采用數(shù)控機(jī)床進(jìn)行金屬切削加工，不僅是航空航天制造業(yè)的主要金屬切削方式，也在整個工業(yè)生產(chǎn)中占據(jù)主流。在數(shù)控切削方式的變革中，生產(chǎn)質(zhì)量管理也發(fā)生了很大的變革。傳統(tǒng)手工機(jī)床加工零件，單獨(dú)工序的加工質(zhì)量多依賴工人的技能，而在數(shù)控加工中，工藝人員不僅需要負(fù)責(zé)工藝制定，還要進(jìn)行數(shù)控加工程序編制、數(shù)控刀具選擇與工藝參數(shù)制定。因此數(shù)控加工效率與加工質(zhì)量受到數(shù)控刀具的影響顯著。
航空航天制造業(yè)的加工方式以小批量、多品種混線加工為主，相對于大批量生產(chǎn)的汽車制造行業(yè)，在零件切削加工生產(chǎn)中，由于零件材料的難加工和零件結(jié)構(gòu)的難加工特性，不僅對高性能數(shù)控刀具有迫切的需求，而且合適的刀具管理技術(shù)對數(shù)控生產(chǎn)質(zhì)量的提升具有重要的意義和應(yīng)用價值。
狹義上的刀具管理技術(shù)只涉及刀具的物流管理。在汽車發(fā)動機(jī)等批量化生產(chǎn)中應(yīng)用的刀具管理技術(shù)不僅包含刀具的物流管理，還包含刀具定義、切削參數(shù)、切削數(shù)據(jù)、刀具調(diào)整與刀具修磨、CAM接口、刀具用量預(yù)測等。通過刀具管理技術(shù)的應(yīng)用，可以把量產(chǎn)中的刀具獨(dú)立出來，由專業(yè)化的刀具管理服務(wù)團(tuán)隊進(jìn)行管理，在生產(chǎn)現(xiàn)場實(shí)現(xiàn)刀具配送，降低生產(chǎn)成本。針對航空航天制造業(yè)的特殊生產(chǎn)方式，這種刀具管理技術(shù)存在諸多問題?，F(xiàn)在的航空航天企業(yè)都建有較為完善的CAPP、ERP和PDM等信息管理系統(tǒng)，刀具相關(guān)的物流管理功能已經(jīng)具備。但是刀具具有其特殊性，在工藝制定實(shí)施中，不僅需要知道刀具的形狀、尺寸，還要知道刀具適合加工的材料和切削參數(shù)的選擇。
切削加工是包含機(jī)床、刀具、零件、夾具、工藝的多變量復(fù)雜時變系統(tǒng)，切削參數(shù)對應(yīng)的切削狀態(tài)，以及獲取的加工效果受到切削系統(tǒng)各個環(huán)節(jié)、眾多參數(shù)的影響，難以建立標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一的切削工藝系統(tǒng)模型來描述和優(yōu)化工藝參數(shù)。作為刀具的主要提供方，刀具廠商往往采用折衷方案，針對所提供的刀具和被加工對象，為工藝人員推薦可用的切削參數(shù)或近似加工案例，不提供刀具壽命和加工效果預(yù)測，多依賴實(shí)際加工結(jié)果進(jìn)行粗略評價。
切削數(shù)據(jù)庫主要是為工藝人員制定具體工藝方案時，提供機(jī)床、刀具選擇方案和優(yōu)化可行的加工參數(shù)。由于微細(xì)銑削工藝系統(tǒng)涉及到機(jī)床、刀具、工件、工裝夾具、潤滑冷卻等加工的各個環(huán)節(jié)，同時由于加工過程的動態(tài)時變特性，最優(yōu)工藝參數(shù)往往不易確定。這也是現(xiàn)有金屬切削數(shù)據(jù)庫難以實(shí)用化的主要因素。
針對航空航天制造業(yè)的特殊性，高性能數(shù)控刀具的管理技術(shù)應(yīng)包含刀具性能評價、刀具現(xiàn)場應(yīng)用、刀具物流。
刀具性能評價方法
隨著航空結(jié)構(gòu)件復(fù)雜程度的不斷提升，涵蓋的難加工特征結(jié)構(gòu)越來越多，以往通過基礎(chǔ)切削試驗來選取的刀具在針對不同結(jié)構(gòu)特征時往往表現(xiàn)出顯著的性能差異。也就是說，同一種刀具在切削加工不同的結(jié)構(gòu)特征時，往往會體現(xiàn)出較大差異的切削性能。
為了合理評價航空鈦合金結(jié)構(gòu)件銑削刀具的性能，和尋求適合航空鈦合金結(jié)構(gòu)件的銑削刀具，有必要在了解和熟悉航空鈦合金復(fù)雜結(jié)構(gòu)件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上對其切削刀具性能進(jìn)行評判。
為進(jìn)行鈦合金銑削刀具的優(yōu)選和切削參數(shù)優(yōu)化，設(shè)計了多種結(jié)構(gòu)的鈦合金測試件。圖1是參考機(jī)床性能測試S形件設(shè)計的一種基準(zhǔn)樣件，通過定義統(tǒng)一的切削軌跡，不僅可以對比刀具的切削性能，還能進(jìn)行機(jī)床性能的測試，為切削參數(shù)的個性化評價提供了一種參考方法。