产品所需刀具费用根据产量进行核算；有不少工厂仅是将刀具刃磨以及刀具供货、库存管理等工作外包了出去，而将刀具的优化与改进等技术工作仍掌握在自己手中丰田模式丰田公司对刀具管理实行集中式的统一管理，其管理部门内设有专门的刀具管理机构，并设有中央刀具库，一些工厂共用的刀具和使用量大面广的标准刀具和刀辅具实行统一采购和订单拉动式刀具供货，刀具的备库工作由供应商进行，刀具供应商根据接到的刀具订单作出即时反应，并对刀具使用现场进行技术支持和现场服务。各子公司与刀具供应商进行的刀具价格谈判情况及其所获得的刀具价格信息能为中央刀具管理机构所获得并得到有益指导，所获得的优惠能为其他子公司所共享，这样就能确保整个集团内各个单位都能获得最优价格。刀具管理的使用的一般流程刀具分类切削刀具是用于将毛坯上多余的材料切除，以获得预期的几何形状、尺寸精度和表面质量要求的零件。n按按应用用场合分合分类，刀具可划分为车刀、钻头、铣刀、铰刀、拉刀、螺纹切削刀具、齿轮切削刀具等。 n按按到到刀刀的的数量分数量分类，刀具可分为单刃刀具和多刃刀具。n按刀具的按刀具的结构分构分类，刀具分为整体式、焊接式、机夹式三类。n按刀具的材料分按刀具的材料分类，高速钢刀具、硬质合金刀具、陶瓷和超硬材料刀具。n切屑形状的切屑形状的分分类， 切屑的形状有带状切屑、管状屑、盘旋状切屑、环形螺旋、锥形螺旋切屑、弧形切屑、单元切屑、针行切屑八大类。刀具的材料 金属切削过程除了要求刀具具有适当的几何参数外，还要求刀具材料对工件要有良好的切削性能。 刀具切削性能的优劣，不仅取决于刀具切削部分的几何参数，还取决于刀具切削部分所选配的刀具材料。 金属切削过程中的加工质量、加工效率、加工成本，在很大程度上取决于刀具材料的合理选择。因此，材料、结构和几何形状材料、结构和几何形状是构成刀具切削性能评估的三要素。常用的刀具材料指标：硬度(HR)抗弯强度(GPa)切削温度切削速度n工具钢：包括碳素工具钢、合金工具钢和高速钢。n硬质合金：钨钴类硬质合金、钨钛钴类硬质合金和钨钛钽（铌）类硬质合金。n涂层刀具材料：在韧性较好的刀具基体上，涂覆一层耐磨性好的难熔金属化合物，既能提高刀具材料的耐磨性，又不降低其韧性。常用的涂层材料有TiC、TiN、Al203,涂层厚度随刀具材料不同而异。目前单涂层刀片已很少应用，大多采用TiC-TiN复合涂层或TiC-Al2O3-TiN三复合涂层。n超硬刀具材料n陶瓷n金刚石n立方氮化硼（CBN）刀具寿命管理刀具寿命一般有两种表达方式，即使用次数或使用时间，每一种表达方式都存在其相应的优缺点，对于批量加工或加工内容比较固定时采用加工次数比较合理，否则采用加工时间比较合理，在数控机床端一般采用调用次数来计算。此刀具寿命一般是通过刀具供应商提供的参数，以及工厂的加工经验针对每一把刀具来设置的。通过与DNC系统的集成，我们可以读取加工次数等信息，监控机床每把刀具的在加工过程的使用寿命情况，对于到达寿命的机床提醒操作工人合理换刀，并对工人换刀事件进行管理。对于局域网类的机床还可以实施到达寿命的刀具强制换刀、即将达到寿命的刀具预警等。刀具补偿在编写加工程序时，一般按照零件轮廓要求决定零件程序中的坐标尺寸，在机床实际加工中，CNC系统控制的是刀具中心（或基准点）轨迹，靠刀具的刀尖或刀刃的外缘来实现切削，因此，必须根据刀具的形状、尺寸等对刀具中心位置进行偏置，将零件编程轨迹转化成刀具中心轨迹，从而保证刀具按其中心轨迹移动，能加工出要求的零件轮廓，这种变换过程就称之为刀具补偿，也叫刀具偏置刀具补偿常见的补偿加工中心：一个重要组成部分就是自动换刀装置，在一次加工中使用多把长度不同的刀具，需要有刀具长度补偿功能。铣削加工：为刀具中心沿所需轨迹运动，需要有刀具半径补偿功能。车削加工：可以使用多种刀具，数控系统具备了刀具长度和刀具半径补偿功能，使数控程序与刀具形状和刀具尺寸尽量无关，可大大简化编程。 具有刀具补偿功能，在编制加工程序时，可以按零件实际轮廓编程，加工前测量实际的刀具半径、长度等，作为刀具补偿参数输入数控系统，可以加工出合乎尺寸要求的零件轮廓。