用机器数据优化刀具寿命：现代指南

刀具成本与报废缺陷零件相结合，使延长刀具寿命成为金属切削公司的重要目标。传统加工依赖实验确定的设置来决定机床刀具寿命。操作员可记录零件数直到刀具失效或开始产生超差零件。这些零件数的平均值可用于建立刀具寿命阈值。或者，他们可用机床 OEM 提供的零件数建立刀具换型节奏。

这些方案不准确，导致两种结果之一：

• 刀具利用不足，即刀具在寿命结束前被更换
• 刀具过度利用，导致废品零件与停机

刀具监控允许制造商监控优化刀具寿命，确保在不遭受灾难性刀具失效后果的前提下从刀具获得最大 ROI。

什么是刀具寿命？

刀具寿命指机床刀具的有用寿命。可用给定刀具能加工的合格零件数量表示。一旦刀具磨损到产生的零件超差，其寿命实际上结束，应更换刀具。

刀具磨损、失效与寿命是 CNC 加工现实。所有刀具经历磨损并最终若继续工作会失效。然而，在于有效管理刀具寿命，制造商可驱动机床刀具最高效利用。

增加机床刀具寿命同时防止废品零件与失效的唯一可能方式是采集机床刀具数据并用其决定何时换刀。

所有刀具有可预测寿命曲线——刀具预期持续并生产符合期望质量标准零件的时间段。然而，手动难准确确定刀具寿命，因影响刀具寿命的因素种类繁多。例如，被加工材料、切削类型、转速进给率等。

来源

改进刀具寿命的 7 种方法

虽无刀具永久耐用，但许多因素影响刀具寿命。以下是减少刀具磨损的几种方法：

1. 使用合适的转速与进给

切削刀具以设定切削速度旋转、镗削或切削时，也沿工件移动。使用正确转速进给设置将显著增加刀具寿命。虽实际切削时间总是考量因素，但正确的转速进给设置可延长刀具寿命。

2. 使用切削液

切削过程因金属接触产生大量热量。正确类型的切削液与正确用量将延长刀具寿命。

3. 不要再切切屑

切屑是切削后从工件移除金属材料的方式。它们也带走切削产生的多余热量。但设置必须正确以防止再切切屑导致侧 flank 磨损增加、月面磨损等刀具磨损原因。

4. 使用正确的刀具

工件复杂度、表面粗糙度、要求加工精度、成品公差要求等考量至关重要。例如，某些工件可能足够强需高速钢刀具。了解这些参数将帮助为因素组合选择正确刀具。

5. 将磨损分布在切削刃上

程序与切削计划应设计为尽可能利用切削刃更多部分。持续聚焦切削刀具一部分会增加刀具磨损。

6. 控制跳动

设备年龄影响加工跳动。现代机器可能有自动刀具夹持器。此夹持器确保刀具正确定位与固定。老旧机器跳动来自刀具轴心相对中心轴线错位或固定不当，导致废品与较低刀具寿命。

7. 控制偏转

热量积累切削进行时，材料特征影响刀具与工件，发生巨大切削力。金属移除形成的切屑退出工件时推回。若变量不正确，这会弯曲或偏转刀具。

影响刀具寿命的因素

使用泰勒刀具寿命方程等刀具寿命曲线计算，不同因素可绘制以针对适用的变量组合为刀具投影不同寿命曲线。这些包括：

切削速度

越快不总是越好。工件硬度、不同刀具材料、切削复杂度等因素意味着每个因素组合有最优速率。

进给率与切深

像切削速度，进给率与切深也可优化。最优点将由所需切削激进度决定。

工件硬度

切削极硬材料的刀具磨损比切削软金属的快。工件不同硬度可触发不同刀具磨损类型。积屑瘤可发生在铝等软金属。钛等金属对不正确刀具可造成灾难性失效。

刀具材料

像工件硬度，刀具材料必须有满足或超越切削件的性能特征。某些刀具可特殊硬化用于寿命硬化钢或钛等特种金属。但也必须设计为用于表面光洁度差的金属。

切削类型

某些切削刀具施加轻微磨蚀创造表面光洁度。其他更激进。像切削速度与进给率，切削类型必须在绘制刀具寿命曲线与减少磨损时考虑。

用 MachineMetrics 延长优化刀具寿命

MachineMetrics 刀具监控直接从机器控制器采集机器数据，提供机器绩效与健康的准确实时数据。数据可采集以监控机床刀具并开发刀具失效迫近时的阈值。

用阈值确定刀具接近寿命末期以便换出。

进而，此数据可用于开发算法预测预防灾难性机床刀具失效。而非人工收集零件数或用机床 OEM 刀具寿命建议，用户可利用准确机床刀具数据建立更有效刀具寿命参数。

机床刀具分析可用于优化机器周围流程，赋能沟通与自动化支持刀具寿命最大化。例如，操作员可被告知迫在眉睫的刀具失效以主动更换机床刀具。

这确保几大主要收益：

• 避免灾难性刀具失效
• 减少刀具失效或过度失效导致的停机
• 最大化刀具寿命确保刀具投资最大 ROI
• 更高质量产品与更高首件良率

案例研究：BC Machining 如何预测预防刀具失效

“以前我们常丢失三分之一班次的零件，更别提至少花一小时筛选零件识别废品。自用 MachineMetrics 预测性刀具断裂技术，该浪费被消除。”

- Mike Driskell, 制造工程师, BC Machining

BC Machining 作为金属制造零件制造商，产生大量废品，被迫以 200% 产能运行机器仅为达成生产目标。因无洞察刀具何时磨损或即将断裂，BC Machining 因生产废品与更换断裂刀具积累巨大成本。

为防止废品生产、最大化刀具寿命，他们与 MachineMetrics 合作。阅读案例研究，了解 BC Machining 如何几乎根除刀具磨损废品、大幅缩短换型时间、每台机器每年节省 7.2 万美元。

阅读完整案例研究。