機(jī)械加工自動(dòng)線的刀具壽命設(shè)定

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對(duì)于節(jié)拍短、生產(chǎn)線長(zhǎng),、產(chǎn)品復(fù)雜的發(fā)動(dòng)機(jī)加工自動(dòng)線來(lái)說(shuō)，在刀具進(jìn)行優(yōu)化之前,，要合理設(shè)定機(jī)床供應(yīng)商原配備刀具(機(jī)加工自動(dòng)線所用刀具絕大多數(shù)為非標(biāo)刀具)的刀具壽命,，是一個(gè)十分值得注意的工作重點(diǎn)。
設(shè)定得合理可以保證產(chǎn)品質(zhì)量,，降低刀具成本;反之,，刀具成本上升，工件廢品連續(xù)出現(xiàn),，機(jī)床開動(dòng)率降低,，加劇機(jī)床損壞，從而達(dá)不到精益生產(chǎn)的目的,。

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    刀具壽命的合理設(shè)定,，其目的就是在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，用最低的刀具成本加工出最多的合格產(chǎn)品,。但對(duì)機(jī)加工自動(dòng)線來(lái)說(shuō),，它不同于單人單機(jī)。機(jī)床的生產(chǎn)能力———節(jié)拍,，決定了刀具的切削參數(shù),，因此不能為了提高刀具壽命而降低切削參數(shù)。在節(jié)拍既定的前提下,，影響刀具壽命的條件因素也是既定事實(shí)時(shí),，要給每把刀具設(shè)定較合理的壽命，可以說(shuō)它需要一個(gè)TEAM的群策群力,。刀具供應(yīng)商,、刀具修磨工、刀具調(diào)整工,、生產(chǎn)操作工及技術(shù)支持部門各方通力合作,，才能給定一個(gè)合理值。我們通過摸索,、試驗(yàn),，最終達(dá)到能較合理地定值各種刀具的壽命。具體介紹如下,。

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    1借鑒

    設(shè)定刀具壽命首先可以合理借鑒推薦值,。推薦值即為刀具供應(yīng)商所薦之值。但有些推薦值因機(jī)床,、冷卻液,、工件材質(zhì),、切削參數(shù)、工件加工技術(shù)要求等因素不同,，也有不適宜實(shí)際使用情況的，故必須有一定的認(rèn)證過程,。盲目實(shí)施或許會(huì)嘗苦果,。

    例如我們動(dòng)力總成廠V6發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋線，OP90工位有一把刀具(編號(hào)為CH9003)是加工缸蓋座圈導(dǎo)管的先導(dǎo)刀,，刀具切削刃材質(zhì)為PCD,。刀具供應(yīng)商給該先導(dǎo)刀的壽命推薦值為24h，機(jī)床加工一只導(dǎo)管孔為4.4s,，一個(gè)工位加工3只導(dǎo)管孔,，需414×3=13.2s。即先導(dǎo)刀的壽命為24×3600÷13.2=6545件,。\\r\\n機(jī)床供應(yīng)商在設(shè)備驗(yàn)收階段,，該刀具能滿足產(chǎn)品加工要求。但當(dāng)設(shè)備驗(yàn)收結(jié)束后,，預(yù)試生產(chǎn)階段不久,，卻出現(xiàn)了不能滿足加工技術(shù)要求的廢品工件(即座圈對(duì)導(dǎo)管的跳動(dòng)量超差)。當(dāng)初我們以為是后續(xù)工序的6刃CBN鉸刀原因,，但調(diào)換新鉸刀后仍有廢品出現(xiàn),。最后經(jīng)過多方查找才發(fā)覺是CH9003先導(dǎo)刀所致。CH9003刀具經(jīng)過幾次的使用,，發(fā)現(xiàn)該刀具每次加工到700多件缸蓋時(shí),，由于刀具磨損后加工出缸蓋達(dá)不到產(chǎn)品要求，跳動(dòng)出現(xiàn)超差,。最后我們將該刀具壽命設(shè)定為700件,，終于使缸蓋的座圈對(duì)導(dǎo)管的跳動(dòng)量100%滿足技術(shù)要求。

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    2試驗(yàn)

    根據(jù)不同的刀具,，不同的加工工件,，不同的加工方法，我們可以觀察刀具達(dá)到正常磨損VB量的刀具壽命;也有采用在規(guī)定的加工條件下,，按質(zhì)完成額定工作量的可靠性壽命;還可以保持工件尺寸精度的尺寸壽命及刀具達(dá)到規(guī)定承受的沖擊次數(shù)的疲勞壽命等,。

