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覆蓋件模（mó）具（jù）數（shù）控（kòng）加工刀（dāo）庫自動化應用

2025-1-14 來源：東風汽車集團有限公司研（yán）發總院作者：楊興曹宇峰

在中國汽車市場競爭加劇的當下，轎車覆蓋件模具設計和製造水平（píng）為了適應市場不斷提升（shēng）。為適應（yīng）市場對高（gāo）端轎車模具提出的新要求，邁向自主開發、適應目標（biāo）市場，提高數控（kòng）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（tǒng）的刀具管理（lǐ）使用體（tǐ）係存在著一係列問題 :占（zhàn）用數控主體作（zuò）業時間 ; 操作者憑經驗選擇刀具類型 ; 無法（fǎ）進（jìn）行刀具加工幹涉判斷 ; 刀具（jù）壽命和修磨標準無法（fǎ）統一問題等。通過自動（dòng）化加工換刀ATC 的使用，不僅能徹底解決這些問題，通（tōng）過刀具管理體係和配送製度的（de）完善、能（néng）夠（gòu）合理管理使用數控加工刀具，提升數控主體作業時間和數控加工安（ān）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機（jī）內對刀（dāo）和機外對刀兩種方式（shì）。課題（tí）實施（shī）前由於以往數控加工作業方式（shì）的慣性思維，現場對刀方式為操作工現場對刀作業，數控加工中心刀庫沒有充（chōng）分發揮作用。為了（le）充分提升對刀效率（lǜ），此次課題研究（jiū）采（cǎi）用機外對刀作（zuò）為課（kè）題（tí）實施主要方式。

1.模具製造（zào）數字化加工經（jīng）曆的幾個階段

2017 年數（shù）控加工數字化起步階段 FMC 整體泡沫的製作（zuò）程（chéng）序化，控製（zhì）實物（wù）尺寸。

2018年全數字化加工（gōng）開始應用階段模具結構（gòu）加工的（de）全麵數字化。

2020年精細化模（mó）麵加工階（jiē）段數碼測量技術（shù）使用，為數控編程提供現場實物尺（chǐ）寸（cùn）。

2021 年自動化數控驗證階段 VERICUT 軟（ruǎn）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（duàn）數控機外對（duì）刀儀的使用，完（wán）善數控（kòng）刀具管理（lǐ）。

圖 1 數控加工自動加工陣地現（xiàn）場

圖 2 數控加工自動加工（gōng）流程示意圖

2．實現數控加工中心刀庫自動化基本要求

刀具使用的相（xiàng）關參數和相關信息需要和數控刀庫進行匹配，數控加工刀（dāo）具有相關的身份編碼，使用（yòng）參數需要與數控機床的刀具庫信（xìn）息相匹配。此外，刀具相關參數在數控編程的過程中需要（yào）引入，後續 NC 代碼在（zài）運行過程中會通過程序傳輸過程把相應（yīng）的刀具參數及加工信息植入（rù）數控（kòng）加工中（zhōng）心的數控係統中，最終完成數控加工任務。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，由刀具技術人員進行現場支持。

②開發刀庫自動化使用的數控加工程序模板，確定刀庫應用相關參數。

③完善（shàn）現場數控（kòng）刀具管理、使用、保養製度，提（tí）升數控機床開動（dòng）率。

④機外對刀裝置使用成為數控刀具使用的控製中樞。

（1）傳統數控加工對刀方式的流程

傳（chuán）統數控加工對（duì）刀方式主要的特點（diǎn），需要有經驗的（de）數（shù）控技能人員進行現場分析（xī）判斷，還需要來回奔波與工位和庫房之間，整個換刀環節（jiē）效率低下，在工序較（jiào）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）刀方式現場問題幾種表現形式

①數（shù）控對刀的時（shí）間較（jiào）長，機內（nèi）對刀參數需要操作（zuò）工核定，新員工容易發生對刀（dāo）的（de）失誤。

②防止數控刀具加（jiā）工與工件幹涉，操作人員再次確認刀具（jù）有效切削長度。

傳統數控對刀方式（shì）需要（yào）操作（zuò）工（gōng）有熟練的（de）技巧，豐（fēng）富（fù）的加工經（jīng）驗，操作工培訓的周期（qī）相對較長，而且不利於數控作（zuò）業標準化、規範化的實現，以技能人員經驗為主導的（de）生產不利於企業核心技術提升。

圖 4 現場手工對刀設定高度

圖 5 數控加（jiā）工（gōng）人員確定刀具幹涉長度示意（yì）圖

二、數控加工中（zhōng）心刀庫自動化應用方案

1. 數控加工中（zhōng）心（xīn）刀庫自動化前提硬軟件要求

（1）測量硬件方麵 : 配備高（gāo）端精密機外對刀（dāo）儀作為整個對（duì）刀控製中樞。

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

（3）加工管理方麵 : 設立專（zhuān）職的數控刀具理（lǐ）員，集測刀、配（pèi）送、管理、定損、新產品的定型，數據管理工作於一（yī）體。

（4）用戶方麵機（jī）加車（chē）間為（wéi）了適應新作業方式，製定相應的（de）管理使用、管理流（liú）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（tǐ）實施的方案

