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覆蓋件模具數(shù)控加工刀庫自動化應(yīng)用

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

在中國汽車市場競爭加劇的當(dāng)下，轎車覆蓋件模具設(shè)計和制造水平為了適應(yīng)市場不斷提升。為適應(yīng)市場對高端轎車模具提出的新要求，邁向自主開發(fā)、適應(yīng)目標(biāo)市場，提高數(shù)控加工效率和質(zhì)量勢在必行。數(shù)控加工自動化是公司重大課題，傳統(tǒng)的刀具管理使用體系存在著一系列問題 :占用數(shù)控主體作業(yè)時間 ; 操作者憑經(jīng)驗選擇刀具類型 ; 無法進行刀具加工干涉判斷 ; 刀具壽命和修磨標(biāo)準(zhǔn)無法統(tǒng)一問題等。通過自動化加工換刀ATC 的使用，不僅能徹底解決這些問題，通過刀具管理體系和配送制度的完善、能夠合理管理使用數(shù)控加工刀具，提升數(shù)控主體作業(yè)時間和數(shù)控加工安全性。

一、數(shù)控加工刀具自動對刀的流程

數(shù)控加工刀庫自動化對刀方式為機內(nèi)對刀和機外對刀兩種方式。課題實施前由于以往數(shù)控加工作業(yè)方式的慣性思維，現(xiàn)場對刀方式為操作工現(xiàn)場對刀作業(yè)，數(shù)控加工中心刀庫沒有充分發(fā)揮作用。為了充分提升對刀效率，此次課題研究采用機外對刀作為課題實施主要方式。

1.模具制造數(shù)字化加工經(jīng)歷的幾個階段

2017 年數(shù)控加工數(shù)字化起步階段 FMC 整體泡沫的制作程序化，控制實物尺寸。

2018年全數(shù)字化加工開始應(yīng)用階段模具結(jié)構(gòu)加工的全面數(shù)字化。

2020年精細化模面加工階段數(shù)碼測量技術(shù)使用，為數(shù)控編程提供現(xiàn)場實物尺寸。

2021 年自動化數(shù)控驗證階段 VERICUT 軟件的引進，防止數(shù)控加工干涉碰撞。

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

圖 1 數(shù)控加工自動加工陣地現(xiàn)場

圖 2 數(shù)控加工自動加工流程示意圖

2．實現(xiàn)數(shù)控加工中心刀庫自動化基本要求

刀具使用的相關(guān)參數(shù)和相關(guān)信息需要和數(shù)控刀庫進行匹配，數(shù)控加工刀具有相關(guān)的身份編碼，使用參數(shù)需要與數(shù)控機床的刀具庫信息相匹配。此外，刀具相關(guān)參數(shù)在數(shù)控編程的過程中需要引入，后續(xù) NC 代碼在運行過程中會通過程序傳輸過程把相應(yīng)的刀具參數(shù)及加工信息植入數(shù)控加工中心的數(shù)控系統(tǒng)中，最終完成數(shù)控加工任務(wù)。數(shù)控刀具庫建立相關(guān)制度具體要求如下 :

①實施數(shù)控刀具配送制度，規(guī)范使用，由刀具技術(shù)人員進行現(xiàn)場支持。

②開發(fā)刀庫自動化使用的數(shù)控加工程序模板，確定刀庫應(yīng)用相關(guān)參數(shù)。

③完善現(xiàn)場數(shù)控刀具管理、使用、保養(yǎng)制度，提升數(shù)控機床開動率。

④機外對刀裝置使用成為數(shù)控刀具使用的控制中樞。

（1）傳統(tǒng)數(shù)控加工對刀方式的流程

傳統(tǒng)數(shù)控加工對刀方式主要的特點，需要有經(jīng)驗的數(shù)控技能人員進行現(xiàn)場分析判斷，還需要來回奔波與工位和庫房之間，整個換刀環(huán)節(jié)效率低下，在工序較為復(fù)雜的數(shù)控加工，頻繁換刀，大幅降低機床實際開動率。

圖 3 數(shù)控加工自動加工流程示意圖

（2）傳統(tǒng)對刀方式現(xiàn)場問題幾種表現(xiàn)形式

①數(shù)控對刀的時間較長，機內(nèi)對刀參數(shù)需要操作工核定，新員工容易發(fā)生對刀的失誤。

②防止數(shù)控刀具加工與工件干涉，操作人員再次確認刀具有效切削長度。

傳統(tǒng)數(shù)控對刀方式需要操作工有熟練的技巧，豐富的加工經(jīng)驗，操作工培訓(xùn)的周期相對較長，而且不利于數(shù)控作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化的實現(xiàn)，以技能人員經(jīng)驗為主導(dǎo)的生產(chǎn)不利于企業(yè)核心技術(shù)提升。

圖 4 現(xiàn)場手工對刀設(shè)定高度

圖 5 數(shù)控加工人員確定刀具干涉長度示意圖

二、數(shù)控加工中心刀庫自動化應(yīng)用方案

1. 數(shù)控加工中心刀庫自動化前提硬軟件要求

（1）測量硬件方面 : 配備高端精密機外對刀儀作為整個對刀控制中樞。

（2）數(shù)控軟件方面 : 解決數(shù)控加工程序的優(yōu)化、并且把相應(yīng)的數(shù)控指令整合到數(shù)控加工代碼中，便于加工和檢測。

