切削刀具是金屬切削工藝流程的基本組成部分耀盗。在合理選擇并正確應(yīng)用的情況下想虎，刀具能夠最大限度地提高生產(chǎn)率；但在另一方面，也可能會(huì)造成生產(chǎn)瓶頸桶悍。這很大程度上取決于如何根據(jù)整體制造工藝流程來管理刀具的使用乐跺。

刀具損耗分析

從本質(zhì)上說，切削刀具是一種耗材捣卵；它們會(huì)不斷磨損弓并，直到不再能有效地工作笤簸。傳統(tǒng)的金屬切削刀具管理方法僅采用磨損分析借陕，并且關(guān)注的重點(diǎn)是控制刀具材料、槽型和應(yīng)用參數(shù)沛愕，從而在選定的加工操作中實(shí)現(xiàn)更高的零件產(chǎn)量和更長的刀具壽命册安。然而，要最大程度地提高工廠整個(gè)制造工藝流程的效率姑享，除了刀具磨損外烫奏，還需要考慮其他眾多因素。關(guān)鍵是要根據(jù)整體或“綜合”的制造工藝流程來全面檢查切削刀具的磨損罪褒，或者更廣泛地說耙肖，刀具損耗。

綜合刀具損耗分析 (GTDA) 不再局限于刀具磨損的基本測量婿着，它還考慮了其他與刀具相關(guān)的問題授瘦，例如花費(fèi)在刀具裝夾上的時(shí)間、磨損以外的問題竟宋、生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)性提完、車間組織、員工態(tài)度和責(zé)任感丘侠、價(jià)值流管理和總制造成本徒欣。GTDA 基于對大量隨機(jī)選擇的車間切削刀具進(jìn)行定期評(píng)估，構(gòu)勒出一個(gè)綜合全面的圖形來反映刀具對工廠整體制造業(yè)務(wù)的貢獻(xiàn)蜗字。

綜合制造工藝流程

對刀具磨損的研究通常僅限于特定加工操作中使用的單個(gè)刀具打肝。但是，為了使收益最大化挪捕，需要根據(jù)工廠制造加工流程中的所有加工全面考慮刀具磨損或損耗闯睹。制造工藝流程（圖 2）始于原材料采購和規(guī)劃，其中涉及整合人力資源担神、技術(shù)資源和資本投資楼吃。隨后會(huì)開展一些增值和價(jià)值支持活動(dòng)，但這些活動(dòng)可能會(huì)受到廢物產(chǎn)生事件的限制而造成資金入驮、時(shí)間和人力資源的損失路统，進(jìn)而會(huì)降低零件質(zhì)量和產(chǎn)量。輸出按照以下方面進(jìn)行測量：零件質(zhì)量、所需的零件數(shù)量以及所需的生產(chǎn)時(shí)間和成本乞审。

制造工藝流程

制造工藝流程的演變

分析和預(yù)測刀具壽命的方法取決于刀具的使用方式绎噩。幾個(gè)世紀(jì)以來，制造業(yè)從個(gè)別產(chǎn)品的工藝級(jí)生產(chǎn)發(fā)展到標(biāo)準(zhǔn)化零件的批量生產(chǎn)鸠丸。隨后缨诱，制造方法的改善帶來了第二代批量生產(chǎn)，人們能夠?qū)︻愃屏慵M(jìn)行更大規(guī)模的生產(chǎn) – 大批量赡脚、低產(chǎn)品混合 (HVLM) 方案纳倒。近年來，隨著數(shù)字技術(shù)開始廣泛應(yīng)用于編程幸持、機(jī)床控制和工件處理系統(tǒng)苟暗，第三代批量生產(chǎn)應(yīng)運(yùn)而生，它實(shí)現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)高效的高產(chǎn)品混合川砌、小批量 (HMLV) 生產(chǎn)韭寸。

制造工藝流程的演變

盡管關(guān)鍵的性能問題（即實(shí)現(xiàn)成本和時(shí)間效率、最低程度的質(zhì)量以及一定程度的產(chǎn)量）沒有改變荆隘，但第二代和第三代批量生產(chǎn)技術(shù)采用了不同的刀具壽命分析方法恩伺。在第二代 HVLM 方案中，人們在可能持續(xù)數(shù)天椰拒、數(shù)月或數(shù)年的生產(chǎn)運(yùn)行中使用相同的工件材料晶渠、相同的設(shè)備和同一種切削刀具來加工相同的零件。在這種情況下耸三，刀具壽命的管理相對簡單乱陡。車間人員使用原型和試運(yùn)行來確定最佳的平均刀具壽命，然后將所需的零件數(shù)量除以各個(gè)刀具的預(yù)期壽命仪壮。