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    一般刀具我們可以通過實(shí)際使用綜合設(shè)定值，即通過幾個(gè)階段的工件加工情況最后確定加工件數(shù),。如銑刀盤我們根據(jù)其粗加工與精加工的不同情況,，根據(jù)刀片的磨損量，工件加工的粗糙度,，工件邊緣的崩口情況,，工件加工尺寸、毛坯余量的變化來(lái)確定其壽命。一般來(lái)說(shuō),，確定銑刀盤,、鉸刀、鏜刀的壽命比較容易,，確定鉆頭比較難定,，尤其是易斷的深孔鉆頭更加難定。但各種刀具壽命的數(shù)據(jù)采集幾乎一樣,。具體操作舉深孔鉆一例

    新鉆頭剛使用時(shí)沒什么推薦值,。鉆頭壽命數(shù)據(jù)采集的方法為:第一根新鉆頭加工3000件時(shí)鉆頭折斷;第二次加工3980件時(shí)孔徑偏小(不可取);

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    第三次加工2500件時(shí)切削刃崩刃。

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    根據(jù)以上三次加工數(shù)據(jù),，可以設(shè)定鉆頭第一次壽命為2500×80%=2000件,，以后鉆頭每加工2000件正常調(diào)換。如果鉆頭不折斷,、不崩刃,、孔徑正常，刀具未嚴(yán)重磨損等,，那么連續(xù)三次以后再可調(diào)整壽命為2500×90%=2250件,。繼續(xù)使用三次后正常，再調(diào)整壽命為2500×95%=2375件,。以后每三次提高5%壽命,，直至最后刀具出現(xiàn)VB磨損量超標(biāo)或其它如刃口崩刃等現(xiàn)象時(shí)。其刀具壽命比出現(xiàn)異常時(shí)減10%,，為現(xiàn)階段的壽命,。

    反之，在第一次初設(shè)壽命后,，鉆頭在加工1980件時(shí)出現(xiàn)折斷或1800件時(shí)折斷,，那么壽命要降低。如第四根鉆頭加工至1800件時(shí)折斷,，那么第五根鉆頭加工到1800×80%=1440件時(shí)要拆下來(lái)檢查鉆頭磨損情況,。對(duì)橫刃、主切削刃,、副切削刃,、主后面、后角等進(jìn)行目檢,，如一切正常,，可以在第六根時(shí)提高到1800×90%=1620件。當(dāng)加工到1620件時(shí)再檢查刀具,，如一切正常,，第七根加工至1800件時(shí)再拆下來(lái)進(jìn)行目檢,。如正常，第八根和第九根繼續(xù)加工1800件,，再進(jìn)行刀具檢查,，如仍正常，那么可以認(rèn)為第四根鉆頭在1800時(shí)折斷是偶然因素,。同樣方法可以確認(rèn)1980件折斷的原因,。

    刀具使用一段時(shí)間后確認(rèn)壽命

    采用這種方法設(shè)定壽命更趨合理。如PT發(fā)動(dòng)機(jī)車間V6缸體線,，OP30工序的7工位、8工位的深孔鉆,，當(dāng)初供應(yīng)商的推薦值為3000件,。OP30加工主油道的深孔鉆易斷是出了名的，當(dāng)初設(shè)備試生產(chǎn)階段這個(gè)問題外方就沒有很好解決過,。深孔鉆一斷就會(huì)造成刀具成本上升,，工件報(bào)廢，從而增加發(fā)動(dòng)機(jī)成本,。由于機(jī)床的先天原因,，深孔加工沒有采用槍鉆而采用麻花鉆，且麻花鉆的硬質(zhì)合金頭部焊接牢度又不過關(guān),，因此易斷似乎成了不可抗拒的事實(shí),。

    在現(xiàn)存條件下，為減少斷鉆和工件報(bào)廢,，合理設(shè)定刀具壽命,，首先，我們查找了缸體線自生產(chǎn)以來(lái)深孔鉆的加工數(shù)量,。通過半年多的加工數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì),，發(fā)現(xiàn)實(shí)際加工數(shù)量不等。偶爾有加工到3000件的,，但也有加工幾十件的,。大多數(shù)加工1000件，發(fā)現(xiàn)其中深孔鉆在加工到1000多件折斷占較大比例,，1000件以下占較小比例,。其次，檢查深孔鉆在加工到1000件多一點(diǎn)時(shí)的鉆頭磨損及工件加工質(zhì)量情況:

