切削刀具行業的未來
2024-10-17 來源：ANCA 作者：-
在ANCA慶祝刀具制造技術發展50周年的重要時刻，ANCA CNC機床公司（位于澳大利亞北貝斯沃特）的總經理Edmund Boland，以其前瞻性的視野，為我們揭示了未來5到10年切削刀具行業的藍圖。
只有一個人和一條狗？
未來的工廠只有一個人和一條狗——人的職責僅限于喂狗，而狗的職責是讓人遠離機器--這個古老的故事在刀具磨削領域將接近現實。
Boland先生說，未來的刀具制造工廠將實現全面的數字化連接，從原材料的入庫、堆放，到激光蝕刻、坯料準備，再到刀具和銑刀的磨削、刃口鈍化、涂層，直至成品裝運，每一個環節都將被精準地串聯在一起。這種全面的數字化將帶來前所未有的效率提升，當工單從外徑預加工直到到五軸磨床時，機器將自動調用正確的程序來完成刀具磨削，所有信息都與公司的ERP和MES系統緊密相連，為管理層提供精準的數據分析，幫助做出明智的決策并不斷優化生產流程。
外圓磨削或刃口處理精加工等單個流程一旦設置完成，通常就會實現高度自動化，這已經是不爭的事實。因此，在Boland先生看來，各家公司的不同之處在于這些流程的自動化程度以及工位間材料傳輸的自動化程度。
對于中小型車間來說可能會有一個人，負責將托盤從外圓機移動到五軸機床，并對托盤進行掃描。但在數字化方面，五軸機床會收到一個文件，上面寫著它正在獲取這些坯料，而這一切都與ERP聯系在一起。同樣的情況也會發生在外包涂層上。通過數字方式，他們將信息發送給噴涂機，但有人在手動將工具從五軸機轉移到運輸部門。而在大型車間，物流小車會進行物料搬運"。這就是ANCA 集成制造系統 (AIMS)。
改進設置和質量
Boland先生說，隨著車間自動化程度的提升，產出質量愈發穩定，工人們得以更專注于解決具體問題，并在人工智能的助力下對整個流程進行優化。總會有一些工具超出公差范圍。這時就需要有人問“為什么會出現這種情況？ 我們需要調整什么？某個生產步驟有問題嗎？程序出錯了嗎？”
競爭力強的公司將依靠一小批高技能的問題解決者。這些人將依托ANCA學院提供的高級培訓來持續進步。
Boland先生還認為，技術熟練的機器安裝人員仍將繼續發揮作用，不過這方面也將發生變化。"舉例來說，像自動托架這樣的技術將配備傳感器，并能夠進行自動調整。
Boland先生補充說，自動補償以糾正加工過程中發現的誤差已經成為現實，而且這種能力只會不斷提高。例如，利用當今的技術，如果機床裝載的坯料偏斜，測頭就會檢測到誤差，磨削相應就會自動調整，生產出令人滿意的刀具。但是，"你仍然需要手動檢查第一件工件，尤其是新型刀具。之后，系統就可以接手了。'第一件工具正確'已經成為我們的口頭禪。你應該能夠測量第一件工具，如果出錯，能夠進行補償"。
內部測量設備的能力不斷提高是其中一個原因。Boland先生指出，他們的新一代激光器可以在冷卻劑霧氣甚至刀具上的一些殘留油的情況下進行測量。視覺系統在使用后仍然需要手動放置和移除，但 "這種情況將會改變。與激光相比，攝像系統需要更好的通風條件，但也有解決辦法。機器人可以在打磨后立即吹出機床環境中的碎屑。或者你也可以使用機器人將攝像頭從外部引入機器"。
與此同時，可進行內部測量和自動補償的特征列表也將不斷增加。如今，"可以測量的特征包括外徑、刀具輪廓和槽深。在很短的時間內，我們將能做到更多。例如，螺紋銑床或絲錐內的螺紋。K刃或齒隙，只要能在系統內測量，就能進行補償"。
Boland 認為我們不會完全放棄ZOLLER Genius 這樣的單機測量機，尤其是在測量復雜特征時。但他預計，這類系統與刀具磨床之間的相互作用會有所改進。
他解釋說，關鍵在于為特定幾何特征建立標準化的測量協議。"在制定這些測量協議之前，刀具磨床無法對測量偏差進行補償。目前，ANCA 有一套適用于較簡單立銑刀和鉆頭的標準測量方法。但隨著我們在整個客戶群中安裝 AIMS 系統，我們也在與這些客戶合作，擴大我們可以補償的測量范圍。例如，我們正在開發相當復雜的成型刀具和復雜的立銑刀。
亞微米公差
偏差越來越小已經不是秘密。Boland說，實現微米甚至亞微米級的精度將是未來眾多應用領域取得突破的關鍵。由于這些切削工具的優勢，對這種精度的需求 "將會增長"。無論是加工工件的表面光潔度、刀具壽命還是其他因素。消除切削工具內部的所有微小誤差可以顯著提高其性能"。