一致的刀具壽命預(yù)期數(shù)據(jù)使車間能夠有效制定刀具更換計(jì)劃憨颠，從而最大限度地提高刀具利用率并支持連續(xù)生產(chǎn)。然而积锅，隨著時(shí)間的推移爽彤，制造商逐漸發(fā)現(xiàn)了 HVLM 生產(chǎn)方法的劣勢。為了平衡零件庫存和需求并適應(yīng)持續(xù)不斷的工程變化缚陷，制造商在長期不變的生產(chǎn)運(yùn)行中加工的零件越來越少适篙。

與此同時(shí)，第三代 HMLV 批量生產(chǎn)策略越來越受制造商青睞拱矫∑郑快速可調(diào)的 HMLV 工藝流程非常適合當(dāng)前的庫存和工程目標(biāo)，但規(guī)劃過程復(fù)雜得多牌聋。在完成數(shù)量為十個(gè)零件的加工批次后曼散，接下來可能需要完成數(shù)量為兩個(gè)、五個(gè)甚至一個(gè)零件的加工批次。工件材料可能從鋼變?yōu)殇X污兄，再變?yōu)殁佊ヅ荩⑶伊慵膸缀涡螤钜部赡軓暮唵巫優(yōu)閺?fù)雜。因此午四，沒有足夠的試驗(yàn)時(shí)間來確定刀具壽命叛冠。

在這種情況下，車間通常會(huì)對刀具的預(yù)期使用壽命做出一個(gè)保守的猜測支礼，而且為了安全起見把奢，每一次運(yùn)行都要使用新刀具，并在刀具遠(yuǎn)未達(dá)到實(shí)際生產(chǎn)壽命之前就扔掉它蠢挡。通過采用更全面的刀具磨損分析和預(yù)測方法弧岳，可以幫助減少切削刀具能力的浪費(fèi)凳忙。

二元產(chǎn)出率的可能性

快速變化的 HMLV 制造方法增加了在加工操作中實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)出率的難度业踏。在長期運(yùn)行的 HVLM 生產(chǎn)環(huán)境中，試驗(yàn)和調(diào)整可以實(shí)現(xiàn) 90% 以上的高產(chǎn)出率涧卵。另一方面勤家，HMLV 生產(chǎn)環(huán)境中的產(chǎn)出率可能是二元的。成功的單件運(yùn)行可以實(shí)現(xiàn) 100% 的產(chǎn)出率柳恐，而當(dāng)零件不合格或工件損壞時(shí)伐脖，產(chǎn)出率為零。

人們對質(zhì)量乐设、成本效率和時(shí)間效率的要求不變讼庇，但首次產(chǎn)出率成為首要要求。在這種情況下近尚，避免刀具破損可能是最重要的考慮因素蠕啄。一項(xiàng)好處是刀具磨損在短期運(yùn)行場合中影響極小，因此車間可以在合理的范圍內(nèi)應(yīng)用更強(qiáng)大戈锻、更高產(chǎn)的切削參數(shù)艺踪。

工藝和人員貢獻(xiàn)

長期不變的 HVLM 生產(chǎn)運(yùn)行一般會(huì)顯著消弱人員對制造工藝流程的貢獻(xiàn)。在啟動(dòng)長期運(yùn)行后彬膘，操作基本上會(huì)自動(dòng)進(jìn)行滚讼。即使在需要操作人員參與零件轉(zhuǎn)換的場合，這些情況的重復(fù)性質(zhì)也會(huì)使操作員和編程人員的影響顯得微不足道绝皇。這種制造方案不需要（甚至可能制止）靈活性绊域。

相反，快速變化的 HMLV 方案再次強(qiáng)調(diào)了人在制造工藝流程中的作用呐猴，指出傳統(tǒng)工藝形式需要結(jié)合人的創(chuàng)造性和靈活性湘都，從而高效地適應(yīng)不斷變化的零件和切削工況 - HMLV 加工的特征。

關(guān)注結(jié)果之前的工藝流程

許多制造工藝流程分析工作僅專注于審查與刀具壽命和零件產(chǎn)量有關(guān)的最終結(jié)果，而不全面檢查工藝流程本身铝儒。這可能會(huì)遺漏一些與切削刀具有關(guān)但不直接影響刀具壽命的問題醒腹，并造成生產(chǎn)瓶頸。例如抬邑，毛刺通常與刀具壽命無關(guān)漆暑，但會(huì)中斷制造工藝流程，因?yàn)楸仨氶_發(fā)并實(shí)施額外的加工操作來去除毛刺个扰。

