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智能化工廠應無（wú）需對刀，設備無（wú）停機時（shí）間

2020-2-13 來源：伊斯卡（kǎ）技（jì）術經理作者：Andrei Petrilin

前言

製造（zào）業（yè）正處於全麵數字化的前夕，數字化（huà）將以這樣或那樣的方（fāng）式對製造業全流程形成影響，從產品設計，工藝規（guī）劃，到加工，裝配（pèi）等等。這些變化背後的驅動力是與第四次工（gōng）業革命相關的一大波技術突破，被稱之為工業4.0。

“無需對刀”的組合式刀具（jù）

隨著網絡通信（xìn）的應用，新的數字技術將物理生產製造係統（tǒng）與虛擬製造（zào）和三維建模相結合。盡管目標是大幅提高產量（liàng），但隨著製造係（xì）統在智（zhì）能化程度（dù）及決策能（néng）力的顯著提高，它們必然演變得更（gèng）複雜且更昂貴。無論（lùn）對機（jī）床製造商，還是夾具製造商（shāng）抑或刀具製造商而言，最小化製造係統的停（tíng）機時間對每（měi）一個係統組件的開發都是“必須”的。切削刀具不止用（yòng）於加工（gōng）金屬，還能縮短停機（jī）時間，這取決於（yú）刀（dāo）具（jù）的設計理念（niàn）。

今天，采用夾持（chí）硬質合金刀頭的組合式刀具（jù）進行金屬加工已非常普遍。如果說二十年前采用可換（huàn）式刀頭（tóu）原理設計的刀具係統尚且非常少，那麽現（xiàn）在，幾乎每家領先的刀（dāo）具製（zhì）造商都能提供（gòng）這類產品係列。刀具磨製及（jí）重新（xīn）修磨機床的先進性使得整體硬質合金（jīn）刀具的生產及重新修磨變得更簡單。這進一步促使中小型刀具製造商（shāng）數（shù）量增多，促進重新修磨業務的增長。可以預見，整體硬質合金（jīn）刀具的設計方式將對可換頭刀具發起重大的挑戰，並快速收複失地。然而，這並未發（fā）生，並且事實上情況正相反：來自機床的工程進展和當前的（de）智（zhì）能製造趨勢為（wéi）夾持可換刀頭的組合（hé）式刀具提供了前（qián）景可期的（de）未來。

以刀（dāo）具製造領域的領（lǐng）軍公（gōng）司伊斯卡作為明顯（xiǎn）對（duì）照（zhào）案例。伊斯卡推出基於“無需對刀”原則的夾持（chí）刀（dāo）頭的刀具，因替換失效刀頭後無需（xū）額（é）外的（de）安裝調試步驟，故而（ér）無需將刀具從機床取下即可在（zài）機更換刀頭。“無需對刀”源於組（zǔ）合式刀具的以（yǐ）下特（tè）點：刀頭與刀體之間為麵接（jiē）觸（chù），確保刀頭（tóu）的更換具有高重複定位精度；對超出刀體部分的刀頭公差範圍有著（zhe）嚴苛的規約。“無需對刀”原則成（chéng）功地應用於伊斯卡（kǎ）變形金剛立銑刀MULTI-MASTER（圖1）及束魔變色龍鑽SUMOCHAM（圖2）。在非（fēi）旋轉（zhuǎn）產品類（lèi）中，伊斯卡新推出的切斷（duàn）切槽刀MULTI-F-GRIP （圖3）及 LOGIQ-5-GRIP係列代表采用不一樣的方式（shì）所取得的成果，組合式刀具包含一個（gè）刀座，一個可轉位多定位槽刀夾，刀夾夾持可換（huàn）式刀片。各組件的高精度（dù）使得刀夾轉位後無需進行額外的對刀。以（yǐ）上兩種“無需對刀”概念均能大幅（fú）縮減機床（chuáng）停機時間。