這也是市場更傾向于使用整體回轉類刀具而非可轉位刀具的原因。Boland說："客戶需要的是整體回轉類刀具的剛性，以有利于刀具傳動，同時還能獲得出色的表面光潔度。”
“要保持更高的精度水平，需要的不僅僅是前面提到的高功能自動化、在線測量和閉環補償功能。"Boland列舉道："還有一些看似簡單但同樣重要的因素，如空調，冷卻過濾系統，選擇的砂輪類型……這些都影響著最終的精度。因此，這不僅僅關乎刀具和刀具磨床，而是其周圍的整個系統。”
“消除振動絕對至關重要。再也不能直接在機床頂上安裝油霧分離裝置。機床內的冷卻裝置將變得非常重要。因為如果它發生振動，就會對精度產生問題。因此，中央冷卻系統和中央除霧裝置成為必要條件。”
盡管Boland預測對精度更高的刀具的需求將不斷增長，但他也認為對低成本工具的需求將持續增長。這一點，再加上滿足最嚴格公差的固有成本和難度，將在一定程度上限制剛才討論的改進措施的全面采用。
材料趨勢
Boland 認為，硬質合金仍然是最主要的切削工具材料，但其統治地位正受到PCD（聚晶金剛石）的強烈挑戰。預計未來十年內，PCD 的市場份額可能會達到 30%。陶瓷也越來越受到關注，但仍然只占很小一部分。
同樣，對磨削以外的材料去除技術的需求也會增長。Boland說，線切割和旋轉電火花加工目前在 PCD 領域占主導地位，但激光燒蝕技術也值得關注。"這絕對是一項新興技術。擁有早期機床的客戶不僅將其用于 PCD，還用于硬質合金。尤其是微型刀具，現在已被視為激光燒蝕的潛力所在，刀具制造商正在取得令人感興趣的成果。
"就 PCD 而言，激光燒蝕無疑比融蝕加工更具優勢。它不需要冷卻劑或耗材銅電極"。因此，盡管機器的價格可能仍比競爭技術高出 40-50%，但由于耗材成本較低，隨著時間的推移，它們可能會節省成本。激光燒蝕還能制造出侵蝕法無法制造的形狀，包括表面特征。相反，對于直徑較大的工具來說，激光燒蝕并沒有意義。因此，Boland 仍不確定激光燒蝕技術在短期內是否會成為一種主流解決方案。
同樣增材制造加工也不可能取代工業中的一些材料去除應用。而且，它對切削工具生產的適用性似乎也很有限。"我不認為它能在十年內變得足夠高效。但是，它有可能在生產特殊工具方面占有一席之地，比如不可能有內部冷卻劑通道之類的東西。它還可能在制造大型、昂貴的切削工具方面發揮作用。但是，即使它真的被廣泛應用，我也不相信它的精度會足以代替精加工。”
其他市場考慮因素
關于生產效率，盡管自動化解決方案可能會讓一些人認為精磨技術將逐漸消失，但Boland指出，修磨仍將是一項可行的業務。這是因為修磨不僅能提高生產效率，還符合可持續發展的理念。
前瞻性工具生產商正在實現更高的生產效率，這使得市場對快速周轉時間的需求日益增加。這種趨勢不僅適用于大批量生產，就連小批量的特殊工具也不例外。Boland強調，為特定工作輕松生產優化特殊工具的能力對于客戶來說至關重要。
雖然電動汽車的發展使汽車行業對切削刀具的需求減少了 50%。這種情況在全球范圍內各不相同，美國在電動汽車的應用方面相對滯后，這為切削工具制造商提供了一定的緩沖時間。"電動汽車領域以外的應用也在不斷增長，這可能會起到補償作用，" Boland說，但不可否認的是，電動汽車的總體影響將是巨大的。
在技術發展的道路上，未來充滿不確定性。氫氣是否會取代電動汽車？超清潔燃料是否會卷土重來，讓內燃機重獲新生？這些問題仍懸而未決。
服務與支持的變化
Boland預測，人工智能將 "成為未來提高生產率的巨大機制"。通過利用人工智能進行預測性維護，企業可以準確預警部件故障，自動訂購替換部件，從而確保生產線的穩定運行。因此，預防性維護變得有針對性和高效，同時確保幾乎無縫的正常運行時間。
Boland 指出，隨著多機器自動化系統的普及，任何停機時間都變得無法忍受。因此，能夠全天候快速響應的服務與支持將成為企業競爭的關鍵。為了實現這一目標，企業可以利用遠程和預測診斷技術來減少現場服務人員的必要性。
無論未來會發生什么，肯定都會很有趣。如果Boland的判斷有誤，你可以隨時依靠你的愛犬。
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如果您有機床行業、企業相關新聞稿件發表，或進行資訊合作，歡迎聯系本網編輯部， 郵箱：skjcsc@vip.sina.com
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