数字化精镗加工

Schmauser+Müller金属加工公司（简称为SM公司）是一家专门从事单件零件和小批量产品生产的CNC数控加工厂，位于德国巴伐利亚州奥迪总部所在地英格尔施达特市附近。其服务领域包括了夹具制造、金属切削加工和CAD设计。“当然，汽车制造商也是我们的客户之一。但我们希望保持客户的多样性，以弥补局限于一个行业领域而带来的生产波动。在使用了BIGKaiser公司提供的精密夹具之后，我们的精镗水平提高了两个档次。”公司生产领导人RainerMaurer先生说道。

（ 左 起 ）：SM 公 司 Rainer Maurer 先 生，BIG Kaiser 公 司 Alexander Hartl 先生和 SM 公司 Dennis Heil 先生。

数字双胞胎

“我们的第一个项目就是所谓的数字孪生，俗话称之为数字双胞胎。这一技术甚至能够在生产开始之前就为用户提供成功的解决方案。”Maurer先生说。

数字孪生技术的基础是Autodesk公司研发生产的CAM软件HSMWorks。利用这一软件可以创建所有组件的数字孪生模型——包括Hermle公司配用了HS-Flex多托盘自动化上下料系统的C42型五轴联动铣床和SMWAutoblok公司的自动夹紧夹具。所有的刀具也都经过了数字化建模，包括了悬伸长度和直径可调的精镗头。像Blum激光测量系统这样的细节也是非常重要的，在完成包括测量系统等所有组件的数字化映射之后就可以在计算机上模拟最佳的程序运行了。

“即使是模拟运行也必须是非常可靠和专业的运行。当同事向我介绍了数字孪生技术之后，我们马上着手开始引进了。现在，在编写完加工程序之后，我们就可以通过自动化模拟来检验。数字孪生技术是对现代化机械加工的理想补充。而最令人满意的是：我们要什么有什么。”Maurer先生说。

到目前为止，任何可能导致零件成为废品的微小错误都可以被数字孪生技术模拟出来。“如果我们少了一个刀具参数，则数字孪生技术模拟出来的结果就无法理解，加工时的后果也无法预测。因为每一种不同的映射都会产生不同的数字孪生。BIGKaiser公司为我们提供了所需的所有刀具数据。”Maurer先生说。

11种可转位刀片

不只是数字化技术为提高SM公司的精镗加工做出了贡献，正确的可转位刀片也功不可没。“过去，我们用了许多不同种类的可转位刀片进行切削加工，但我们不知道哪种材料的刀片最适合加工什么零件。这就导致了在切削加工过程中可转位刀片的断裂，无法得到令人满意的加工结果。因此精镗也成了工人最不愿意干的活了。现在则不同了——现在我们只有11种可转位刀片，但每一种可转位刀片都有自己明确的切削加工目标。”Maurer先生说道。

“我和Maurer先生详细讨论和分析了所有零件的加工要求。最终我们确定了11种可以覆盖所有材料和直径加工用的可转位刀片。”BIGKaiser公司的应用技术员AlexanderHartl先生说。

11 种可转位刀片一览表

“从那时起，机床设备操作者对精镗加工的态度有了明显的改变。现在，他们对精镗加工充满了信心。在最终的质量检查之前他们根本用不着再进行中间检测了。自动化加工保持了高精度加工的稳定性，提高了零件加工的表面质量。简而言之，改进了工艺流程之后使我们能够充分利用机床设备的所有潜力了。”Maurer先生补充说道。

实践表明大多数企业都非常相信并且依赖过去某人已经测试过的数据。“大多数学徒工都会问他的师傅：应向数控系统中输入什么样的数据。而师傅给出的回答往往是他们头脑记住了的成功数据。而恰恰就是这样的数据困扰了企业若干年。因为这些数据不仅可能浪费了机床设备的潜力，而且还影响了零件的加工速度、加工质量和刀具的使用寿命。现在不再是这样了。”Maurer先生说。

BIGKaiser公司的研发中心测定了各种可转位刀片的最佳切削参数：这就减轻了客户的工作量，最重要的是延长了可转位刀片的使用寿命。

在输入例如直径、材料或者悬伸长度等参数之后，BIG Kaiser 公司 的手机 APP 应用程序就会告诉您应选用什么型号的刀具、配用何种 可转位刀片，并告诉您加工时应使用的切削参数。

因为有许许多多影响可转位刀片性能的因素，因此实际测试的范围也非常广泛。每一个直径尺寸、每一种零件材料和每一个镗杆悬伸长度都影响着可转位刀片的测试结果。BIGKaiser公司通过自己开发的手机应用软件将这些测试数据提供给用户使用，使用户企业能够更好地集中精力专注于自己的核心业务。

Maurer先生结合编写的CAM程序描述了精镗工艺过程：“我们向手机应用程序中输入所需的参数，例如孔径、材料、悬伸长度，应用程序就会告诉您可以使用哪些BIGKaiser公司的可转位刀片，以及使用这些可转位刀片时的切削参数。然后就可以在CAM工作站中选出可转位刀片的数字化双胞胎，在加工程序中编写切削参数——这样，就大功告成了。”

如何选择刀具、设定切削参数？APP里有答案

在所有的切削加工过程中应始终选择最佳的切削参数。有了手机APP应用程序之后，机床设备的操作者不必再尝试不同的切削参数了，可以相信手机APP给出的数据。“这就极大地简化了生产准备的工作过程。我们不知道刀具使用寿命到底会延长多少时间。在过去，我们的生产过程是不够稳定，无法在生产开始之前预测合同的完成时间。但现在我们就知道：刀具的使用寿命是恒定的，预计比原来提高了三倍。而最重要的是：我们可以按照规定的时间更换可转位刀片，而不是像以前那样在可转位刀片磨损之后再更换。”Maurer先生说。

BIGKaiser公司每年耗费数百小时的时间来开发和测试新的精镗用可转位刀片。据该公司介绍：在企业内部对精镗头进行优化得到了非常准确的测试结果。公司也对一些重要的细节申请了专利保护，例如能够更好地排出切屑、优化被加工零件表面质量的断屑槽。

BIGKaiser公司认为：精镗头是公司的独特卖点。其他大多数供应商生产的可转位刀片都是针对特定加工要求的可转位刀片。因此，一旦这种刀片的使用条件有了变化则会明显降低刀片的性能。

这对SM公司来讲是非常不利的。因为SM公司的产品主要是一些小批量产品甚至是单件生产的产品。一旦精镗头的可转位刀片出现问题则会带来大笔的经济损失，这将迫使该公司使用100多种不同的可转位刀片，以便能够按照最佳的生产方式进行加工。

正如BIGKaiser公司所强调的那样：利用如此多的可转位刀片进行尝试在生产实践中是行不通的，也超出了机床设备操作者的操作极限，操作者不可能在手握如此多种类的可转位刀片同时，还要求他们能够在正确的时间选用正确的切削参数。

提高制造过程的透明度

BIGKaiser公司希望通过自己开发的解决方案能够避免上述不利情况。与其做一个专注于很小的领域的优化改进，不如创造一个在实践中提供出色结果的“多面手”。这样才有可能更加可靠、有效和精确地完成不同的切削加工任务。

无论如何，SM公司从自己研发的精镗工艺技术中获益匪浅。它们认为：得益于具有专家级的、可以在生产实践中使用的刀具专业技术知识，SM公司已经为美好的明天做好了充分的准备。

本文译自德国WerkstattundBetrieb杂志