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“智能化”刀具的不二選擇

2022-9-19 來源：伊斯卡作者：技術經理 Andrei Petrilin

前言

數控技術(CNC)的發展距今已有七十年歷史。早在二十世紀五十年代，制造業的從業者們還對數控加工抱懷疑態度。然而時至今日我們已經很難設想沒有數控機床加工的世界將會怎樣。在金屬切削行業，數控機床作為其中的核心環節甚至決定了企業的生產能力。當然，數控技術自身也仍在不斷地革新和發展進步。數控加工的領先優勢，離不開其它很多相關領域的進步，諸如主軸和軸承單元，機床導軌，高速驅動系統，計算機工程學，液壓技術，電機，機器人技術，傳感器等。在市場份額上，現代數控機床也已經遠遠超過了傳統機床設備。

不僅是現在，未來的幾十年內數控加工技術依然會是機械加工方式的主流。數控機床的發展目標是持續提高設備的通用性，生產效率，穩定性，可靠性和加工精度。這些指標的不斷提高將保證未來愈加嚴格的加工需求。其中加工中心的快速發展則是得益于“減材”和“增材”技術的成熟，即金屬切削技術和3D打印。同時，工業4.0和智能制造的概念也帶給我們一個全新的視角，去重新審視數控加工技術。例如智能制造工廠，可以通過數字化信息交互，連接現實中的數控機床和虛擬的工件，其虛擬的數字化信息包含了被加工工件的各項特性并賦值理論參數。通過計算機控制單元的匹配和修正，可以智能化地平衡虛擬現實的邊界條件并建立加工過程對其進行實時分析。

切削刀具的數字化發展

相比于數控機床，刀具尺寸上更小，重量上更輕，結構上通常也更加簡單，但卻是“機床-工件”系統中非常重要的環節。機床通過刀具直接作用于工件，將多余材料從工件上切除。基于當前的技術水平，刀具通常被認為是工藝系統中最薄弱的一環卻難有根本性革新，這也是制約工業能力發展的主要原因之一。因此，刀具技術的革新發展將是提高數控加工技術的重要條件。（圖1）

圖1. 復雜形狀的可轉位刀片體現了當今的工業制造水準

傳統的刀具技術革新主要涵蓋了刀具幾何結構的更新設計，使用更先進的刀具材料，采用更合理的加工方式，從而提高刀具壽命，獲得更大的金屬去除率(MRR)，實現更高的加工精度及提高工藝可靠性。然而，工業4.0則將重點關注在刀具的數字化信息的構建上。（圖2）

圖2. 可精密調節是現代先進刀具的特征之一

即使在工業4.0的概念提出之前，信息化也一直伴隨著刀具行業，如樣本數據，刀具圖紙及切削參數推薦表等等。曾經的這些紙質版信息而今都在逐步向電子化信息轉變，使之更加快捷有效的服務于加工現場。同時，各類輔助軟件也擴展了更多形式的數據信息獲取，可以為客戶提供全方位的支持，如選定工況下的刀具選型和壽命預估。通過伊斯卡NEO-ITA和功率計算模塊，可以快速計算刀具的切削力，彎矩載荷，功率消耗，找到更合適的刀具牌號，優化刀具方案，分析競爭對手的產品及其它有用的功能。客戶可以通過電腦和手機端非常方便的獲取以上相關信息和數據。得益于互聯網技術的發展，金屬切削也已進入了全新的數字時代。

數字化仿真技術是生產工藝的有效輔助手段。其功能諸如加工建模，模擬碰撞試驗，工藝優化及加工策略對比等不勝枚舉。在未來的智能化工廠中，數字仿真技術將是最重要的基礎。屆時智能化刀具室中的每一把刀具都將匹配特定的數字化信息。

現代數控技術的發展向刀具行業提出了新的要求。未來一家刀具供應商所提供的產品將不僅僅是產品實物本身，也將包含相應的數字化信息和可支持的軟件運行環境，用以進行數字化仿真的各種應用。這就需要將CAD/CAM模塊中的刀具信息與模擬的加工環境進行無縫連接，并直接通過物聯網將刀具的數字化打包信息和模擬環境進行傳輸（loT）和匹配。（圖3）