补偿的分类刀具补偿一般分为刀具半径补偿和刀具长度补偿。n铣刀主要是刀具半径补偿；n钻头只需长度补偿；n车刀需要两坐标长度补偿和刀具半径补偿。刀具的参数IT化n刀具静态信息，如几何信息，拼装信息,切削参数，工艺信息和刀具寿命信息。n分类：种类、有效长度、刀具刃长，刀具直径等n材料信息（刀具材料、刀片材质、涂层、适用加工材料等数据），n几何参数：刀具几何参数n切削参数：切削参数通用计算公式，刀具厂商样本切削参数。n适用范围：加工类型数据、机床信息等。刀具的参数IT化n刀具组合信息：建立刀柄、刀杆、刀片参数维护，进行刀具优化组合、组装管理，为刀具的组装提供优选方案。n使用信息n使用寿命和剩余寿命、n维修信息n供应商信息：厂商名称、厂商地址、联系人选用查询功能n按刀具种类查询：根据刀具类型、零件的加工材料进行刀具查询，输出刀具信息；n按机加条件查询：根据被加工材料、刀具几何参数等进行刀具查询，输出刀具信息；n刀具组件拼装：可以根据所选择组件自动查找具有拼装关系的其它组件。n在刀具查询过程中可以查看该刀具的典型加工工艺，可以查看在典型机加工艺中的切削参数。n在选刀时可以查询所选择刀具的库存情况。n按刀具编号查询：输入刀具种类编号或刀具流水编号查询刀具信息；n将刀具数据以其他格式文件转换输出（*.pdf,*.doc,*.xls,*.rpt等格式）；工具识别方式工具识别方式可有条码，RFID磁码，激光打码人工识别识别方式优势劣势条码打印和识别比较方便，价格也便宜，使用成熟方便存储信息量小；在生产加工过程中，大多数刀具的使用环境比较恶劣，常会涉及到高温、高速旋转，还经常需要进行清洗冷却，还比较容易沾染油污，采用普通方式打印的条码则容易脱落，表面还容易损坏。有一种较好的采用热感应技术打印的条码质量可靠，且表面有一层薄膜，可有效地保护条码，表面有油污时还可清洗，是一种理想的选择。RFID磁码储信息量大，可达几K，识别方便阅读需要专门的工具；需要刀具厂商配合安装，进行动平衡的测试验证，否则会影响加工的精度，价格比较昂贵，据估计每把刀具的平均成本增加在一百多元以上，激光打码这是一种非常简便实用的刀具识别方式，可以值得推荐。需要专用激光刻字设备采用激光刻字技术，在刀柄上刻下刀柄编号，以刀柄编号来作为刀具编号的识别，使用时刀柄编号与刀具编号绑定刀具系统的集成刀具参数管理难题刀具准备刀具出库刀具维修刀具通过打印纸条传递信息管理难题打印纸条表面污损打印质量欠佳手写笔记难以看清容易丢失运往加工中心26刀具参数手动传递刀具参数输入与装载手工输入刀具参数目视刀具装载机床管理难题据统计，每300次关键输入中将有2次错误输入大多数机床控制面板在前面，但刀具装载工位在后面，无法目测刀具是否被装在正确的位置27刀具寿命无法管理刀具更换新的任务/指令、刀具碰撞/损坏、刀具正常维护对刀仪刀具仓库磨削车间管理难题刀具使用情况无记录，无法进行刀具易用性、耐用性等统计管理刀具无寿命跟踪、是否需要返修凭工人经验判断刀具不能保证得到最佳利用，利用率不高打印刀具信息28刀具智能管理的范畴补偿量写入标签根据监控寿命和定位工艺参数和标签关联CNC通过标签读取工艺参数和补偿量使用RFID管理刀具对刀仪CAM刀架CNC刀具研磨刀具参数传递刀具定位刀具寿命控制29刀具智能管理的流程刀具仓库RFID芯片置于刀柄之上12组装刀柄刀杆绑定为一体3绑定刀具和RFID，数据关联初始化服务器4刀具存放在刀具库或临时库中5刀具状态及位置跟踪6刀具参数测量7刀具安装到CNC刀库8刀具研磨刀具参数存储在芯片或后台9刀具参数传入CNC监控刀具加工次数，寿命预警刀柄，刀杆，刀片的库存控制0CNC机床CNC刀库对刀仪研磨机1030刀具参数管理简单化刀具准备刀具出库刀具通过RFID电子标签传递信息改善无纸张夹带，避免表面污染、无效印刷、手工笔记、看不清楚等刀具和RFID标签相互结合为一体，信息总是存在于刀具上运往加工中心31刀具参数输入与装载自动读取刀具参数自动识别刀具装载位置刀架到机床改善没有刀具信息的手动输入错误在控制过程中不会有信息遗漏机床自动记录所有的刀具信息和刀库中的正确位置刀具参数传递信息化32刀具寿命监控动态化刀具更换、寿命监控新的任务/指令、刀具损坏、刀具正常维护对刀仪刀具仓库磨削车间改善刀具历史使用情况全生命周期追溯，方便进行统计分析刀具寿命跟踪、科学判断是否需要返修，刀具利用率最大化有效管控刀具使用次数，降低废品率寿命 