通过坚持最佳实践、防错和其他自动化策略，可以最大限度地减少意外工具故障
当工具在机加工操作过程中损坏时，正在加工的零件通常会被毁坏，有时机器损坏。航空航天零件通常形状复杂，由特殊材料制成，需要延长加工周期。因此，报废零件是原材料和增值加工的重大损失。
由于单件批量在航空航天工业中并不少见，因此单个零件的损失对产量。飞机部件故障可能会导致灾难性后果，因此合规控制和风险缓解使得受损部件的返工比其他行业更加复杂。由于工具破损而导致的零件或机器损失会对盈利能力和客户满意度产生重大影响。
该行业使用的许多专用机床执行任务-关键加工。由于这些机器的成本和交货时间长，它们很可能是瓶颈资产，并且崩溃会对生产能力产生重大影响。
在加工过程中刀具破损的原因有很多机加工，没有一种解决方案可以确保 100% 检测或保护。专门构建的工具破损恢复周期也可以节省零件和生产损失。考虑到机器、材料和增值工作的成本航空航天业的特点是进步，因此有理由采取多个级别的预防和检测策略来保护公司的投资。
航空航天业加工的零件和材料类型的价值要求最高质量工具可用于大多数应用程序。但即使是 b如果零件程序中的加工参数对于特定工具或应用是错误的，或者如果操作员在设置或调整过程中犯了错误，大多数工具都会失败。
航空航天零件由锻件、铸件、棒材加工而成, 和片材, 以及通常机械加工性差的材料。材料成分、表面条件以及切削深度和宽度的变化使得很难在整个零件程序和生产的每个零件中指定最佳切削参数。
发动机零件由耐热超级合金制成(HRSA)，例如铬镍铁合金、哈氏合金和瓦斯帕合金。钛还用于许多飞机零件。由于应用所需的材料结构的性质，这些合金的可加工性通常很差。铸造或锻造部件的表面通常粗糙不平。
加工这些坚硬材料时会产生高切削力和高温。HRSA材料结构中的碳化物具有磨蚀性，并且工作表面硬化的趋势会导致刀具出现缺口。如果进给、速度和切削深度不当，可能会出现其他刀具故障模式，例如弹坑、热裂、崩刃、积屑瘤和变形，以及机器崩溃未针对应用正确指定。
因此，航空航天零件加工的本质可能会导致刀具不均匀磨损和高应力，这是刀具过早失效的处方。这些问题是可以避免的，但是，通过优化工艺参数。即使工艺参数完美，刀具设置任务和刀具磨损补偿调整也容易出错。测量、计算和数据输入错误是刀具破损和机器损坏的常见原因。
鉴于高机械和工作由于 rk-in-process 价值在航空航天制造中很典型，因此实施多个级别的保障措施来保护这些投资是有意义的。一些潜在的解决方案已得到详细记录，例如声波或振动监测，以及使用检查和工具设置探头来防止工具设置和调整过程的错误。数据收集和故障模式及影响分析 (FMEA) 技术可以提供有价值的洞察工具故障和相关机器崩溃的根本原因。这种分析有助于为特定业务运营选择最有效的策略。
磨损是切削刀具的理想失效模式，因为它往往是可重复和可预测的。当磨损均匀时，毛刺、表面光洁度的变化或切割声音等指标可以提醒操作员在灾难性故障发生之前采取行动。工具管理系统可用于提醒操作员及时执行预防性维护任务。
但是，许多零件在生产时使用的切削参数并不理想。也许公司的 CAM 系统包含一个通用的后处理器，并且来自车间的优化数据没有可靠地反馈到系统。也许最新的神奇工具在一种应用中显示出令人印象深刻的结果，因此它被车间采用，但新的工艺参数并未在每个零件程序中进行编辑。
模具公司通常会为该应用提供免费咨询服务他们的产品。他们可以根据特定的工具技术提出各种方案；例如，更快的进给和速度以及更小的切削深度，或者更慢的进给和速度以及更大的切削深度。结果往往令人印象深刻，大大缩短了零件周期时间。但更重要的是，这些工具将在其推荐的切削范围内运行。
一旦所有切削参数得到确认，电子变更管理系统系统可以确保过程受控；管理零件程序和工具设置表。
更新工具几何形状和磨损补偿是容易出错的过程，可能会导致崩溃、损坏零件甚至机器。
典型的偏移量更新从操作员测量工具或零件开始。然后操作员必须解释测量的影响，并计算必须输入 CNC 的偏移值。通常符号会混淆，半径与直径的问题也会使计算复杂化。将值输入 CNC 会增加出错的机会。小数点和符号错误很常见，有时会将值输入到错误的偏移位置。
检查和对刀测头是防错刀具几何形状和磨损偏移的传统解决方案，它们用于广泛应用于航空航天业。
但大多数问题也可以通过使用可用的高级宏编程进行广泛的防错对于大多数 CNC。提示操作员进行测量并将测量值输入 CNC 中易于记忆的偏移位置。此参数可以是与刀套位置匹配的偏移号，也可以是常数偏移号，例如 99 或 999。
零件程序宏语言可以执行一系列检查以防止输入的数据出错。它可以检查预期的偏移位置是否发生变化，确认操作员将测量值输入到正确的位置。它可以确保输入的测量值在合理的范围内。然后可以根据输入的值、尺寸规格和公差以及现有的偏移值计算出正确的偏移值。还可以限制合理的最大偏移量e 考虑工具磨损范围规范。如果一切顺利，正确的刀具偏移会自动更新，从而消除所有手动计算和数据输入错误。