    工件孔徑尺寸加工符合要求,，但孔壁粗糙度與新刀相比差一些,。

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    鉆尖已磨損，出現(xiàn)小圓頭,，使切削阻力增大,。鉆頭主切削刃尚可,，但已有細(xì)“白口”。副切削刃則已開始磨損,，這不利直徑方向的倒錐度保持,，從而影響下次重新修磨及增大切削阻力而造成折斷。根據(jù)以上兩方面情況,，最終將OP30的深孔鉆設(shè)定在1000件調(diào)換,。自實(shí)施以來(lái)，斷鉆明顯減少,。統(tǒng)計(jì)2000年1月至8月生產(chǎn)缸體20222臺(tái),，斷鉆69根(一只缸體需用14根深孔鉆來(lái)完成4孔油道孔的加工)，即加工293臺(tái)缸體要斷一根,。調(diào)整后,，9月至12月加工缸體8926臺(tái)，斷鉆21根,，即加工425臺(tái)缸體斷一根,。照這樣推算以年產(chǎn)3萬(wàn)臺(tái)計(jì)算，調(diào)整前要斷102.39根,，調(diào)整后只要斷70.59根,，鉆頭少斷32根，缸體也少報(bào)廢32臺(tái),。鉆頭按平均價(jià)格每根301.135美元計(jì)算,，缸體每只1474.00元，那么一年可節(jié)約人民幣:301.135×32×8.27+1474×32=126860.37元,。

    3依據(jù)

    目前的加工中心一般均有加工狀態(tài)下的主軸負(fù)載值顯示,。刀具的磨鈍情況可以根據(jù)機(jī)床主軸在加工狀態(tài)下的負(fù)載值決定是否需調(diào)換刀具，這樣能更準(zhǔn)確地知道刀具需要修磨的信號(hào),。但每把刀具由于直徑大小不一樣,，切削參數(shù)不同，加工方法不一樣等,，其顯示負(fù)載值也不一樣,。圖1為在2.0L缸體線上加工缸體(鑄鐵材料)所用的三種刀具，在工作狀態(tài)下從換上刀具到需要刃磨的過程曲線圖,。

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    曲線三種刀具的主要切削參數(shù)如下:B1004f200mm平面銑刀,，V=942.5m/min，n=1500r/min,，F(xiàn)=0.96mm/r(每把刀片F(xiàn)=0.08mm/r);B3009(f18+f20.8)mm階梯鉆,，V=(101.8/117.6)m/min，n=1800r/min,，F(xiàn)=012mm/r,，加工深度30.8mm;B6011M8×1.25絲錐,，V=100.5m/min，n=4000r/min,，F(xiàn)=1.25mm/r,，加工深度20.5mm。

    機(jī)床主軸的負(fù)載顯示值不同,。由于機(jī)床主軸的轉(zhuǎn)速不同,，在無(wú)刀具前提下其負(fù)載也不同。故刀具的負(fù)載顯示值是二者的合值———主軸某一轉(zhuǎn)速下的負(fù)載+刀具切削時(shí)的負(fù)載,。我們可以經(jīng)過數(shù)據(jù)分析,，最后確定每把刀具在需要調(diào)換時(shí)的定值。

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    4監(jiān)控

    刀具壽命一旦建立,，還必須進(jìn)行跟蹤及監(jiān)控,，即根據(jù)生產(chǎn)線現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際加工情況，機(jī)加工線操作工和刀具修磨工對(duì)刀具進(jìn)行跟蹤及監(jiān)控,。自動(dòng)線在加工狀態(tài)下一般不易觀察刀具的磨損情況，這時(shí)機(jī)加工線操作工首先用目檢工件加工狀況來(lái)判斷刀具的刀況,。例如用鉆頭加工通孔,，可以根據(jù)孔口的崩刃來(lái)判別鉆頭主切削刃與副切削刃交匯處的磨損情況;加工盲孔可以觀察孔的底部118°或140°的錐面粗糙度，判別鉆尖或切削刃是否崩刃;還有銑刀盤也可以從目檢工件邊緣的崩刃來(lái)判別刀片的鋒利程度等等,。其次,，通過對(duì)調(diào)換下來(lái)的刀具由修磨工在修磨前對(duì)刀具進(jìn)行目檢，確認(rèn)刀具的磨損VB量,。再與操作工進(jìn)行溝通,，了解加工工件的質(zhì)量情況，匯總后由刀具工程師和規(guī)劃員修整刀具壽命,。經(jīng)過這種在變化中設(shè)定值,，在定值時(shí)看變化的方法，來(lái)設(shè)定合理的刀具壽命,。

    根據(jù)生產(chǎn)線現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際加工情況,，VB量對(duì)有些刀具來(lái)說(shuō)可能比國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要小，但大多數(shù)還是可以參照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的,。除精加工時(shí),，采用刀具磨損量是否影響表面粗糙度和尺寸精度作為磨損判別依據(jù)外(這類刀具一般有機(jī)加工線操作工檢查換刀前的加工工件的粗糙度或尺寸來(lái)定)，而有些刀具則參照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T16461-1996中的標(biāo)準(zhǔn),。根據(jù)我廠產(chǎn)品實(shí)際加工情況,，我們?cè)O(shè)立了各種刀具的監(jiān)控VB磨損限度。