然而瓷炮，毛刺的形成與刀具槽型和應(yīng)用參數(shù)有關(guān)，因此必須在刀具損耗分析中加以考慮递宅。另一個(gè)通常與刀具磨損無關(guān)的問題是刀具破損娘香，這涉及刀具材料、槽型办龄、應(yīng)用參數(shù)以及機(jī)床因素烘绽。

卓越運(yùn)營的要素

制造效率的基本內(nèi)容是消除浪費(fèi)、靈活性缺乏問題和易變性俐填。綜合刀具損耗分析考慮五種卓越運(yùn)營要素安接。

首先，必須全面了解整個(gè)加工流程和加工操作與工件材料的關(guān)系英融。第二盏檐，必須注意通過精益制造策略和其他舉措來減少浪費(fèi)。第三驶悟，需要運(yùn)用生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)學(xué)的概念來保證盈利能力胡野。第四，應(yīng)根據(jù)制造數(shù)量和零件種類來考慮產(chǎn)出率目標(biāo)找塌；必須將最大限度地提高靈活性作為最小化生產(chǎn)瓶頸的方法厅员，但必須控制易變性，以確保一致的零件公差相誓。最后闷墅，必須強(qiáng)調(diào)制造人員的價(jià)值，從而充分利用這一獨(dú)特的贡按、不可替代的資源熙屁。

不僅僅考慮刀具磨損

綜合刀具分析在刀片切削刃初始測量的基礎(chǔ)上，補(bǔ)充了刀具在總貨物銷售成本 (COGS) 中所占比例的分析惫吝、一分鐘換模 (SMED) 分析匹憎、價(jià)值流管理 (VSM) 結(jié)果和整體設(shè)備效率 (OEE) 百分比。

與刀具相關(guān)的最基本的經(jīng)濟(jì)考慮因素?zé)o疑是刀具成本每镀。圖 4 顯示了加工流程中各個(gè)要素的成本业满，并將它們合計(jì)為 COGS肢俄。這些數(shù)據(jù)使車間能夠比較各種生產(chǎn)成本要素，從而找出可降低成本并提高業(yè)務(wù)盈利能力的方法李臀。

刀具成本

另一個(gè)與刀具相關(guān)的經(jīng)濟(jì)要素是刀具花費(fèi)時(shí)間 – 在實(shí)際加工操作之外用于操縱刀具的時(shí)間憎兽。刀具轉(zhuǎn)換和裝夾時(shí)間通過 SMED 分析技術(shù)進(jìn)行分析，該技術(shù)還顯示了刀具磨損和更換成本之外的費(fèi)用吵冒。其中的部分費(fèi)用用于采購和組織刀具纯命、安裝刀具和將程序加載到機(jī)床中。

OEE 決定有多少可用的制造時(shí)間得到高效利用痹栖。OEE 分析可以指出損失亿汞、設(shè)定改進(jìn)基準(zhǔn)并通過消除浪費(fèi)提高生產(chǎn)率。OEE 分析首先確定用于生產(chǎn)的總時(shí)間揪阿，然后減去計(jì)劃停機(jī)時(shí)間疗我、計(jì)劃外停機(jī)時(shí)間、轉(zhuǎn)換時(shí)間南捂、輕微停止和損失速度時(shí)間以及廢品和返工時(shí)間吴裤，從而得出有效加工時(shí)間（以占總可用時(shí)間的百分比表示）。100% OEE 是一個(gè)理想但幾乎無法實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)黑毅，它表示以盡可能快的速度生產(chǎn)出規(guī)定質(zhì)量的零件嚼摩，且沒有浪費(fèi)時(shí)間钦讳。

VSM 分析旨在說明在制造工藝流程的所有要素之間均衡進(jìn)行性能改進(jìn)的必要性矿瘦。圖 5 顯示了在改進(jìn)系統(tǒng)中某個(gè)要素的性能而不改進(jìn)其他要素時(shí)所取得的效果。就像眾人劃船一樣栖挣，只有一位劃船者表現(xiàn)優(yōu)異反而會(huì)傷害到船的整體性能学蛤。

在改進(jìn)工藝的各個(gè)部分時(shí)，必須同時(shí)考慮它們與以下各項(xiàng)的關(guān)系：生產(chǎn)數(shù)量和種類夫次、工件材料特性夭菲、零件幾何形狀、機(jī)床和夾具要求以及其他因素搔冈，從而實(shí)現(xiàn)并保持整體平衡的生產(chǎn)操作摇轨。

