电 子 简 讯 2024 年 10 月

在庆祝ANCA公司刀具制造技术进步50周年之际，ANCA数控机床（澳大利亚贝斯沃特北部）总经理埃德蒙·博兰德展望了未来5到10年。

只有一个人和一条狗？

关于未来工厂只有一个人和一条狗的老故事——人的角色仅限于喂狗，而狗的作用是防止人靠近机器——在工具磨削领域将接近现实。

博兰德表示，整个生产流程至少将以数字方式连接起来，“从原材料的接收、码垛、激光蚀刻和毛坯准备……到工具和刀具的磨削、边缘处理、涂层，直到成品的运输。” 例如，当一项特定工作从外径准备过渡到5轴磨床时，机器将自动调用正确的程序来完成工具的磨削。所有程序都将与公司的ERP和MES系统相连，提供“非常出色的数据分析，帮助您做出正确的决策并改进流程”。

事实上，一些单独的工序，例如外径磨削或流线精加工，一旦设置完毕，通常就能实现高度自动化。因此，在博兰看来，蓬勃发展的公司之间的区别在于这些工序的自动化程度以及工位之间物料传输的自动化程度。

“中小型车间可能会有专人负责将一个托盘从外径机搬到五轴机床上。但如果是数字化操作，五轴机床会收到一个文件，上面写着它要接收这些毛坯，而且这一切都与ERP系统相连。如果他们把涂层分包出去，也会发生同样的事情。从数字的角度来看，他们正在将信息发送给涂层机，但有人正在将工具从五轴机床手动移动到运输部门。而在大型车间，机器人推车将完成物理移动。” ANCA的集成制造系统（AIMS）就是这种情况。

改进设置和质量

博兰德说，车间自动化程度越高，其输出质量就越稳定，员工就越能专注于解决孤立的问题，并在人工智能的帮助下改进整个流程。“总会有一些工具超出公差范围。这时就需要有人问‘为什么？我们需要调整什么？生产步骤中是否有一个存在问题？程序是否出错？

因此，有竞争力的公司将依靠相对较少的高技能问题解决者。这些人反过来将依靠ANCA学院提供的先进培训。
博兰还设想了熟练人员继续设置机器的角色，尽管这方面也在发生变化。“例如，稳定支架等技术将配备传感器，并能够进行自动调整。”

Boland补充道，自动补偿以纠正加工过程中发现的错误已经成为现实，而且这种能力只会不断提高。例如，凭借当今的技术，如果机器装载的坯料歪斜，探针就会检测到错误，磨削问题会自动调整，从而生产出令人满意的工具。但是，“你仍然需要手动检查第一件产品，特别是如果它是一种新型工具。之后，系统就可以接管了。‘一次就磨好’是我们的座右铭。你应该能够测量出第一把工具，如果错了，应该能够补偿。”

其中一个因素是内部测量设备的能力不断提高。博兰德观察到，他们的新一代激光器可以在冷却液雾甚至工具上残留油污的情况下进行测量。视觉系统在使用后仍需手动放置和移除，但“这种情况会改变。摄像头系统比激光器需要更好的通风，但还是有解决办法的。机器人可以在磨削后立即吹出机床内环境的碎屑。或者你可以使用机器人将摄像头从外部位置带入机床内。

与此同时，可进行内部测量和自动补偿的功能列表将不断增长。目前，可测量“外径、刀具轮廓和槽深等。在不久的将来，我们将能够测量更多内容。例如螺纹铣刀或丝锥中的螺纹、K型槽或沟槽。只要能在系统内测量，就能进行补偿。”

博兰德认为，我们不会取消对ZOLLER Genius等独立测量机的需求，特别是在测量复杂特征时。但他预计，此类系统与刀具磨床之间的相互作用会有所改善。

他解释说，为特定几何特征建立标准化测量协议是关键。 “在这些测量协议创建之前，任何刀具磨床都无法补偿测量的偏差。目前，ANCA有一套标准测量方法，可用于测量简单的立铣刀和钻头。但是，随着我们向客户群推广AIMS，我们也在与客户合作，扩大可补偿的测量范围。例如，我们正在研究复杂的成型刀具和立铣刀。

亚微米级公差

公差越来越小已不是什么秘密。博兰表示，达到微米甚至亚微米级别的精度将是未来许多应用的关键。对这种精度的要求“将不断增长，因为这些切削工具具有诸多优势。无论是加工工件的表面光洁度、刀具寿命还是其他因素。消除切削工具中的所有微小误差，可以显著提升其性能。