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    例V6缸體線的其中4把刀具的VB磨損限度為:

    CB01010LH401f14mm硬質(zhì)合金鉸刀,，VB磨損限度0.5mmCB03008RH020(f10.25+f14)mm硬質(zhì)合金階梯鉆,，VB磨損限度0.3mmCB040014RH164f7mm高速鋼麻花鉆,，VB磨損限度0.5mm\\r\\nCB11003RHf200硬質(zhì)合金刀片精加工平面銑刀，VB磨損限度0.4mm

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    5平衡

    刀具壽命還應(yīng)從以下幾方面綜合平衡考慮,。既要考慮刀具成本(主要指修磨成本),，也應(yīng)考慮工件報(bào)廢成本。生產(chǎn)中有時(shí)為了降低刀具成本,，往往有等到刀具使用到非修磨不可時(shí)才調(diào)換的現(xiàn)象,，但這樣斷刀的風(fēng)險(xiǎn)就大大增加。其一,，假如刀具折斷,，刀具成本就會(huì)上升;其二，因刀具折斷,，又會(huì)使工件報(bào)廢,。發(fā)動(dòng)機(jī)零件一般毛坯價(jià)格均在上千元之上，故必須離非修磨不可時(shí)有一個(gè)安全系數(shù),。我們一般選用降10%的壽命,。新刀與重新修磨的刀具其壽命也不同，如鉆頭,，高速鋼,、硬質(zhì)合金、涂層硬質(zhì)合金,、CBN,、PCD等均不一樣。高的可保持新刀具的100%,，低的只有新刀的60%~70%,。這在很大程序上取決于設(shè)備及修磨工的技能。

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    設(shè)定刀具壽命時(shí),，機(jī)加工自動(dòng)線各工序之間要平衡調(diào)刀時(shí)間,。刀具壽命只能是階段性的設(shè)定值，而不是永久性的定值,。如主軸的軸承磨損,，導(dǎo)致振動(dòng)加劇，會(huì)導(dǎo)致刀具壽命降低,。工件的批量不同,，如硬度等因素，會(huì)導(dǎo)致刀具損耗出現(xiàn)較明顯變化,。刀具的批量變化,。生產(chǎn)中往往碰到使用這批刀具壽命較高，使用下一批刀具時(shí)發(fā)現(xiàn)壽命較低的現(xiàn)象,。碰到這種現(xiàn)象時(shí)需重新采集數(shù)據(jù)重新設(shè)定,。設(shè)定刀具壽命,，光根據(jù)加工尺寸來(lái)判斷并不一定合理。

    如鉆頭,，一般說(shuō)來(lái)它的孔徑能滿足其要求,，但有時(shí)鉆頭已嚴(yán)重磨損。如鉆頭的倒錐,，由于磨損嚴(yán)重,，鉆頭切削部分直徑變成了順錐，影響下次的鉆頭修磨,。為了達(dá)到好的切削效果,，修磨前必須切掉順錐段，這樣減少了鉆頭修磨次數(shù),，刀具成本就有所上升,。自動(dòng)線各工序間的刀具一般最好設(shè)定為10或50的倍數(shù)，這樣可以不影響前后工序的加工進(jìn)程,。如OP10調(diào)刀了,，OP20沒刀調(diào)換，那么OP20也只能等待OP10操作工調(diào)好刀以后才可開機(jī)生產(chǎn);同樣,，OP20調(diào)刀時(shí)OP10沒多久便處于停機(jī)狀態(tài),，因?yàn)楹蟮拦ば蚬ぜ�堵塞。如果前后工序都能處在較接近的時(shí)間調(diào)換刀具,，那么這樣就能提高機(jī)床的開動(dòng)率。

    6結(jié)語(yǔ)

    由上面所敘可知:刀具壽命的設(shè)定,，只要掌握一定的方式方法,，就可以掌握刀具壽命的確定原則———提高生產(chǎn)率，降低生產(chǎn)成本,，最終達(dá)到精益生產(chǎn)的目的,。

一劍飄紅

樓上講的動(dòng)力總成廠是哪里的動(dòng)力總成廠？

秦地小機(jī)2015

十幾年前能總結(jié)出這么好的資料實(shí)在是太強(qiáng)了,，我們現(xiàn)在還在摸索自動(dòng)化加工中的刀具壽命管理,。