在ANCA慶祝刀具制造技術(shù)發(fā)展50周年的重要時(shí)刻，ANCA CNC機(jī)床公司（位于澳大利亞北貝斯沃特）的總經(jīng)理Edmund Boland，以其前瞻性的視野，為我們揭示了未來(lái)5到10年切削刀具行業(yè)的藍(lán)圖。

只有一個(gè)人和一條狗？

未來(lái)的工廠只有一個(gè)人和一條狗——人的職責(zé)僅限于喂狗，而狗的職責(zé)是讓人遠(yuǎn)離機(jī)器--這個(gè)古老的故事在刀具磨削領(lǐng)域?qū)⒔咏F(xiàn)實(shí)。

Boland先生說(shuō)，未來(lái)的刀具制造工廠將實(shí)現(xiàn)全面的數(shù)字化連接，從原材料的入庫(kù)、堆放，到激光蝕刻、坯料準(zhǔn)備，再到刀具和銑刀的磨削、刃口鈍化、涂層，直至成品裝運(yùn)，每一個(gè)環(huán)節(jié)都將被精準(zhǔn)地串聯(lián)在一起。這種全面的數(shù)字化將帶來(lái)前所未有的效率提升，當(dāng)工單從外徑預(yù)加工直到到五軸磨床時(shí)，機(jī)器將自動(dòng)調(diào)用正確的程序來(lái)完成刀具磨削，所有信息都與公司的ERP和MES系統(tǒng)緊密相連，為管理層提供精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)分析，幫助做出明智的決策并不斷優(yōu)化生產(chǎn)流程。

外圓磨削或刃口處理精加工等單個(gè)流程一旦設(shè)置完成，通常就會(huì)實(shí)現(xiàn)高度自動(dòng)化，這已經(jīng)是不爭(zhēng)的事實(shí)。因此，在Boland先生看來(lái)，各家公司的不同之處在于這些流程的自動(dòng)化程度以及工位間材料傳輸?shù)淖詣?dòng)化程度。

對(duì)于中小型車(chē)間來(lái)說(shuō)可能會(huì)有一個(gè)人，負(fù)責(zé)將托盤(pán)從外圓機(jī)移動(dòng)到五軸機(jī)床，并對(duì)托盤(pán)進(jìn)行掃描。但在數(shù)字化方面，五軸機(jī)床會(huì)收到一個(gè)文件，上面寫(xiě)著它正在獲取這些坯料，而這一切都與ERP聯(lián)系在一起。同樣的情況也會(huì)發(fā)生在外包涂層上。通過(guò)數(shù)字方式，他們將信息發(fā)送給噴涂機(jī)，但有人在手動(dòng)將工具從五軸機(jī)轉(zhuǎn)移到運(yùn)輸部門(mén)。而在大型車(chē)間，物流小車(chē)會(huì)進(jìn)行物料搬運(yùn)"。這就是ANCA 集成制造系統(tǒng) (AIMS)。

改進(jìn)設(shè)置和質(zhì)量

Boland先生說(shuō)，隨著車(chē)間自動(dòng)化程度的提升，產(chǎn)出質(zhì)量愈發(fā)穩(wěn)定，工人們得以更專(zhuān)注于解決具體問(wèn)題，并在人工智能的助力下對(duì)整個(gè)流程進(jìn)行優(yōu)化?？倳?huì)有一些工具超出公差范圍。這時(shí)就需要有人問(wèn)“為什么會(huì)出現(xiàn)這種情況？ 我們需要調(diào)整什么？某個(gè)生產(chǎn)步驟有問(wèn)題嗎？程序出錯(cuò)了嗎？”

競(jìng)爭(zhēng)力強(qiáng)的公司將依靠一小批高技能的問(wèn)題解決者。這些人將依托ANCA學(xué)院提供的高級(jí)培訓(xùn)來(lái)持續(xù)進(jìn)步。

Boland先生還認(rèn)為，技術(shù)熟練的機(jī)器安裝人員仍將繼續(xù)發(fā)揮作用，不過(guò)這方面也將發(fā)生變化。"舉例來(lái)說(shuō)，像自動(dòng)托架這樣的技術(shù)將配備傳感器，并能夠進(jìn)行自動(dòng)調(diào)整。

Boland先生補(bǔ)充說(shuō)，自動(dòng)補(bǔ)償以糾正加工過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的誤差已經(jīng)成為現(xiàn)實(shí)，而且這種能力只會(huì)不斷提高。例如，利用當(dāng)今的技術(shù)，如果機(jī)床裝載的坯料偏斜，測(cè)頭就會(huì)檢測(cè)到誤差，磨削相應(yīng)就會(huì)自動(dòng)調(diào)整，生產(chǎn)出令人滿意的刀具。但是，"你仍然需要手動(dòng)檢查第一件工件，尤其是新型刀具。之后，系統(tǒng)就可以接手了。'第一件工具正確'已經(jīng)成為我們的口頭禪。你應(yīng)該能夠測(cè)量第一件工具，如果出錯(cuò)，能夠進(jìn)行補(bǔ)償"。