（1）刀具配送製度的應用流（liú）程

①拆卸機床刀柄庫數控加工刀具至工具運輸專用小車。

②擦拭 BBT50 刀柄、數控加（jiā）工刀（dāo）具浮灰後運（yùn）送至數控（kòng）刀具室。

③拆卸相關的數控刀具，數（shù）控刀柄組件。

④仔細清（qīng）潔數控刀柄（bǐng）、刀具，去除燒結油膜。

⑤鑒定數控刀具使用情況，給出刀具使用評估（gū）報告（每周所有機床一次）。

⑥重新組裝（zhuāng）相應的數控刀具和刀（dāo）柄。

⑦組合好的工具組件在刀具預調儀（yí）重新測量刀具使用參數。

⑧測量好的刀具（jù）打印刀具標簽，重新（xīn）在刀具做好標識。

⑨網（wǎng）絡傳輸刀具信息（xī）至對（duì）應的數控機床。

⑩運送檢（jiǎn）定後的數控刀具至現場，重新安裝（zhuāng）至機床刀柄庫。

圖（tú） 7 刀具配送（sòng）整體流程（chéng）示（shì）意圖

（2）刀（dāo）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（diǎn），宏（hóng）程序進行控製主程序的運行流程。包含自動預熱、自動換刀、精度自動補償，加工工件重量補償的（de）功（gōng）能（néng），附加刀（dāo）具非正常破損檢測分項。

從數控編程的參數（轉速、進給、長（zhǎng）短刀具選擇等等）設置、刀具配送清（qīng）單、程序清單、生產計劃（huá）安（ān）排、數控刀具的動態管理、刀具（jù）的成本管控、數控標準化（huà）加工（gōng）等，都（dōu）必須嚴格按照標準化作業，否則任何一個環節的中斷，都會導致數控加工中斷。所以從開始的數控編程和機加結（jié）束的數（shù）控全自動加工入手，強製的要求的中間（jiān）環（huán）節的標準（zhǔn）化。( 圖（tú） 8)

圖 8 數控刀庫自動化使（shǐ）用數控程序開（kāi）發流（liú）程示意圖（tú）

圖 9 數控機床庫的建立

圖 10 數（shù）控機床刀具加（jiā）工庫的建立

圖 11 現在的數控刀具使用流程程（chéng）圖

圖 12 刀具對刀的數據完（wán）全實現自動（dòng）輸入過程圖

完善數控刀庫使用的同（tóng）時，必須建立與之相應數支撐控編（biān）程標準化庫作為 :

①數控軟件添加機床 3D 數模，仿真實物加工場景（jǐng）。

②數控加（jiā）工（gōng）刀柄、刀具庫作為標準模（mó）塊，根據加工需求隨（suí）時調用。

③數控加工（gōng）機床（chuáng）頭庫和相應的附加頭庫。

（3）製訂相應的管理使用流程，並且不斷完善

（4）用戶方（fāng）麵的流程改（gǎi）變

由於引（yǐn）進數控刀具機外對刀（dāo）儀，對刀的任務職責轉（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送到數控機床，數控加工人（rén）員所執行的隻是正常的裝卸刀具，流程簡化。

三、數控加工中心刀具自（zì）動（dòng）化（huà）實現後的效果（guǒ）分析

1.經濟效果

（1）每日節省數控（kòng）加工工時 2h/ 台，五台共計 10h/ 天 , 年工作時間 300 天。

（2）使用配送管理製度管理，減少錯誤操作。

（3）程序優化節約加工工時 2h/ 套（tào）。全年按照班組加工能力每年（nián） 50 套工件（jiàn）數量240 件。

總（zǒng）共節約 :300 元 / 小（xiǎo）時 *10 小（xiǎo）時 * 300 天＋ 240 件（jiàn） *2 小時 *300 元 / 小時 =1044000 元（yuán）。

2.社會效益

（1）符合當前（qián）節省人（rén）工重複勞動、防止出錯、提（tí）升效率的要求。

（2）節約人工成本和管（guǎn）理成本。

（3）利用數（shù）字化管理方（fāng）法，提升企業的技術加（jiā）工水平，提升企業競爭力。

四（sì）、總結

通過（guò）各專業部門的通力合作，經過一年多的實驗和論證，形成了有效使用數控（kòng）加工中心刀具庫有效方法，及時（shí）滿足數控（kòng）機加車間要（yào）求，良好的流程管理不僅降低了成本，縮短了製造的（de）周期。對於數（shù）控加工自動化而言，刀庫自動化是總（zǒng）課題一個重要的子（zǐ）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（shù）控加工方法和（hé）工藝（yì）流程。

（2）提高了工作效率，降低了管理費用。

（3）采用電（diàn）子化的管理手段，方便刀具現場（chǎng）管理和加工數據收集。

（4）編程人員（yuán）優化（huà）數控程序是提高加工效率的有（yǒu）效途徑。

（5）管（guǎn）理的（de）流程拓展在（zài）今後一段時間需要不（bú）斷地（dì）完善。

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