OK寿命 不 OK刀具参数将被自动保存RFID识别系统33基于RFID的刀具管理解决方案刀具参数电子化传递刀具和RFID标签绑定为一体，不会遗漏刀具的参数信息和补偿信息集成到标签，传输不会出差错刀具信息电子化，受环境干扰小刀具定位和信息集成刀具实时跟踪，刀具信息随时查询便于刀具统计管理便于刀具质量控制和仓库控制刀具寿命检测和控制刀具使用过程有效记录，寿命可跟踪刀具目标寿命合理管理通过刀具质量的稳定控制,大幅减少工件报废数量向用户提供追溯连续质量控制过程的能力34解决方案配套硬件及软件工业级高频读写器系列工业级电子标签系列智能制造软件套件 高可靠性服务器及工控机管理配置12台数控设备(CNC)，1200个工业标签以及软件套件、服务器和工控机的成本约为100W35收益分析场景假设：每台机床可带100把刀,可以控制由12台此类机床组成的中型生产线12台机床，1200把刀具 36收益及投资回报分析停机成本节约成本 节约/年人工RFID186000607700数量(把/年)17520停机时间(分钟/把)3030停机成本(元/分钟)4040成本节省210000 24000刀具利用率人工RFID刀具价格15001500221700刀具利用率65%92%新刀具500340利用率损失35%8%成本节省262500 40800输入人工RFID手动输入30.5200000设备每分钟利用率6464换刀次数2525工作时间(天)250250设备台数1212240000 4000018个月可收回成本100W成本37中国西电集团公司成立于1959年7月，是以我国“一五”计划期间156项重点建设工程中的5个项目为基础发展形成的以科研院所和骨干企业群为核心，集科研、开发、制造、贸易、金融为一体的大型企业集团。 西电集团的主营业务为输配电及控制设备研发、设计、制造、销售、检测、相关设备成套、技术研究、服务与工程承包，核心业务为高压、超高压及特高压交直流输配电设备制造、研发和检测。历经半个世纪的拼搏与发展，西电集团已经成为中国最具规模、成套能力最强的高压、超高压、特高压交直流输配电设备和其他电工产品的生产制造基地。典型案例分析案例1：西安西电开关电气有限公司38 西开刀具智能管理解决方案39解决方案实施现场刀库中装有RFID读写设备刀柄中装有标签现场刀具寿命监控40解决方案软件界面刀具出入库及位置管理刀具库存统计分析刀具报废分析刀具采购分析41广西玉柴机器股份有限公司是中外合资股份制企业，前身“玉林泉塘工业社”于1951年成立。1994年中国玉柴国际股票在美国纽约主板上市（股票代码NYSE：CYD），是国内行业首家在境外上市的企业。现拥有员工9000多人，总资产166.57亿元，年销售收入超200亿元，发动机年生产销售55万台，是中国最大的独立柴油发动机制造商，产品型谱最完整的内燃机生产基地。公司总部设在广西玉林市，下辖7家子公司，生产基地布局福建、江苏、安徽、山东等地。典型案例分析 案例2：广西玉柴机器股份有限公司42 玉柴刀具智能管理机床型号：Heller 对刀仪型号：左勒600生产线型号：发动机缸体加工线机床数量：28台机床新旧情况：9成新对刀仪43 玉柴刀具智能管理此界面在机床AUTO模式下使用。LOAD LOCATION对应读写器1的操作，控制其在手动换刀时读取标签信息，并写入NC中。EXCHANGE LOCATION 对应读写器2 的操作，在通过机械手将刀具从主轴换到刀带上时，将此次加工的时间写入标签中，完成对刀具寿命的管理。44 玉柴刀具智能管理标签读头1手动换刀装置刀柄刀柄上需要具有或加工出10+0.10mm 5mm+0.05标签安装孔，用工业AB胶将标签固定在安装孔中，并进行动平衡修正。45 玉柴刀具智能管理登录界面对刀仪监控界面刀具信息确认界面主界面刀具数据库信息46谢谢观看！