这也是为什么市场更倾向于使用整体圆形刀具而非可转位刀具的原因。“客户既想要整体圆形刀具的刚性，又想要在推动刀具的同时获得出色的表面光洁度，”Boland说道。

保持高精度不仅需要前面提到的功能强大的自动化、在线测量和闭环补偿功能，还需要其他因素。Boland列举道：“简单但昂贵的东西，比如空调、冷却系统、购买的砂轮类型……不仅仅是工具和刀具磨床，还有周围的整个系统。

“消除振动将变得至关重要。您将无法再将抽雾器直接安装在顶盖下方。机床内的空调装置将变得非常重要。因为如果它振动，就会造成问题。”因此，中央冷却系统和中央抽雾器成为必备条件。

尽管Boland预测对更精确工具的需求将不断增长，但他同时也认为对低成本工具的需求将继续存在。此外，满足最严格公差的固有成本和难度将限制刚刚讨论过的改进措施的采用。

材料趋势

据Boland称，硬质合金仍然是主要的切削工具材料，但PCD的使用增长更快。因此，PCD可能在10年左右的时间内达到30%的市场份额。陶瓷也引起了越来越多的关注，但仍然只占一小部分。

同样，对除磨削以外的材料去除技术的需求也会增长。Boland表示，线切割和旋转电火花加工目前是PCD的主要加工方法，但激光烧蚀技术也值得关注。“这绝对是一项新兴技术。使用早期机器的客户不仅将其用于PCD加工，还用于硬质合金加工。特别是，微型刀具现在被视为激光烧蚀的潜在应用，刀具制造商正在取得令人瞩目的成果。

“就PCD而言，激光烧蚀技术无疑比腐蚀技术更具优势。它不需要冷却剂或易耗铜电极。”因此，虽然激光烧蚀技术的机床价格可能比竞争技术高出40-50%，但随着时间的推移，由于易耗品成本较低，激光烧蚀技术可能会节省成本。激光烧蚀技术还能够加工腐蚀技术无法实现的形状，包括表面特征。相反，它不适合加工大直径刀具。因此，博兰德仍不确定激光烧蚀技术能否在短期内成为主流解决方案。

同样，增材加工在工业领域也难以取代少数材料去除应用。而且，它对切削工具生产的适用性似乎有限。“我认为它十年内都无法达到足够高的效率。但它在生产特殊工具方面可能会有用武之地，比如那些无法通过其他方法实现的内部冷却通道之类的东西。它也可能在制造大型、昂贵的切削工具方面发挥作用。但即使它真的起飞了，我也不认为它足够精确，可以消除精磨的需求。”

其他市场考虑

考虑到博兰设想的生产效率，你可能认为重新研磨会消亡。但不仅前面讨论的自动化解决方案也适用于重新研磨，博兰还推测可持续性方面的担忧将继续使其成为一项可行的业务。

与此同时，前瞻性刀具生产商所实现的更高效率将促使市场对更快的周转时间产生期待，即使对于小批量特殊刀具也是如此。正如博兰所说，“能够轻松生产出针对特定工作的优化特殊刀具，这对我们的客户来说非常重要。”
毫无疑问，电动汽车的发展正在减少汽车行业对切削工具的需求，降幅高达50%。这一趋势在全球范围内有所不同，美国在电动汽车的采用方面落后于其他国家。Boland表示：“电动汽车领域之外的应用也在不断增长，这可能会起到一定的补偿作用。”不过，电动汽车带来的总体影响无疑是巨大的。

“还有一个问题，那就是这项技术将何去何从。但这几乎是一个哲学问题，而不是一个事实问题。氢能会取代传统能源吗？超清洁燃料会卷土重来，让内燃机重获新生吗？谁知道呢？”

服务与支持的变革

Boland预测，人工智能将成为“未来提高生产力的巨大机制”，部分原因是它有助于提前准确预警部件故障。它甚至可以自动订购更换零件。因此，预防性维护变得有针对性且高效，同时确保几乎无缝的正常运行时间。
相反，博兰德指出，多机器自动化使得任何停机时间都难以忍受。“客户可以忍受一天或两天没有一台机器。但如果一个全自动化的系统在几个小时内无法启动，那将是一个大问题。因此，能够全天候快速响应将非常重要。将有不同的技术来实现这一点。” 这包括远程和预测性诊断，“以减少现场服务人员的必要性。”

无论未来如何，它肯定会很有趣。如果博兰有任何地方错了，你总是可以指望你的狗。

 

8 十月 2024