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“智（zhì）能化”刀具的不二選擇

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

前（qián）言

數控技術(CNC)的發（fā）展距今已有七十年曆史。早在二十世紀五十年代，製（zhì）造業的從業者們還（hái）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（shù）控機（jī）床作為其中的（de）核心環節甚至決定了企業的生（shēng）產能（néng）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（shì），離不開其它很（hěn）多相關領域的進步，諸如（rú）主（zhǔ）軸和軸承單元，機床導軌，高速驅動係統，計算機工程學，液（yè）壓技術，電機，機（jī）器人技術，傳感器（qì）等。在市場份額上，現代（dài）數控機床也已經遠遠超過了（le）傳（chuán）統機床設備。

不僅是現在，未來的幾十年內數控加工技術依（yī）然會是機（jī）械加工方式的主流。數控機床的發展（zhǎn）目標是持續提高設備的通用性，生產效率，穩（wěn）定性，可靠性和加（jiā）工精度。這些指標的不斷提高將保證未（wèi）來愈加嚴格的加（jiā）工（gōng）需求。其中加工中（zhōng）心的（de）快速發展則（zé）是得益於“減（jiǎn）材”和“增材”技術的成熟，即金（jīn）屬切（qiē）削技術和3D打印。同時，工業4.0和（hé）智能製造的概念也帶給我們一個全新的視角，去重新審（shěn）視數控加工技術。例如智能製造工廠，可（kě）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（jiàn），其（qí）虛擬的數字化信息包含了被加工工件的各項（xiàng）特（tè）性並賦（fù）值理論參（cān）數。通過計（jì）算機（jī）控製單（dān）元（yuán）的匹配和修正，可以智能化地平衡虛擬現實的邊界條件並建立加工過程對其進行實時分析。

切削（xuē）刀具（jù）的數字化發（fā）展

相比於數控（kòng）機床，刀具尺寸（cùn）上（shàng）更（gèng）小，重量上更輕，結構上通常也更加簡單，但卻（què）是“機床-工件”係統中非常重要的環節。機床通過刀具直接作用於工件，將多餘材（cái）料從工件上切除。基於當前的（de）技術水平，刀具通（tōng）常被認為（wéi）是工藝係統中（zhōng）最（zuì）薄弱的一環卻難有根本性革新，這也是製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（shì）提高數控加工（gōng）技術的重要條件。（圖1）

圖（tú）1. 複雜形狀的可轉位刀片體現了當今的工業製造水準

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（liào），采用更合理的加工方式，從而提高刀具壽命（mìng），獲得更大的金屬去除率(MRR)，實現（xiàn）更（gèng）高的（de）加工精度及提高工（gōng）藝可靠性。然而，工業4.0則將重點關注在刀具的數字化信（xìn）息的構建上。（圖2）

圖2. 可（kě）精密調節（jiē）是現代先進（jìn）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（bàn）隨（suí）著刀具行業，如樣本數（shù）據，刀具圖紙及切削參數推薦表等等。曾（céng）經的這些紙質版（bǎn）信息而今都在逐步向電子化信息轉變，使之（zhī）更加（jiā）快（kuài）捷有效的服務於加工現場。同時，各類輔助軟件也擴展了（le）更多形（xíng）式的數據信息獲取，可以為客戶提供全方位的（de）支持，如選定工況下的刀（dāo）具選型（xíng）和壽命預估（gū）。通過伊斯卡（kǎ）NEO-ITA和功率計算模塊，可（kě）以快速計算刀具的切削力，彎矩載荷（hé），功率消（xiāo）耗，找到更（gèng）合適的刀具牌號，優化刀具方案，分析競爭對手（shǒu）的產品及其它有用的功（gōng）能。客戶可以通（tōng）過電腦和手機端非常方便的獲取以上相關信息和數據。得益於互（hù）聯網技術的發展，金（jīn）屬切削也已（yǐ）進入了全新的數（shù）字時代。

數字化仿真技術是生產工（gōng）藝的有效輔助手段。其功能（néng）諸如加工（gōng）建模（mó），模擬碰撞試驗，工（gōng）藝優（yōu）化及加（jiā）工（gōng）策略對比等不勝枚（méi）舉。在未來的智能化工（gōng）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（yè）提出了新的要求。未（wèi）來一家刀（dāo）具供應商所提供的（de）產品將不僅僅是產品實物本身，也將包含相應的數字化信（xìn）息和可支持的軟件運行（háng）環境（jìng），用以進行（háng）數字化仿真的各種應（yīng）用。這（zhè）就需要將CAD/CAM模塊中的刀具信息與模擬的加工（gōng）環境進行無縫連接，並直接通過物聯網將刀具的數字化打（dǎ）包信息和模擬環境進（jìn）行傳輸（loT）和匹配。（圖3）

圖3. 包含二維和三維模型及其可用於（yú）傳輸的數字化信息的.p21文件，組成了伊斯卡標準的數字化刀具包

為了幫助切削加工和刀具的（de）數字化信息在不同計算機平台進行數據傳遞和處理，標準ISO13399作為一種獨立描述切削加工的計算機可識別信息的方法被確立下來（lái）。該標準定義了（le）刀具及其附件的三維模型創建和傳遞的內容，用來進行數（shù）控編程，仿（fǎng）真加工，分（fèn）析刀具壽（shòu）命，計算功耗和模（mó）擬加工過程等。

基於ISO13399標準，伊斯卡可提（tí）供的刀具數字化組合，包（bāo）含如下內容：

- 包含多種搜索功能的電子樣本，不斷更新的促（cù）銷信息和相關（guān）數據。

- .p21文件（一種STEP標準文（wén）件（jiàn））是一種產品三維數據表示和交換的格式，用於工業自動化係統和集成。

- 基於ISO 10303標準(STEP)的刀具三維模型，可（kě）用於計（jì）算機輔助設計（jì）和數控編程。

- DXF格式的刀具二（èr）維文件，可用於計劃工（gōng）藝（yì）文檔，圖紙設計（jì），刀具布置（zhì）和裝配圖（tú）。

- 模擬（nǐ）刀具裝配功能模塊（kuài），用於（yú）車削，銑削和孔加工刀具的在線裝（zhuāng）配（pèi）組合，同時可以直（zhí）接生成二維和三維裝配文（wén）件（jiàn）。

- NEOITA - 伊斯卡在線專家選刀係（xì）統，可根據特定的應用場合推薦（jiàn）最優的刀具解決方案。

- “加工功耗”和“牌號優化”等應用軟件。

結語

高速發展的（de）工業電子信息化將數控技術推上了一（yī）個全新的高度，同時也給刀（dāo）具製造商帶（dài）來了新的變化和挑戰。特別是如何將刀具（jù）和相（xiàng）關的（de）數字（zì）化信息進行（háng）有效（xiào）的結合，將是擺在（zài）我們麵前的一個課題。

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