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覆蓋件（jiàn）模具數控加工刀庫自動化應用

2025-1-14 來源（yuán）：東風（fēng）汽車集團有限公司研發總院作者：楊興曹宇峰訪問量：

在中國汽車（chē）市場競爭加劇的當下（xià），轎車覆蓋件（jiàn）模具設計和製造（zào）水平為了（le）適應市場不斷提（tí）升（shēng）。為（wéi）適應市場對高端轎車模具提出的新要求（qiú），邁向自主開發、適應目（mù）標市場，提高數控加工效率和質量勢在必行。數控加工自動化是公司重大課題，傳統的刀具管理使用體係（xì）存在（zài）著（zhe）一係列問題（tí） :占用數控主體作業時間 ; 操作者憑經驗選擇刀具類型 ; 無法（fǎ）進行刀具加工幹涉判斷 ; 刀具壽命和修磨標準無法統一問題（tí）等。通（tōng）過自動化加工換刀ATC 的使用，不僅能徹底解決這些問題，通過刀具管（guǎn）理體係和配送製度的完善、能夠合（hé）理管理使（shǐ）用數控加工（gōng）刀具，提升數控主（zhǔ）體作業時間和數控（kòng）加工安全性。

一、數控加工刀具自動對刀的流程

數控加工刀庫自動化對刀方式為（wéi）機內對刀和機外（wài）對刀兩（liǎng）種方式。課題實（shí）施前由於以往數控加工作業方式的慣性思維，現場對刀方式為操作工（gōng）現場對刀作業，數控加工中心刀庫沒（méi）有充分發揮作用。為（wéi）了（le）充分提升對刀效率，此（cǐ）次課題研究采用（yòng）機外對刀作為課題實施主要方式。

1.模具製造數字化加工經曆的幾個階段

2017 年數控加工數字化起步階段 FMC 整體泡沫的製作程序化，控製實物尺寸。

2018年全數字化加工開始應用階段模（mó）具結構加（jiā）工的全麵數（shù）字化。

2020年（nián）精細化模麵（miàn）加工階（jiē）段數碼測量技術使用，為數控編程（chéng）提供現場實（shí）物尺寸。

2021 年自動化數控驗證階段 VERICUT 軟件的引進，防止數控加工幹涉碰撞。

2022年自動化數控加工階段數（shù）控機外對刀儀的使用，完善數控刀具管理。

圖 1 數控加（jiā）工自動加工陣地現場

圖 2 數（shù）控加工自動加工流程示意圖

2．實現數控加工（gōng）中心刀（dāo）庫自動化基本（běn）要求

刀具使用的相關參數和相關信息需（xū）要和數控刀庫進行匹配，數（shù）控加工刀具有相關的身份（fèn）編碼，使用參數需要與數控機床的刀具庫信息（xī）相（xiàng）匹配。此（cǐ）外，刀（dāo）具相關（guān）參數在數控編程的過程中需要引入，後（hòu）續 NC 代碼（mǎ）在運行（háng）過程中會通過程序（xù）傳（chuán）輸過程把相（xiàng）應的刀具參數及加工信息植入數控加工（gōng）中心（xīn）的數（shù）控係統中，最終完成數控（kòng）加（jiā）工任務。數控刀具庫建立相關製度具（jù）體要求如下 :

①實施數控刀具配送製度，規範使用，由刀具技術人員（yuán）進行（háng）現場（chǎng）支持。

②開發刀庫自動化使用的數（shù）控加工程序模板，確（què）定刀（dāo）庫應用相關參數（shù）。

③完善現場數控刀具管理、使用、保養製度，提升數控機床開動率（lǜ）。

④機外對刀裝置使用成為數控刀具使用的控製中樞（shū）。

（1）傳統數控加工對刀方式（shì）的流程

傳（chuán）統數（shù）控加工對（duì）刀方式（shì）主要的（de）特點，需要有經驗的數控技能人員進行現場分析（xī）判（pàn）斷，還需要來回奔波與工位和庫房之（zhī）間（jiān），整（zhěng）個換刀環節效率低（dī）下，在工序（xù）較為複雜的數控加工，頻（pín）繁換刀，大幅降低機床實際開動率。

圖 3 數控加工自動加工流程示意圖

（2）傳統對（duì）刀（dāo）方式現場問題（tí）幾（jǐ）種表現形式

①數控對刀的時間較長，機內對刀參數需要操作工核（hé）定，新員工容易發生對刀的失誤。

②防止數控刀具加工與工件幹涉，操作人員（yuán）再（zài）次確（què）認刀具有效切削長度。

傳統數控對（duì）刀方式需要操作工有熟練的技巧，豐富的（de）加工經驗，操作工培訓的周期相對較長，而且不利於（yú）數控作業（yè）標準化、規範（fàn）化的實現，以技能人員經驗為主導的生產不利於企業核心技術提升。