圖1. 變形金剛刀頭MULTI-MASTER

圖2 束魔變（biàn）色（sè）龍鑽（zuàn）SUMOCHAM

圖3. MULTI F GRIP _切斷切（qiē）槽刀

除（chú）卻（què）縮（suō）短停機時間，這些組合式刀具還附屬了通用特性。以變形金剛立銑刀（dāo）MULTI-MASTER為例，刀頭能適配於不（bú）同刀體，而刀體能（néng）用於（yú）裝夾不同的刀頭，因具有上（shàng）萬種刀具組合而應用寬泛，應用（yòng）範（fàn）圍包括方肩銑、麵銑、槽銑或（huò）複（fù）雜曲麵銑，以及（jí）加工孔乃至倒角。MULTI-F-GRIP，非旋轉刀（dāo）具（jù）係列，刀座裝夾帶4個定位槽的刀夾，更換帶不同定位槽的刀夾（jiá），就（jiù）能用於夾持TANG-GRIP刀（dāo）片或（huò）DO-GRIP刀片。不久以前，通用性被視為可換刀頭組合式刀具（jù）的主要優點；然而，隨著近些年機床商的技術進展，特別是基於工業4.0概念的智能製造發展趨勢，將（jiāng）組合式刀具的“無需對刀（dāo）”這一特性推至趨勢前沿。

先進的修磨使（shǐ）得磨損的硬質（zhì）合金刀具幾何形狀能得（dé）到高精度的修複。然而，因刀（dāo）具尺寸的變更，操作者不得不據此對數控程序的初（chū）始設置進行恰合的修正以使得修磨後的刀具能執行加（jiā）工。這會導致有效切削時間（jiān）的減少，降低生產率，進而提高生產成本。與此（cǐ）相反，快換刀頭（tóu）設計（jì）因“無需對刀”，免除了對額外的對刀或程（chéng）序修正的需求，也不需要配置任何額外的安裝單（dān）元（yuán）。這即（jí）是（shì）當（dāng）切削（xuē）刀具擁有“無需對刀（dāo）”的（de）能（néng）力時就（jiù）能在智能化金（jīn）屬加工工廠發揮重要（yào）作（zuò）用的原因。從這個視角來看，“無需對刀”的夾持刀頭的組合式刀具，諸如（rú）變形金剛立銑刀MULTI-MASTER及束魔變色龍鑽（zuàn）SUMOCHAM，可被看（kàn）作是（shì）為智能化工廠量身打造的。明白了這一能力所（suǒ）帶（dài）來（lái）的益處，也（yě）就能更透（tòu）徹地理解伊斯卡為什麽從（cóng）二（èr）十年前開（kāi）發這兩個係列時就對刀具懸伸公差（chà）範圍從設計要求上（shàng）提出必要的嚴苛的（de）要求。

多任務（wù）機床

采用夾持可換頭組合式刀具（jù）還能帶（dài）來額外的優點，就是（shì）其具有能根據工件的特定要求而自行靈活組裝（zhuāng）的能力。多任務機床（chuáng）使得能在一個工步中實（shí）現多樣化的切削加工，而（ér）這在當今工業領域越來越普遍。這些機床具有驅動刀柄，這（zhè）樣就（jiù）能將旋轉刀具與非旋轉刀具組合在一起使用，從而能顯著提（tí）高生產率。此外，作（zuò）為對標準數控車床的補充，機（jī）床製造商們提供豐富多樣的驅動刀柄選項，這能將數控車床轉化為多任（rèn）務機床。典型的驅動刀柄單元的功率特性與典型（xíng）的小型加工中（zhōng）心的功率特性相近。變形金剛立銑刀MULTI-MASTER係列具有豐富多樣的刀體，伊斯卡還為刀（dāo）體提供各式接柄、縮徑杆、延長杆，以確保為特定加工提供（gòng）優選結構的（de）刀具，並能最小化刀具懸（xuán）伸（圖4）。這（zhè）大大有助於減小（xiǎo）作用於驅動（dòng）刀柄單元機（jī）構（gòu）的彎（wān）曲載荷，提高刀具（jù）的性能及刀具壽命。

圖4. 變形金剛立銑刀應用於多任務機床

結語

將（jiāng）工業4.0概念落地到金屬（shǔ）加工業的例證是將“無需對刀”概念整合進去，納入夾持（chí）可換（huàn）刀頭的組合式刀具。這並不隻關乎於節省硬（yìng）質合金材料（liào）；科技的發展帶來重要的能力，那就是能最大限度地提高加工產（chǎn）能，降低生產成（chéng）本。不過（guò），要精準（zhǔn）地實現這樣的能力，需對相關設計參數（shù）提出更嚴苛的要求，特別是收緊軸向重複定位公差範圍。

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