內(nèi)部測(cè)量設(shè)備的能力不斷提高是其中一個(gè)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(jìn)行測(cè)量。視覺(jué)系統(tǒng)在使用后仍然需要手動(dòng)放置和移除，但 "這種情況將會(huì)改變。與激光相比，攝像系統(tǒng)需要更好的通風(fēng)條件，但也有解決辦法。機(jī)器人可以在打磨后立即吹出機(jī)床環(huán)境中的碎屑。或者你也可以使用機(jī)器人將攝像頭從外部引入機(jī)器"。

與此同時(shí)，可進(jìn)行內(nèi)部測(cè)量和自動(dòng)補(bǔ)償?shù)奶卣髁斜硪矊⒉粩嘣黾?。如今?可以測(cè)量的特征包括外徑、刀具輪廓和槽深。在很短的時(shí)間內(nèi)，我們將能做到更多。例如，螺紋銑床或絲錐內(nèi)的螺紋。K刃或齒隙，只要能在系統(tǒng)內(nèi)測(cè)量，就能進(jìn)行補(bǔ)償"。

Boland 認(rèn)為我們不會(huì)完全放棄ZOLLER Genius 這樣的單機(jī)測(cè)量機(jī)，尤其是在測(cè)量復(fù)雜特征時(shí)。但他預(yù)計(jì)，這類(lèi)系統(tǒng)與刀具磨床之間的相互作用會(huì)有所改進(jìn)。

他解釋說(shuō)，關(guān)鍵在于為特定幾何特征建立標(biāo)準(zhǔn)化的測(cè)量協(xié)議。"在制定這些測(cè)量協(xié)議之前，刀具磨床無(wú)法對(duì)測(cè)量偏差進(jìn)行補(bǔ)償。目前，ANCA 有一套適用于較簡(jiǎn)單立銑刀和鉆頭的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量方法。但隨著我們?cè)谡麄€(gè)客戶群中安裝 AIMS 系統(tǒng)，我們也在與這些客戶合作，擴(kuò)大我們可以補(bǔ)償?shù)臏y(cè)量范圍。例如，我們正在開(kāi)發(fā)相當(dāng)復(fù)雜的成型刀具和復(fù)雜的立銑刀。

亞微米公差

偏差越來(lái)越小已經(jīng)不是秘密。Boland說(shuō)，實(shí)現(xiàn)微米甚至亞微米級(jí)的精度將是未來(lái)眾多應(yīng)用領(lǐng)域取得突破的關(guān)鍵。由于這些切削工具的優(yōu)勢(shì)，對(duì)這種精度的需求 "將會(huì)增長(zhǎng)"。無(wú)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(nèi)部的所有微小誤差可以顯著提高其性能"。

這也是市場(chǎng)更傾向于使用整體回轉(zhuǎn)類(lèi)刀具而非可轉(zhuǎn)位刀具的原因。Boland說(shuō)："客戶需要的是整體回轉(zhuǎn)類(lèi)刀具的剛性，以有利于刀具傳動(dòng)，同時(shí)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(dòng)化、在線測(cè)量和閉環(huán)補(bǔ)償功能。"Boland列舉道："還有一些看似簡(jiǎn)單但同樣重要的因素，如空調(diào)，冷卻過(guò)濾系統(tǒng)，選擇的砂輪類(lèi)型……這些都影響著最終的精度。因此，這不僅僅關(guān)乎刀具和刀具磨床，而是其周?chē)恼麄€(gè)系統(tǒng)?！?/p>

“消除振動(dòng)絕對(duì)至關(guān)重要。再也不能直接在機(jī)床頂上安裝油霧分離裝置。機(jī)床內(nèi)的冷卻裝置將變得非常重要。因?yàn)槿绻l(fā)生振動(dòng)，就會(huì)對(duì)精度產(chǎn)生問(wèn)題。因此，中央冷卻系統(tǒng)和中央除霧裝置成為必要條件。”

盡管Boland預(yù)測(cè)對(duì)精度更高的刀具的需求將不斷增長(zhǎng)，但他也認(rèn)為對(duì)低成本工具的需求將持續(xù)增長(zhǎng)。這一點(diǎn)，再加上滿足最嚴(yán)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(jìn)措施的全面采用。

材料趨勢(shì)

Boland 認(rèn)為，硬質(zhì)合金仍然是最主要的切削工具材料，但其統(tǒng)治地位正受到PCD（聚晶金剛石）的強(qiáng)烈挑戰(zhàn)。預(yù)計(jì)未來(lái)十年內(nèi)，PCD 的市場(chǎng)份額可能會(huì)達(dá)到 30%。陶瓷也越來(lái)越受到關(guān)注，但仍然只占很小一部分。