綜合刀具損耗分析

基本上，綜合刀具損耗分析 (GTDA) 是一個(gè)相對簡單的流程肩菲。它從整個(gè)車間中隨機(jī)選取大量刀具并逐個(gè)檢查它們的切削刃翠坟，以確定哪些切削刃發(fā)生了磨損。磨損按其類型和數(shù)量進(jìn)行分類犹佣。傳統(tǒng)的刀具磨損分析專注于一項(xiàng)加工操作中的一種刀具醒狭；而 GTDA 從整個(gè)車間中收集有關(guān)刀具磨損與其他刀具相關(guān)問題的信息，然后應(yīng)用 COGS皱辞、SMED君板、VSM歪架、OEE 和其他分析工具來編譯額外的數(shù)據(jù)，從而指導(dǎo)有關(guān)改進(jìn)方案的規(guī)劃和實(shí)施霹陡。

要獲得成功和蚪，車間必須制定相關(guān)紀(jì)律才能開始實(shí)施 GTDA 方案，并且同樣重要的是烹棉，還必須繼續(xù)定期進(jìn)行刀具檢查和數(shù)據(jù)分析惠呼。另一種紀(jì)律 - 誠實(shí)也是必需的。車間必須誠實(shí)峦耘、客觀地接受分析結(jié)果剔蹋，并愿意根據(jù)所發(fā)現(xiàn)的情況采取行動(dòng)，而不是牽制于車間傳統(tǒng)和政治或有關(guān)刀具應(yīng)用參數(shù)的反對意見辅髓。

結(jié)論

刀具磨損是不可避免的泣崩，有效管理磨損是成功進(jìn)行加工操作的關(guān)鍵。然而洛口，刀具磨損僅僅是切削刀具對工廠整體制造工藝流程的效率產(chǎn)生影響的一個(gè)示例矫付。GTDA 不再局限于單一刀具磨損分析，它包括了車間中的所有刀具以及切削工藝之外的一系列與刀具相關(guān)的重要影響第焰。

備注

GTDA：原因和工作原理

在大批量生產(chǎn)個(gè)別零件的高峰期洞歼，刀具磨損只是進(jìn)行簡單的測量、操縱和平衡产贤，從而最大限度地延長刀具壽命和提高零件產(chǎn)量宣验。隨著制造策略逐漸發(fā)展成為隨時(shí)生產(chǎn)接近定制的零件，刀具磨損本身已成為整個(gè)制造工藝中不那么重要的組成部分鹦房。

山高咨詢服務(wù)持續(xù)分析制造工藝的不斷演變娇晦，并開發(fā)了自身的 NEXT STEP生產(chǎn)模型，以應(yīng)對不斷變化的制造業(yè)（圖 6）悲社。NEXT STEP 模型基于四個(gè)關(guān)鍵的加工標(biāo)準(zhǔn)镀匈，即成本效率、時(shí)間效率反没、質(zhì)量和產(chǎn)量砰洗。NEXT STEP 模型可使制造商通過分析廢物生產(chǎn)、加工工藝技術(shù)缺员、刀具和工件材料科學(xué)穿桃、生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)性和產(chǎn)量，以及員工和領(lǐng)導(dǎo)層在加工操作中的關(guān)鍵作用笔喉，來設(shè)定并滿足自身的加工標(biāo)準(zhǔn)取视。

NEXT STEP 生產(chǎn)模型

綜合刀具損耗分析（下圖）是整個(gè)制造工藝流程評(píng)估和改進(jìn)的關(guān)鍵組成部分。通過全面檢查隨機(jī)選擇的常挚、涵蓋工廠所有加工領(lǐng)域的刀具作谭，然后應(yīng)用各種生產(chǎn)測量稽物，制造商可以全面了解刀具在整個(gè)加工流程中發(fā)揮的作用。GTDA 能夠幫助車間了解需要改善哪些刀具性能才能提高生產(chǎn)率折欠，以及與刀具相關(guān)的問題可能在制造的哪個(gè)環(huán)節(jié)造成浪費(fèi)時(shí)間和金錢的瓶頸贝或。

綜合刀具損耗分析

針對 GTDA 的特定主題，山高咨詢服務(wù)編寫了一本名為“刀具失效實(shí)際應(yīng)用模型”的書籍（圖 8）锐秦。這本書將刀具損耗作為可加工性模型的平衡點(diǎn)咪奖，指出加工工藝流程中的大多數(shù)問題均可歸類為與刀具損耗相關(guān)的事件。它討論了金屬切削不同的應(yīng)用酱床，深入介紹了引起刀具損耗的現(xiàn)象羊赵，同時(shí)還概述了有關(guān)如何識(shí)別、處理和控制刀具損耗過程的“最佳實(shí)踐”扇谣。

（山高刀具）

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