刀具应用中的智能化

【编者按】刀具应用中的智能化一些国外公司已经在开始实施，当然，这离开较完整的智能化应用应该还有不少的距离。现向大家介绍一些刀具应用中的智能化。

近来，德国的工业4.0已然成为行业的一个热门话题。工业4.0是由德国政府联邦教研部和联邦经济技术部联手资助的一个高科技项目，在德国国家科学与工程院、佛劳恩霍夫协会(德国最大的应用科学研究机构)和西门子公司等德国产学两界的建议和推动下形成，据介绍目前已上升为德国的国家战略，并且德国高科技战略计划的首位。

据悉工业4.0的主要是两大主题：一个是智慧工厂，而另一个则是智能生产。所谓智慧工厂，重点在于研究和实现智能化生产系统及过程，网络化分布式生产设施等；而智能生产则主要涉及整个企业的生产物流管理、人机互动、3D打印以及增材制造等技术在工业生产过程中的应用等。老杨感觉，刀具的应用可能首先在智能生产方面。

刀具应用中的智能化一些国外公司已经在开始实施，当然，这离开较完整的智能化应用应该还有不少的距离。现向大家介绍一些刀具应用中的智能化。

刀具应用的首要环节是刀具的选择和切削参数的选择，许多刀具应用者由于经验不足，或者说对刀具性能了解不够，选错刀或用错刀极为常见。正如瓦尔特公司在介绍其产品“瓦尔特全向”时所说，高品质刀具尽管仍是良好切削效果的基本前提，但尽可能高效利用这些刀具并最好地整合到现有生产流程中同样非常重要。那么，一个集众多专家的经验与一体的智能化选刀软件无疑能帮到很多对选刀用刀存在困惑的用户。在这方面，肯纳金属推出的智能化选刀软件NOVO也许就是一个不错的案例。据肯纳金属介绍，NOVO大致包括了刀具顾问、刀具选择、刀具配置、项目管理四个模块，其刀具顾问模块能够根据加工特点(例如立铣削、型腔加工及盲孔加工)及要求(如形状、材质、尺寸公差等)提供切削刀具建议，同时考虑到加工顺序(如单一工序、粗加工后精加工或多步操作)的要求；刀具选择则是提供了另一种方法，从树状结构或通过分级(参数化)搜索中选择切削刀具，而通过使用NOVO的智能过滤器有可能将几个小时才能完成的刀具组件选择任务缩短到几分钟之内完成；刀具配置则包括“适合搭配”及“加工搭配”的选项，可提供零部件实时组装3D模型，并与最常用的CAD-CAM系统兼容。

这样的系统无疑会对刀具用户的选刀带来方便。但实际的刀具用户往往使用多家供应商提供的刀具，这些刀具的描述方法各不一致，切削性能更是千差万别，这还是会对刀具用户的选刀和用刀带来烦恼。为了解决这种参数和刀具描述中的细微差别，而带来的困惑，一个数字化描述切削刀具产品数据的标准方式目前已经出现，这就是国际标准ISO13399。ISO13399旨在使业内的所有刀具能共享相同的参数和定义，使得在智能系统之间传递刀具信息变得非常简单。这项由山特维克可乐满、斯德哥尔摩皇家工学院、French Cetim (机械工程师技术中心) 和金属切削领域的其他参与者联合起草的切削刀具数据表达和交换的标准会对将来智能化的刀具应用带来无穷的作用。按照工业4.0的构架，将来的刀具和其它产品一样，会终身携带自身的各种信息，包括其几何尺寸，材质及涂层，加工过程的关键数据，使用方法，已使用的情况等等，老杨想象这些信息与工件的信息、机床的信息、夹具的信息、切削液的信息等等多种信息可以被综合运用，通过类似于NOVO这样的软件(或许比NOVO还要高级许多)云计算来得出理想的切削规范，这样的加工一定会比我们大部分人的经验更加靠谱。

但这样的云计算的的先决条件应该包括刀具的各种信息的数字化描述。刀具的数字化描述会是刀具参与智能化制造的重要基石。我们现在的状况是大部分刀具商在相当多的产品上坚持使用自己独特的描述，这些描述犹如各种方言，将来与智能化系统的对话会犹如鸡同鸭讲，需要专门的翻译，这一定会影响智能化系统的运行。ISO13399将来就应该成为刀具与智能化制造系统之间的“翻译”，或者说让刀具说智能化系统能够“听”懂的话。语言通了，沟通就会更顺畅，系统的运行也会更加高效。如同山特维克可乐满在介绍ISO 13399时所说，这一标准提供的切削刀具的信息在不同系统和供应商间都能通用。使用按照标准清晰定义的刀具，所有软件均可处理，从而沟通质量更好，系统之间的电子数据交换更顺畅，参数采集过程将更有效且质量更高。该标准从根本上节省了时间并额外确保了质量。山特维克可乐满还表示，通用语言对于不同系统而言是非常重要的，也更便于用户使用。一旦大家都拥有ISO13399兼容系统，就无需手动解释纸质样本数据然后再将其输入智能系统。肯纳金属也已表示NOVO能方便使用刀具数据标准化ISO13399。

不过，目前刀具的数字化描述大多没有开展，已经开展的部分企业提供的描述也比较有限(据老杨所知目前主要是几何参数)，用一个系统来合理推荐不同厂商的刀具似乎还不太可能。这就带来一个问题，那就是刀具使用中存在隐患的可能性比较大，尤其在钻孔这类难以观测加工状况的工序，由于刀具选择、使用的不合理或其它偶发因素造成的刀具意外破损就有可能给生产的稳定性带来干扰。德国高迈特集团的ToolScope监控系统就是一款为客户提供加工安全的利器，据说非常适用于高速加工和无人值守。这一 监控系统获得了2014年度的金属加工行业荣格技术创新奖。

高迈特认为，如何稳定的保证加工质量、减少废品率、减少机床和刀具的异常维护成本，对客户来说都是一种挑战。除了在生产准备阶段尽可能的提高毛坯和设备的稳定性、优化程序和参数、提高操作人员技能等措施，在实际生产过程中，总会出现不同程度的异常情况，例如堵屑、崩刃、断刀甚至撞刀等。高迈特介绍说，相对封闭的加工环境，大家无法及时准确的了解在加工部位到底发生了什么，因此也无法进行及时的控制。他们介绍，在工业4.0时代，需要能够使日益复杂的制造流程变得可控，将以往不可记录的生产细节变得可以追踪，并能在环境、需求变动中实现可持续性的盈利。ToolScope加工过程监控系统主要用于对各种加工过程进行监测和优化，通过将ToolScope的硬件部分与机床控制系统连接，相应能读取数据和发送控制命令，可用于监控铣削、钻削、镗削、车削、拉削、车车拉、磨削等多种加工方法。高迈特还介绍说，除了基础的模块功能，客户可以利用ToolScope所提供的能力实现更多的用途，例如记录加工过程的详细数据作为质量体系数据或工艺优化的依据、改进批量生产时的刀具寿命管理方式、评估刀具和工件材料质量波动……等等。

当然，刀具应用的智能化还有许多方面，也难以在本文中一一体现。老杨希望国内的刀具厂商能从中得到某些启迪，在自身进行两化融合的同时，充分重视刀具用户未来对刀具应用智能化的需求，及早启动自己的刀具智能化项目，以免当刀具用户提出智能化需求的时候一筹莫展无以应对。

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