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    刀具监控应用背景
    刀具监控应用背景随着生产自动化和智能化程度的提高,对刀具破损在线监控提出了更高的要求。在切削加工过程中,刀具的切削刃不仅承受着很高的切削力和切削温度,同时由于加工材料中含有的硬质点也会给高速运行中的刀具造成冲击,这些复杂的工况都容易造成刀具在加工过程中的破损。加工过程中破损的刀具如果未及时更换而继续加工将会导致切削力和切削温度急剧升高,加工出来的工件表面粗糙度和尺寸超差,严重时甚至会导致机床的损坏以及危及到操作人员。因此对于生产线批量生产刀具破损在线监控是非常有必要的。近年来随着生产人工成本的增加,制造企业对机械加工过程的效率要求越来越高,这种市场的要求使得越来越多的机械制造企业将更大的资金投入到自动化程度更高、智能化程度更高的数控生产线的应用领域。虽然这些先进的生产模式大大的节约了人工成本,提高了加工效率,但是对工艺系统的实时监控提出了很高的要求。工艺系统中对刀具的监控是*关键的,刀具的状态不仅影响产线节拍、还关系到产线的加工效率以及机床等工艺系统的安全。传统的机械加工方式中刀具的状态一般都是凭借机床操作人员的观察与经验判断刀具是否破损,这种判断方法带有很强的主观性。随着生产车间自动化和智能程度的大大提高,车间的生产线大多数都是由很少的人来管理或者智能化更高的产线甚至出现无人值守,显然传统的依靠机床操作人员个人经验来判断切削过程中刀具的是否需要更换已经不能满足当前这些先进的制造模式。当前很多的生产线都是统计刀具当前的加工时间或加工件数作为换刀的依据,而这种方法作为换刀的依据往往在设置加工件数或加工时间的时候较为保守,很可能会导致刀具寿命的浪费,同时如果在刀具寿命内出现刀具突然的破损也是无法预测的。刀具失效主要形式有刀具磨损和刀具破损。在加工过程中刀具的磨损是一个逐渐变化的过程,只要是运动中的刀具与工件接触就会发生刀具磨损。一般刀具都有一个磨钝标准,刀具在切削过程中没有达到该磨钝标准就失去了切削加工的能力,这种现象就是刀具破损。以刀具在切削加工中破损现象出现的时间来划分,刀具破损有前期破损和后期破损之分。在刚开始切削加工时切削刃和刀面并没有出现明显的磨损但是刀具失去了切削能力,刀具出现的这种现象称为前期破损。刀具后期破损则是刀具在切削一段时间后导致的刀具失去切削能力。刀具破损的另一种划分是根据破损形式分为塑性破损与脆性破损。
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    刀具过载保护
    (1)机床主轴非常容易坏,几乎每年都要换一次主轴,维修成本很高。(2)刀具寿命不一致。设定的刀具寿命是加工2000件换一次,但有时加工1000件刀具就坏了,有时加工2000件后刀具状态还很好。(3)无法做到按需换刀。为了保证产线的稳定性,通常设定的刀具寿命都很保守,一般是刀具理论寿命的70%。很多时候设定的刀具寿命到了,刀具其实还是可以继续使用的,这样造成了极大的浪费。对于主轴容易坏的问题,通过现场调研和与用户的共同分析,可以分析出以下几种原因,并给出对应的解决方案:(1)主轴峰值扭矩过大。为了压缩生产节拍,编程人员把切削速度设置得过大,导致频繁出现重切削的状态。但为了这几个扭矩峰值而把整条刀具轨迹的切削速度都降低,从加工效率上讲是非常不划算的。但对于自适应控制而言,这并不是一个难题。自适应控制系统可以学习到该工序的*大主轴负载,大家可以把这个负载改小,相当于对峰值扭矩进行削峰。在自适应控制时,主轴负载小的地方依然会提速,但主轴负载超过修改的*大负载时会自动降速,从而保护主轴和刀具。并且由于出现峰值负载的时间并不长,所以这部分降速对节拍的负面影响很小,*终能够实现既提能增效,又保护主轴和刀具的效果。
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    刀具寿命怎么管理?