圖 4 現場手工對（duì）刀設定高度

圖（tú） 5 數控加工人員確定刀具幹涉長度示（shì）意圖

二、數控加（jiā）工中心刀庫自（zì）動化應用方案

1. 數控加工中心刀庫自動化前提硬軟（ruǎn）件要求

（1）測量（liàng）硬件方麵 : 配備高端精密機外對刀儀作為（wéi）整個對刀控（kòng）製中樞。

（2）數控軟件方麵 : 解決數控加工程序的（de）優化、並且把相應的數控指令整合到數控加工代碼中，便於加工和檢測。

（3）加工管（guǎn）理方麵 : 設立專職的數控刀具理員，集測（cè）刀、配送、管理、定損、新產品的定型，數據管理工作於一體。

（4）用戶方麵（miàn）機加車間為（wéi）了適應新作業方式，製（zhì）定相應的管（guǎn）理使用、管理流程。（圖 6）

圖 6 刀具庫自動化行動計劃書

2.刀具庫自動化具體實施的方案

（1）刀具配送製度的應用流（liú）程

①拆卸機床刀柄庫數（shù）控加工刀（dāo）具至工具運輸專用小車。

②擦拭 BBT50 刀柄、數控加工刀具浮灰後運送至數控刀具室。

③拆卸相關的數（shù）控（kòng）刀具（jù），數（shù）控刀柄組件。

④仔細清潔數控刀（dāo）柄、刀具，去除燒結油膜。

⑤鑒定數控（kòng）刀具使用情況，給出刀具使用評估報告（每周所有（yǒu）機床一次）。

⑥重新（xīn）組裝相應的數控刀（dāo）具（jù）和刀柄（bǐng）。

⑦組合好的工具組（zǔ）件在刀（dāo）具（jù）預調儀（yí）重新測量刀具使用參數。

⑧測量好的刀具打印刀具標簽，重新在（zài）刀具做好標識。

⑨網（wǎng）絡傳輸刀具信息至（zhì）對（duì）應的數控機床。

⑩運送檢定後的數（shù）控刀具至現場，重新安裝至機床刀柄庫。

圖 7 刀具配送整體流程示意圖

（2）刀庫專用使用的數控加工宏程序開發

根據數控加工程序的特點，宏程（chéng）序進行控製主程序的運行流程。包含（hán）自動預熱、自動換刀、精度自動補償，加工工件重量補償的功能，附加刀具非正常破損檢測分項。

從數控編程的參數（轉速、進給、長短刀具選擇等等）設置（zhì）、刀（dāo）具配送清單、程序清單、生產計劃安排、數控刀具的動態管理、刀具的成本管控、數控標準化（huà）加工等，都必須嚴格按照標準化作業，否則任何一個環節的中（zhōng）斷，都會導致（zhì）數控加工中斷。所以從開始的數控編（biān）程和機加結束（shù）的數控全自動加工入手，強製的要求的中間環節的標準化。( 圖 8)

圖 8 數控刀庫自動化（huà）使用數（shù）控程序開發流程示意圖（tú）

圖 9 數控機床庫的建（jiàn）立

圖 10 數控機床刀（dāo）具加工庫的建立

圖 11 現在的數控（kòng）刀（dāo）具使用流程程圖

圖 12 刀具對刀的（de）數（shù）據完全實現自動輸入過程圖（tú）

完善數控刀庫使用的同時，必須建立與之相應數支撐控編程標準化庫作（zuò）為 :

①數（shù）控軟件添加機床 3D 數模，仿（fǎng）真實物（wù）加工場景。

②數控加工刀柄、刀（dāo）具庫作為標準模塊，根據加工（gōng）需求（qiú）隨時調用。

③數控加工機床頭庫和相應的附加頭庫。

（3）製訂相應的管理使用流程，並且（qiě）不斷完善（shàn）

（4）用戶方麵的流程改變

由於引進數控刀具機外對刀儀，對刀的任務職責轉移到刀具管理員和庫房中 ; 刀具的補償指令由刀具庫直接發送到數控機床，數控加工人員（yuán）所執（zhí）行的隻是正常的裝卸刀具，流程簡化。

三、數控（kòng）加工中心刀具自動化實現後（hòu）的效果分析

1.經濟效果

（1）每日節省數（shù）控加工（gōng）工時 2h/ 台，五台共計 10h/ 天 , 年工作時間 300 天（tiān）。

（2）使用配送管（guǎn）理製度管理，減少錯誤操作。

（3）程序優化節（jiē）約加工（gōng）工時 2h/ 套（tào）。全年按照班組加工能（néng）力每年 50 套工件數量240 件。

總共節約（yuē） :300 元 / 小時（shí） *10 小時 * 300 天＋ 240 件 *2 小時 *300 元 / 小時 =1044000 元（yuán）。

2.社會效益

（1）符合當前節省人工重複勞動、防止出錯、提升效率的（de）要求。

（2）節約人工成本和管理成本。

（3）利用數字化管理方法，提升企業的技術加工水平（píng），提升企業競爭力。

四、總結

通（tōng）過各專業部門的通力合作，經過一年（nián）多的實驗和論（lùn）證，形成了有效使用數控加工中心刀具庫有效方法，及時滿足數控機加車間要求，良好的流程管理不僅（jǐn）降低了成本（běn），縮短（duǎn）了製造的周期。對於數控加工自動化而言，刀庫自動（dòng）化是總課題一個重要的子係統，開發應用成功為今後的全麵數字化加工鋪平道路。

（1）通過本次課題，優化數控加工方法和工（gōng）藝流程。

（2）提（tí）高了（le）工作（zuò）效率，降低（dī）了管理費用（yòng）。

（3）采用電子（zǐ）化的（de）管理手段，方便刀具現場管理和加工數據收集。

（4）編程人員優化數控程序是（shì）提高加工效率的有效途（tú）徑。

（5）管理的流（liú）程拓展在今後一（yī）段時間需要不斷地完善。

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