（3）加工管理方面 : 設(shè)立專職的數(shù)控刀具理員，集測刀、配送、管理、定損、新產(chǎn)品的定型，數(shù)據(jù)管理工作于一體。

（4）用戶方面機加車間為了適應(yīng)新作業(yè)方式，制定相應(yīng)的管理使用、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）刀具配送制度的應(yīng)用流程

①拆卸機床刀柄庫數(shù)控加工刀具至工具運輸專用小車。

②擦拭 BBT50 刀柄、數(shù)控加工刀具浮灰后運送至數(shù)控刀具室。

③拆卸相關(guān)的數(shù)控刀具，數(shù)控刀柄組件。

④仔細清潔數(shù)控刀柄、刀具，去除燒結(jié)油膜。

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

⑥重新組裝相應(yīng)的數(shù)控刀具和刀柄。

⑦組合好的工具組件在刀具預(yù)調(diào)儀重新測量刀具使用參數(shù)。

⑧測量好的刀具打印刀具標(biāo)簽，重新在刀具做好標(biāo)識。

⑨網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)毒咝畔⒅翆?yīng)的數(shù)控機床。

⑩運送檢定后的數(shù)控刀具至現(xiàn)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(shù)控加工宏程序開發(fā)

根據(jù)數(shù)控加工程序的特點，宏程序進行控制主程序的運行流程。包含自動預(yù)熱、自動換刀、精度自動補償，加工工件重量補償?shù)墓δ埽郊拥毒叻钦Ｆ茡p檢測分項。

從數(shù)控編程的參數(shù)（轉(zhuǎn)速、進給、長短刀具選擇等等）設(shè)置、刀具配送清單、程序清單、生產(chǎn)計劃安排、數(shù)控刀具的動態(tài)管理、刀具的成本管控、數(shù)控標(biāo)準(zhǔn)化加工等，都必須嚴格按照標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)，否則任何一個環(huán)節(jié)的中斷，都會導(dǎo)致數(shù)控加工中斷。所以從開始的數(shù)控編程和機加結(jié)束的數(shù)控全自動加工入手，強制的要求的中間環(huán)節(jié)的標(biāo)準(zhǔn)化。( 圖 8)

圖 8 數(shù)控刀庫自動化使用數(shù)控程序開發(fā)流程示意圖

圖 9 數(shù)控機床庫的建立

圖 10 數(shù)控機床刀具加工庫的建立

圖 11 現(xiàn)在的數(shù)控刀具使用流程程圖

圖 12 刀具對刀的數(shù)據(jù)完全實現(xiàn)自動輸入過程圖

完善數(shù)控刀庫使用的同時，必須建立與之相應(yīng)數(shù)支撐控編程標(biāo)準(zhǔn)化庫作為 :

①數(shù)控軟件添加機床 3D 數(shù)模，仿真實物加工場景。

②數(shù)控加工刀柄、刀具庫作為標(biāo)準(zhǔn)模塊，根據(jù)加工需求隨時調(diào)用。

③數(shù)控加工機床頭庫和相應(yīng)的附加頭庫。

（3）制訂相應(yīng)的管理使用流程，并且不斷完善

（4）用戶方面的流程改變

由于引進數(shù)控刀具機外對刀儀，對刀的任務(wù)職責(zé)轉(zhuǎn)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(fā)送到數(shù)控機床，數(shù)控加工人員所執(zhí)行的只是正常的裝卸刀具，流程簡化。

三、數(shù)控加工中心刀具自動化實現(xiàn)后的效果分析

1.經(jīng)濟效果

（1）每日節(jié)省數(shù)控加工工時 2h/ 臺，五臺共計 10h/ 天 , 年工作時間 300 天。

（2）使用配送管理制度管理，減少錯誤操作。

（3）程序優(yōu)化節(jié)約加工工時 2h/ 套。全年按照班組加工能力每年 50 套工件數(shù)量240 件。

總共節(jié)約 :300 元 / 小時 *10 小時 * 300 天＋ 240 件 *2 小時 *300 元 / 小時 =1044000 元。

2.社會效益

（1）符合當(dāng)前節(jié)省人工重復(fù)勞動、防止出錯、提升效率的要求。

（2）節(jié)約人工成本和管理成本。

（3）利用數(shù)字化管理方法，提升企業(yè)的技術(shù)加工水平，提升企業(yè)競爭力。

四、總結(jié)

通過各專業(yè)部門的通力合作，經(jīng)過一年多的實驗和論證，形成了有效使用數(shù)控加工中心刀具庫有效方法，及時滿足數(shù)控機加車間要求，良好的流程管理不僅降低了成本，縮短了制造的周期。對于數(shù)控加工自動化而言，刀庫自動化是總課題一個重要的子系統(tǒng)，開發(fā)應(yīng)用成功為今后的全面數(shù)字化加工鋪平道路。

（1）通過本次課題，優(yōu)化數(shù)控加工方法和工藝流程。

（2）提高了工作效率，降低了管理費用。

（3）采用電子化的管理手段，方便刀具現(xiàn)場管理和加工數(shù)據(jù)收集。

（4）編程人員優(yōu)化數(shù)控程序是提高加工效率的有效途徑。

（5）管理的流程拓展在今后一段時間需要不斷地完善。

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