在绘制复杂形状的轮廓时，很多时候刀具会进行部分切割。如果刀具负载较轻，则很难保持正确的切屑形成，并且可能会发生摩擦。没有适当的切屑形成，热量就不会从工具和材料中排出，并且工具可能会出现堆积或坑洼的工具失效模式。
虽然自适应控制通常被认为是一种生产率解决方案，但它也有好处保持工具处于恒定负载下的效果。如果自适应系统检测到工具上的负载下降，它会加快进给速度以保持目标负载。如果负载超过目标负载，速度将相应降低。保持工具在恒定负载下改善切屑形成和疏散，并几乎消除积屑瘤、板条箱环和切屑再切削问题。
如果针对应用优化加工工艺参数，工具将展示可靠且可预测的磨料磨损失效模式。在这种情况下，刀具管理系统可以提醒操作员在刀具引起严重问题之前主动更换刀具。
CNC 可以在加工时间和加工周期方面监控刀具使用情况。可以建立限制以警告操作员更换刀片，然后如果警告未被采取行动则停止机器。为了延长维护干预之间的时间，如果有额外的口袋，可以对高使用率工具实施姐妹工具策略。如果机器能够在继续加工的同时安全地更换磨损的刀具，那么也可以实现显着的效率优势。
如果刀具在刀具库中或由外部供应商集中管理，则可能很难在工具的整个生命周期内跟踪使用参数。 RFID 标签可用于定位将预设或测量的刀具几何设置输入 CNC，并更新刀具寿命表。当刀具处于非活动状态时，刀具寿命和任何更新的磨损补偿都可以写回嵌入刀架中的 RFID 芯片，以供下一台机器读取。如果操作员决定在达到预期刀具寿命之前超越 CNC 刀具管理系统以命令更换，该信息也可以标记在 RFID 芯片上。
离线系统也可以监控 RFID 数据与工具一起存储。此信息可用于工具库中的预防性维护或分析任何异常故障模式，并确定根本原因是否与特定零件、操作员、班次、机器或其他因素有关。
当加工过程中刀具断裂，操作员可能需要几分钟才能停止加工。如果在粗加工时发生断裂，理论上必须做的所有恢复工作就是退刀，更换刀片，然后重新加工ume 从最后一点开始干净加工的过程。实际上，工具破损恢复有点复杂。
一个选项是返回到零件程序中方便的重启块。此步骤可能需要几分钟或几小时的加工空气，这会影响生产率。因为它比它更换的工具磨损更少，所以新工具可能会重新切割零件。负载较轻的刀具可能会导致不良的切屑形成，这可能会导致另一个刀具故障。
更优雅的解决方案使用专门构建的 CNC 功能来管理恢复。激活缩回功能会使工具快速远离零件表面。然后可以将机器轴点动到检查点以更换刀片。工具偏移移动和存储功能可用于更新活动偏移以清除任何工件在刀具损坏的时间点和操作员收回刀具的时间点之间未正确加工的行为。
然后可以触发刀具收回-恢复循环，将刀具移回收回观点。接下来，CNC 回溯功能可用于将零件程序反转到零件上没有伪影的点。最后，再次使用工具偏移移动和存储功能（最好使用手轮）来移动工具，直到它接触到材料表面。该工具现在正好位于正确的位置，并激活了一个新的适当的工具偏移值。
在某些情况下，损坏的工具可能特别具有灾难性。 （例如，如果机器在基本钻孔操作失败后尝试攻丝。）如果切削刀具在主轴到主轴转移之前断裂，则双主轴车床可能会发生严重的机器碰撞。在这些情况下，可能有必要在每次操作后检查工具以确保它’s still intact.
接触式和非接触式工具测量设备已问世多年，并已用于工具破损检测。非接触式设备提供更快的工具破损检测，因为没有机械接触意味着工具可以高速通过激光束。然而，这些系统很难安装在移动工作台上，并且由于 HMC 上的工作台通常是可移动托盘，因此在此类机器上的应用更加复杂。
一种新的刀具破损传感器——雷尼绍（伊利诺伊州霍夫曼庄园）的 TRS1——为高速刀具破损检测提供了许多优势。这种单面设备可以安装在任何稳定的垂直表面上。它的安装非常理想，因此它可以监控换刀位置附近的刀具，无需将刀具向下移动到安装在工作台上的传感器。采样算法甚至可以区分工具滴和冷却液滴，以实现快速、可靠的e 检测。在双主轴车床的主轴转移的情况下，它甚至可以用于检查零件是否已通过切断操作分离。
无论您如何防止过程出错，会发生一些意想不到的事情，并且将命令工具高速移动到零件或机器组件。对于昂贵的零件或任务关键型机器，监测伺服电机产生的扭矩是否异常高是有意义的。
机器碰撞和损坏的切削工具会在伺服和主轴电机上产生异常大的负载扭矩，与正常快速进给或切削进给相比。可以在零件程序中设置最大扭矩限制，以便 CNC 实时检测过载。如果 CNC 检测到意外大的扭矩扰动值，CNC 可以非常快速地停止伺服电机，甚至将电机反转指定值，从而最大限度地减少对零件和机器造成的损坏。
为了提供更全面的保护，精细的扭矩感应会为正在加工的特定零件学习特征扭矩曲线，并将其保存在内存中。在同一部件的后续运行过程中，精细的扭矩感应会检测到任何情况下，受监控的轴超出学习的轮廓指定的公差。
航空航天领域对在制品和机械的投资非常高行业。通过最佳实践、防错和其他自动化策略最大限度地减少意外工具故障可以成为综合多层次解决方案的一部分。
本文首次发表于 2006 年 3 月版的《制造工程》杂志。
