在柔性加工生产线中如何提升刀具管理水平

HEATS · 发表于 2010-9-12 11:01:44

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随着国内汽车制造业的快速发展，发动机零部件的机械加工水平不断提升，为适应激烈的市场竞争，柔性加工生产线(FMS)应运而生。

建立FMS的目的是为解决多品种、中小批量产品生产效率低、研发周期长、产品换型快等问题。FMS要实现自动化加工，各类数控加工中心机床必不可少，高效、高速的先进切削技术层出不穷，新的刀具结构、新的刀具材料、新的刀具涂层技术和具有新型切削刃几何形状的刀片也被不断研究和开发出来:为适应数控机床和高速加工需要的刀具夹持系统如HSK刀柄、热套刀柄、液压刀柄等新型刀柄获得广泛应用;为提高生产效率和减少换刀时间，在汽车零部件的加工中越来越多地使用了各种复合刀具，如钻镗复合、钻铰复合、钻攻复合等各类刀具以及结构复杂的展开式刀具等。

为确保生产线能及时得到符合要求的、数量足够的、性价比优异的刀具，必须对刀具的维护和保养、预调整和检测、刀具寿命等方面实施有效控制，当发生加工问题或刀具问题时，生产线得到快速的响应和支持，迅速分析和解决出现的问题，以使生产正常进行，将各种损失降低到最低限度。

面对现代汽车制造业既要柔性还要高效生产的挑战，面对日益激烈的市场竞争和不断降低制造成本的压力，刀具管理水平的高低直接关系到刀具的成本控制，刀具管理需要既能保证生产线及时得到符合要求的所需刀具，又要使库存刀具数量保持在最低的必要水平上，使得流动资金的占用及其引起的财务费用降到最低；并能在发生刀具非正常消耗时做出及时和快速的反应，确保生产正常进行。因此刀具管理成为各汽车制造企业日益关注的热点。

FMS运行时，刀具处于一个动态变化的过程中,因此刀具管理就显得十分必要。如何提高刀具管理水平，需从以下几方面的入手：

刀具的优化配置

面对当前激烈的市场竞争，各机械制造企业特别是汽车制造企业都把提高效率、降低成本作为最重要的任务和目标之一，由于切削加工是一个复杂的系统问题，工艺、机床、夹具、切削液、切削参数的变化都对刀具的寿命有影响，从而引起刀具本身结构形式、刀具材料、表面涂层等方面的变化。

采用高速、高效加工，理论上应能提高生产效率，但对于实行了流水生产的汽车制造业来说，要能真正提高生产效率，需对刀具进行合理的策划，优化刀具配置，具体应解决好以下几方面的工作：

高度重视项目规划、投资阶段刀具方面的工作：近年来国内外的工作实践表明，刀具加工方式不合理可能影响一台价值几百万元设备效率的发挥，工艺规划阶段对刀具的设计、选型在很大程度上决定了生产阶段的制造成本和刀具费用,应处理好一次性设备、刀具投资与长期性刀具消耗费用之间的关系。有的项目在项目规划时节约了设备投资，采用了昂贵的刀具或不合理的切削参数，造成刀具寿命短以及长期的刀具消耗成本过高的问题，给刀具管理工作带来很多不利因素。 3 l, f) F6 h9 Q2 R- D
拟定合理的切削加工参数：加工节拍的快慢直接影响刀具的采购价格和零件制造成本的高低。 4 M& }) B# ^0 l d; I
拟定合理的刀具寿命：刀具耐用度及换刀频次高低、换刀时间长短直接影响机床开动率。 5 N( K* q9 n; }% n: B
拟定合理的加工工艺路线：合理的加工工艺路线是保证生产线上各台设备均衡性生产的关键。 * d d7 ]7 t2 u+ `
提高高速加工刀具预调整和检测水平，保证调刀一次合格率。 5 a, {+ r+ i( R" ?# z X" g/ {% v
加强对刀具非正常消耗的预防和控制，应设法控制工件的毛坯质量、机床的稳定运行能力、切削液的浓度配比、刀具涂层质量的稳定性和一致性。

刀具配置方案通常是以工艺文件的形式从设计部门逐步移交到生产车间。刀具配置方案的优劣直接影响刀具管理水平的提升，刀具配置方案应以工程语言CAD刀具图纸(应包括刀具类别、刀具供应商、刀柄类型、刀具的长度直径、被加工零件名称、紧固件清单、实际加工参数等相关信息)来表达刀具信息，刀具图纸和技术数据应采用数字化形式，便于刀具信息能在各台计算机间传输，实现采购、物流、调整、刃磨、生产线之间的网络化通讯与管理。