    怎么评估刀具的合理寿命?在机加工行业中,评估刀具寿命的合理是非常重要的,因为它可以帮助控制生产成本、提高生产效率和保障产品质量。一般来说,可以通过以下几个维度,评估刀具的合理寿命:增加切削时间:记录刀具在切削操作中的总运行时间,通常以分钟为单位。通过对比该运行时间与刀具制造商提供的刀具寿命时间引导,可以评估刀具的合理寿命,若到达设定时间后加工表现无异常,正常可以增加5%-10%的时间,循环几次可评估合理的时间寿命。刀具磨损和损伤:定期检查和评估刀具的磨损程度和损伤情况。如果刀具表面磨损过多、切削边缘产生明显缺口或刃口开始出现裂纹等,这可能意味着刀具需要更换,也意味着刀具在当前的加工参数下,已经到寿,并将该寿命通过工件数、加工时长的维度记录。切削力和功耗:通过监测切削力和功耗变化来评估刀具的状况。当刀具磨损或损坏时,切削力和功耗通常会增加(通常叫做切削阻力,这时候切削阻力会变大,有切不动的感觉,具体表现在机床的声音变大,或者机床主轴的震动会大)。定期进行切削力和功耗的测量,并对其进行比较,可以帮助确定刀具何时需要更换。产品质量:刀具磨损或失效可能会对产品质量产生直接影响。通过监测产品的尺寸精度、表面质量和其他关键指标,可以评估刀具是否影响了产品质量。如果发现出现质量问题,可能需要考虑更换刀具。记录、解决每一次寿命不达问题针对寿命不达的核心问题进行定位与解决。苏州诺而为的刀具管理系统经过多年的累积和客户使用的实践,真正落实了从工艺标准到动态定位寿命,并统计与分析异常状态,以此达到不断提升刀具寿命的能力。做好刀具寿命管理,是机加工企业刀具管理重要的一环,是提质增效,有效降低刀具综合应用成本的途径之一。
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    刀具破损的表现
    对于加工中心来说,刀具属于一种消耗品工具,在加工过程中它会产生破损、磨损和崩刃等现象。这些现象不可避免,但也有如操作不科学不规范、维护保养不当等可控原因,找到根本原因才能更好地解决问题。刀具破损的表现1) 切削刃微崩当工件材料组织、硬度、余量不均匀,前角偏大导致切削刃强度偏低,工艺系统刚性不足产生振动,或进行断续切削,刃磨质量欠佳时,切削刃容易发生微崩,即刃区出现微小的崩落、缺口或剥落。出现这种情况后,刀具破将失去一部分切削能力,但还能继续工作。继续切削中,刃区损坏部分可能迅速扩大,导致更大的破损。2) 切削刃或刀尖崩碎这种破损方式常在比造成切削刃微崩更为恶劣的切削条件下产生,或者是微崩的进一步的发展。崩碎的尺寸和范围都比微崩大,使刀具完全丧失切削能力,而不得不终止工作。刀尖崩碎的情况常称为掉尖。3) 刀片或刀具折断当切削条件极为恶劣,切削用量过大,有冲击载荷,刀片或刀具材料中有微裂,由于焊接、刃磨在刀片中存在残余应力时,加上操作不慎等因素,可能造成刀片或刀具产生折断。发生这种破损形式后,刀具不能继续使用,以致报废。4) 刀片表层剥落对于脆性很大的材料,如含量很高的硬质合金、陶瓷等,由于表层组织中有缺陷或潜在裂纹,或由于焊接、刃磨而使表层存在着残余应力,在切削过程中不够稳定或刀具表面承受交变接触应力时极易产生表层剥落。剥落可能发生在前面,刀可能发生在后刀面,剥落物呈片状,剥落面积较大。涂层刀具剥落可能性较大。刀片轻微剥落后,尚能继续工作,严重剥落后将丧失切削能力。5) 切削部位塑性变型具钢和高速钢由于强度小硬度低,在其切削部位可能发生塑性变型。硬质合金在高温和三向压应力状态直工作时,也会产生表层塑性流动,甚至使切削刃或刀尖发生塑性变形面造成塌陷。塌陷一般发生在切削用量较大和加工硬材料的情况下。TiC基硬质合金的弹性模量小于基硬质合金,故前者抗塑性变形能力加快,或迅速失效。基本不会发生塑性变形现象。6) 刀片的热裂当刀具承受交变的机械载荷和热负荷时,切削部分表面因反复热胀冷缩,不可避免的产生交变的热应力,从而使刀片发生疲劳而开裂。例如,硬质合金铣刀进行高速铣削时,刀齿不断受到周期性地冲击和交变热应力,而在前刀面产生梳状裂纹。有些刀具虽然并没有明显的交变载荷与交变应力,但因表层、里层温度不一致,也将产生热应力,加上刀具材料内部不可避免地存在缺陷,,故刀片也可能产生裂纹。裂纹形成后刀具有时还能继续工作一段时间,有时裂纹迅速扩展导致刀片折断或刀面严重剥落。
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    如何正确认识数控加工的刀具寿命?
