高性能数控切削刀具的管理技术

 
采用数控机床进行金属切削加工，不仅是航空航天制造业的主要金属切削方式，也在整个工业生产中占据主流。在数控切削方式的变革中，生产质量管理也发生了很大的变革。传统手工机床加工零件，单独工序的加工质量多依赖工人的技能，而在数控加工中，工艺人员不仅需要负责工艺制定，还要进行数控加工程序编制、数控刀具选择与工艺参数制定。因此数控加工效率与加工质量受到数控刀具的影响显著。
航空航天制造业的加工方式以小批量、多品种混线加工为主，相对于大批量生产的汽车制造行业，在零件切削加工生产中，由于零件材料的难加工和零件结构的难加工特性，不仅对高性能数控刀具有迫切的需求，而且合适的刀具管理技术对数控生产质量的提升具有重要的意义和应用价值。
狭义上的刀具管理技术只涉及刀具的物流管理。在汽车发动机等批量化生产中应用的刀具管理技术不仅包含刀具的物流管理，还包含刀具定义、切削参数、切削数据、刀具调整与刀具修磨、CAM接口、刀具用量预测等。通过刀具管理技术的应用，可以把量产中的刀具独立出来，由专业化的刀具管理服务团队进行管理，在生产现场实现刀具配送，降低生产成本。针对航空航天制造业的特殊生产方式，这种刀具管理技术存在诸多问题。现在的航空航天企业都建有较为完善的CAPP、ERP和PDM等信息管理系统，刀具相关的物流管理功能已经具备。但是刀具具有其特殊性，在工艺制定实施中，不仅需要知道刀具的形状、尺寸，还要知道刀具适合加工的材料和切削参数的选择。
切削加工是包含机床、刀具、零件、夹具、工艺的多变量复杂时变系统，切削参数对应的切削状态，以及获取的加工效果受到切削系统各个环节、众多参数的影响，难以建立标准统一的切削工艺系统模型来描述和优化工艺参数。作为刀具的主要提供方，刀具厂商往往采用折衷方案，针对所提供的刀具和被加工对象，为工艺人员推荐可用的切削参数或近似加工案例，不提供刀具寿命和加工效果预测，多依赖实际加工结果进行粗略评价。
切削数据库主要是为工艺人员制定具体工艺方案时，提供机床、刀具选择方案和优化可行的加工参数。由于微细铣削工艺系统涉及到机床、刀具、工件、工装夹具、润滑冷却等加工的各个环节，同时由于加工过程的动态时变特性，最优工艺参数往往不易确定。这也是现有金属切削数据库难以实用化的主要因素。
针对航空航天制造业的特殊性，高性能数控刀具的管理技术应包含刀具性能评价、刀具现场应用、刀具物流。
刀具性能评价方法
随着航空结构件复杂程度的不断提升，涵盖的难加工特征结构越来越多，以往通过基础切削试验来选取的刀具在针对不同结构特征时往往表现出显著的性能差异。也就是说，同一种刀具在切削加工不同的结构特征时，往往会体现出较大差异的切削性能。
为了合理评价航空钛合金结构件铣削刀具的性能，和寻求适合航空钛合金结构件的铣削刀具，有必要在了解和熟悉航空钛合金复杂结构件结构特点的基础上对其切削刀具性能进行评判。
为进行钛合金铣削刀具的优选和切削参数优化，设计了多种结构的钛合金测试件。图1是参考机床性能测试S形件设计的一种基准样件，通过定义统一的切削轨迹，不仅可以对比刀具的切削性能，还能进行机床性能的测试，为切削参数的个性化评价提供了一种参考方法。