刀具的采购、贮存和交换

刀具采购部门根据工艺部门提供的CAD刀具图纸核对库存，生成刀具采购清单。

刀具的贮存应将刀具、刀具组件(易损件或耐用件)、可修磨刀具或不可修磨刀具进行分类并进行存储编号，建立存货管理信息。

刀具交换时能够及时了解到库房刀具积压、短缺预警信息。

刀具的分配与调度

零件程序员可根据CAD刀具图纸上具有惟一性的刀具编号(如同身份证号码)，对刀库内的刀具进行直接调用，刀具调整人员根据CAD刀具图纸进行刀具预调整，由人工将刃磨好的专用刀具或购买来的标准刀具，在对刀仪上测量相关数据。测量完成后，与标准刀套组装好，再将刀具结构参数和刀具代码以及其他有关信息输入到计算机。

刀具的监控

刀具的监控主要是为了及时了解正在使用的刀具因磨损而发生的性质变化。目前，监控主要从刀具寿命、刀具磨损量的监测、刀具断裂以及其它形式刀具故障的发现三个方面来进行。刀具寿命是指刀具的耐用度，即正常情况下，磨损量达到磨钝标准为止总的切削时间或加工件数。刀具寿命值可以用计算方法求得，但通常都是用实验方法来测定，将测试的寿命值记录在各把刀具的文件中。刀具装入机床后，对加工件数或加工时间进行设定。

刀具的信息管理

刀具信息的内容主要包括刀具编码信息及刀具几何形状和属性信息。刀具信息除了为刀具管理服务之外，还要作为信息源，为刀具的合理配置、生产调度、库存管理、物料采购、刀具预调和维修等提供服务。由于FMS需要的刀具品种和数量非常多，因此要建立刀具数据库。刀具工程师可以针对某个特定加工任务在系统内部数据库中进行搜索，寻找合适的匹配刀具，减少刀具品种规格的重复冗余。

传统的企业管理将刀具仅作为一种辅助性的工具来管理，与刀具有关的采购、物流、调整、刃磨、修理、加工问题解决、刀具优化、成本控制等工作分属到企业内不同的部门分别管理，这样往往不能及时、按需、高效、低成本地向生产线供应高性能、高质量的刀具，甚至可能影响生产的正常进行，造成较大的经济损失。随着刀具管理系统的开发与应用，上述问题及相关业务统一在一个系统中，实现一体化的管理，以此实现统一指挥、协调、快速响应和高效运作，确保生产获得可靠、有力的支持。

刀具管理系统是现代管理科学与高新技术的有机结合，具备完善的数据库管理功能，能够非常灵活、高效地对不同生产厂家、不同类型的刀具进行多库房管理，规范的出入库操作，智能的组合刀具拆装，丰富的库存统计等多种功能，可轻松获得刀具的最优资源配置，有效地降低生产中刀具成本，并在最短时间内完成刀具准备，明显地提高机床的利用率。

刀具管理系统的基本功能应包括：

系统管理功能：应具备用户管理、运行日志、数据远程备份、系统初始化、系统维护等内容。 ?, {: e2 _3 N( {+ z
数据维护功能：具备参考数据定义、组装刀具定义、刀具包定义等内容。 1 n6 T% Q$ Z( [' D4 d8 v+ @4 K
刀柄管理功能：具备刀柄新购、出入库、报损管理、多功能查询等内容。 ) d% O- \. f* [" W9 |
附件管理功能：具备附件新购、出入库、报损管理、多功能查询等内容。 . m! P+ P- X2 o/ t5 z
组合刀具管理功能：具备组合刀具组装、借出、改装、拆卸、多功能查询等内容。 8 f8 z- t4 s+ G) x- V
贵重刀具管理功能：具备贵重刀具新购、出入库、打磨维修、报损、维修入库，刀具寿命管理等内容。 1 R' B/ K0 ]8 ?& k* z
量具管理功能：具备量具新购、出入库、校测、报损管理、多功能查询等内容。 5 I& D" z3 v8 m
非标刀具设计功能：具备非标刀具的设计、审批、出入库、报损管理、多功能查询等内容。 4 B: q" C' N9 U* v- u- l" a) R
库房预警功能：具备多库房管理、新刀具自动编码、刀具使用寿命管理、库房刀具积压、短缺预警管理、修磨刀具管理等内容。 : r- n: c4 h3 \' `1 ]' i
报表管理功能：具备附件类报表模块、刀柄类报表模块、贵重刀具类报表模块等内容。

FMS作为一种技术上比较成熟的先进制造技术，现在已经进入实用阶段并取得较好的效果。在完整的FMS中，必须要有集刀具采购、物流、调整、修磨、刀具质量控制、刀具优化等功能的刀具管理系统作为FMS的一个子系统，其目的就是及时而准确地为指定的机床提供适用的刀具，以便在维持较高设备利用率的前提下，生产出合格产品。通过有效的刀具管理，能快速地对刀具进行优化，大幅度提高刀具的性能和寿命，提高生产效率和加工质量水平，显著降低制造成本，使企业在激烈的竞争中处于有利地位。

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