同樣，對(duì)磨削以外的材料去除技術(shù)的需求也會(huì)增長(zhǎng)。Boland說(shuō)，線切割和旋轉(zhuǎn)電火花加工目前在 PCD 領(lǐng)域占主導(dǎo)地位，但激光燒蝕技術(shù)也值得關(guān)注。"這絕對(duì)是一項(xiàng)新興技術(shù)。擁有早期機(jī)床的客戶不僅將其用于 PCD，還用于硬質(zhì)合金。尤其是微型刀具，現(xiàn)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(wú)疑比融蝕加工更具優(yōu)勢(shì)。它不需要冷卻劑或耗材銅電極"。因此，盡管機(jī)器的價(jià)格可能仍比競(jìng)爭(zhēng)技術(shù)高出 40-50%，但由于耗材成本較低，隨著時(shí)間的推移，它們可能會(huì)節(jié)省成本。激光燒蝕還能制造出侵蝕法無(wú)法制造的形狀，包括表面特征。相反，對(duì)于直徑較大的工具來(lái)說(shuō)，激光燒蝕并沒(méi)有意義。因此，Boland 仍不確定激光燒蝕技術(shù)在短期內(nèi)是否會(huì)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(yè)中的一些材料去除應(yīng)用。而且，它對(duì)切削工具生產(chǎn)的適用性似乎也很有限。"我不認(rèn)為它能在十年內(nèi)變得足夠高效。但是，它有可能在生產(chǎn)特殊工具方面占有一席之地，比如不可能有內(nèi)部冷卻劑通道之類(lèi)的東西。它還可能在制造大型、昂貴的切削工具方面發(fā)揮作用。但是，即使它真的被廣泛應(yīng)用，我也不相信它的精度會(huì)足以代替精加工。”

其他市場(chǎng)考慮因素

關(guān)于生產(chǎn)效率，盡管自動(dòng)化解決方案可能會(huì)讓一些人認(rèn)為精磨技術(shù)將逐漸消失，但Boland指出，修磨仍將是一項(xiàng)可行的業(yè)務(wù)。這是因?yàn)樾弈ゲ粌H能提高生產(chǎn)效率，還符合可持續(xù)發(fā)展的理念。

前瞻性工具生產(chǎn)商正在實(shí)現(xiàn)更高的生產(chǎn)效率，這使得市場(chǎng)對(duì)快速周轉(zhuǎn)時(shí)間的需求日益增加。這種趨勢(shì)不僅適用于大批量生產(chǎn)，就連小批量的特殊工具也不例外。Boland強(qiáng)調(diào)，為特定工作輕松生產(chǎn)優(yōu)化特殊工具的能力對(duì)于客戶來(lái)說(shuō)至關(guān)重要。

雖然電動(dòng)汽車(chē)的發(fā)展使汽車(chē)行業(yè)對(duì)切削刀具的需求減少了 50%。這種情況在全球范圍內(nèi)各不相同，美國(guó)在電動(dòng)汽車(chē)的應(yīng)用方面相對(duì)滯后，這為切削工具制造商提供了一定的緩沖時(shí)間。"電動(dòng)汽車(chē)領(lǐng)域以外的應(yīng)用也在不斷增長(zhǎng)，這可能會(huì)起到補(bǔ)償作用，" Boland說(shuō)，但不可否認(rèn)的是，電動(dòng)汽車(chē)的總體影響將是巨大的。

在技術(shù)發(fā)展的道路上，未來(lái)充滿不確定性。氫氣是否會(huì)取代電動(dòng)汽車(chē)？超清潔燃料是否會(huì)卷土重來(lái)，讓內(nèi)燃機(jī)重獲新生？這些問(wèn)題仍懸而未決。

服務(wù)與支持的變化

Boland預(yù)測(cè)，人工智能將 "成為未來(lái)提高生產(chǎn)率的巨大機(jī)制"。通過(guò)利用人工智能進(jìn)行預(yù)測(cè)性維護(hù)，企業(yè)可以準(zhǔn)確預(yù)警部件故障，自動(dòng)訂購(gòu)替換部件，從而確保生產(chǎn)線的穩(wěn)定運(yùn)行。因此，預(yù)防性維護(hù)變得有針對(duì)性和高效，同時(shí)確保幾乎無(wú)縫的正常運(yùn)行時(shí)間。

Boland 指出，隨著多機(jī)器自動(dòng)化系統(tǒng)的普及，任何停機(jī)時(shí)間都變得無(wú)法忍受。因此，能夠全天候快速響應(yīng)的服務(wù)與支持將成為企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的關(guān)鍵。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，企業(yè)可以利用遠(yuǎn)程和預(yù)測(cè)診斷技術(shù)來(lái)減少現(xiàn)場(chǎng)服務(wù)人員的必要性。

無(wú)論未來(lái)會(huì)發(fā)生什么，肯定都會(huì)很有趣。如果Boland的判斷有誤，你可以隨時(shí)依靠你的愛(ài)犬。

ANCA是市場(chǎng)領(lǐng)先的CNC磨床制造商。它成立于1974年，總部位于澳大利亞墨爾本。ANCA在英國(guó)，德國(guó)，中國(guó)，泰國(guó)，印度，日本，巴西和美國(guó)設(shè)有分支業(yè)務(wù)機(jī)構(gòu)，并在全球范圍內(nèi)建立了全面的銷(xiāo)售代表和代理商網(wǎng)絡(luò)。ANCA CNC磨床用于制造精密切削刀具和零件，應(yīng)用于包括刀具制造，汽車(chē)，航空航天，電子和醫(yī)療器械。

審核編輯 黃宇