    在数控加工中,刀具寿命是指从刀尖切削工件到刀尖报废的时间或从工件表面的实际长度算起的时间。刀尖加工时间是刀具企业计算刀具寿命的一个关键评价指标。典型刀具的使用寿命是每片刀片连续加工15到20分钟。刀具寿命是企业在比较理想的条件下测量出来的。根据不同的加工深度和不同的工件材料进给量,每片刀片连续加工15-20分钟,计算出相应的线速度与进给量的关系,形成相应的切削参数表。因此,每个企业的切割数据表也不同。1、刀具寿命会提高吗?刀具寿命15~20分钟,刀具寿命能否进一步提高?可以轻松地提高工具的使用寿命,但前提是要以生产线速度为代价。线速度越低,刀具寿命增加越明显。2、提高刀具寿命有实际意义吗?刀具成本与工件加工成本的比值很小。当线速度降低时,即使刀具寿命增加,刀具加工的工件数量也不一定增加,但加工产品的加工成本增加。应理解为尽可能多地增加工件,同时确保尽可能长的刀具寿命。3、影响刀具寿命的因素(1)、线速度线速度对刀具寿命有显着影响。如果线速度高于样品规定线速度的20%,刀具寿命将减少到原来的1/2。如果增加到50%,刀具寿命只有原来的1/5。为了提高刀具寿命,需要了解每个工件的刀具材料、状态和线速度范围。每个企业的刀具具有不同的线速度。您可以从大家提供的相关样品中进行初步搜索,在加工过程中根据具体情况进行调整,以获得比较理想的效果。粗糙度和终点线速度数据不一致。粗加工主要去除余量,线速度较低。精加工主要保证尺寸精度和粗糙度,线速度高。(2)、切削深度切削深度对刀具寿命的影响不如线速度。每个凹槽具有相对较大的切削深度。粗加工时,应尽可能增加切深,以保证较大的切削率。在精加工时,必须使切深尽可能小,以保证工件的尺寸精度和表面质量。但切削深度不超过凹槽的切削范围。如果切削深度过大,则无法承受切削力,刀具会出现崩刃。如果切削深度太小,刀具会划伤工件表面并放气。(3)、进给量与线速度和切削深度相比,进给对刀具寿命的影响很小,但对工件表面质量的影响很大。在粗加工的情况下,可以通过增加进给量来提高毛坯的去除率。在精加工时,可以提高工件的表面粗糙度。如果允许粗糙度,可以提高加工效率。(4)、振动除了一种切削因素外,振动对刀具寿命的影响也很大。产生振动的原因有很多如机床刚性、刀具刚性、工件刚性、切削参数、刀槽、刀尖圆弧半径、刀刃后角、刀柄伸出长度等,但主要原因是加工刚性。受不了时间。切削力在加工过程中不断地在工件表面振动。必须综合考虑消除或减少振动。工件表面的振动理解为刀具与工件之间不断的敲击,而不是正常的切削,它会在刀具的尖端产生一些小的裂纹和碎屑,这些裂纹和碎屑就是这些裂纹和碎屑。它增加了切削力,进一步加剧了切削力。振动,这进一步增加了开裂和碎裂的程度。大大降低了工具的寿命。(5)、刀片材质在加工产品的情况下,主要是工件,热处理条件和间歇加工。对于同样的工件,如果是连续加工,需要使用硬度更高的刀片,可以提高工件的切削速度,减少刀尖磨损,减少加工时间。缩短。对于间歇性处理,需要使用韧性更好的刀片。有效减少碎屑等异常磨损,延长刀具寿命。(6)、使用的刀片数量刀具在使用过程中会产生大量的热量,使刀片的温度大大升高,但是当刀具未经处理或用冷却水冷却时,刀片会冷却,所以刀片始终处于高温范围内,导致刀片不断产生热膨胀和收缩,导致叶片出现小裂缝。在第一刃加工刀片时,刀具寿命正常,但随着刀片使用量的增加,裂纹扩散到其他切削刃,其他切削刃的寿命降低。4、刀具寿命内加工的工件数量能否增加?由于刀具寿命为15~20分钟,刀具的有效切削长度决定了刀具寿命范围内实际加工的工件数量。增加工件吞吐量意味着减少单个工件的加工时间和切割长度。通过适当调整刀具的切削参数,可以缩短工件的加工时间。在合理的线速度范围内适当提高线速度并不能减少工件的加工长度,但可以缩短工件的加工时间。通过增加切削深度,可以减少粗加工次数,缩短被加工材料的有效切削长度,缩短加工时间。此外,通过适当提高进给速度,可以有效减少切削长度,缩短加工时间。
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