基于二维码追溯的刀具寿命信息化管控模式开发及应用

基于二维码追溯的刀具寿命信息化管控模式开发及应用

雷琳 杜钢 赵伟 王宇光

中航西安飞机工业集团股份有限公司 陕西省西安市 710089

【摘 要】随着切削技术的不断发展，切削刀具作为数控铣切过程中核心参与要素之一，直接决定了产品的加工精度和表面质量，其寿命失效模式也成为影响大件制造质量的关键因素之一。本文主要对基于二维码追溯的刀具寿命信息化技术进行研究，通过设计独特的刀具寿命跟踪方法，实现刀具使用寿命全流程管控，减少由于刀具过渡使用所带来的产品质量风险及刀具欠使用所带来的刀具成本的浪费。

0 引言

当前刀具寿命管理模式较为落后，呈现离散化、经验化的特点，体现在以下几个方面。刀具选型方面，技术人员之间“以老传新”的刀具选型应用模式较为普遍，技术人员和操作人员个人经验占据主要评估标准，刀具选用水平参差不齐，制造稳定性存在差异。刀具寿命方面，对于大件加工刀具寿命管控按照技术人员给出额定寿命，操作人员线下纸质记录，互检人员监督检查的模式，存在数据连续性差、手工记录误差大等缺点，距离刀具寿命数据化管理存在较大差距。刀具配送方面，现场配送根据生产计划实施提前配送，刀具及刀片消耗根据配刀表所提需求，存在过寿换刀不及时、后夜保障性差的缺点。刀具成本方面，专用刀具预算申报根据公司主进度计划增减进行相应调整，通用刀具预算根据产量增幅按型号分摊，距离精细化成本管控存在提升空间。通过开展刀具寿命管控信息化技术研究，解决刀具选型经验化、寿命管理离散化、刀具配送匹配差、成本管控粗放化的问题，达到提升大件制造质量、降低制造成本、推进制造信息化的目的。

建立刀具寿命信息化管控系统，制定编码—打码—装刀—录入—使用—统计的工作流程，实现刀具寿命信息化管控，加工刀具直接使用寿命提升15%；实现基于刀具月消耗量的定置精准配送，换刀停机率减少至2%以下；形成基于刀具寿命统计分析的刀具选型目录及加工参数库；根据生产计划完成刀具月消耗量的准确统计，指导刀具费用预算申请。建立一套以技术提升、效率提高、质量管控、成本压降为目标的系统性刀具管理办法。

1 工作思路

分析当前刀具寿命管控的短板和差距，采用基于DPM码为载体的二维码标记技术，开发一套集信息扫描、信息录入、信息统计、信息分析为主要功能的工作软件，通过二维码扫描、寿命值预警的方式实施刀具寿命管理，以月消耗刀具信息数据为基础，开展基于信息数据的刀具选型优化、刀具配送定置、刀具成本改善工作，实现刀具管控由离散化向系统化、由模块化向精细化、由经验化向数据化转变。

1) 制定刀具寿命判定标准

对刀具切削过程进行分析，根据大件产品尺寸精度和表面质量验收指标，制定以刀具后刀面磨损量（VB）作为刀具寿命判定标准，当VB≥0.2时，判定为刀具磨损，不再具备大件产品加工能力；当VB＜0.2时，判定刀具可继续使用。

2) 建立寿命监控技术方法

DPM码具有编码容量大、信息安全性高、刻码稳定不易丢失等明显优点。针对整体硬质合金铣刀、机夹刀片、刀柄组成的切削系统，策划在刀具后端面、刀片端面、刀柄柄部键槽蚀刻二维码，每个刀片、每把刀具、每个刀柄均使用唯一识别码。在前端刀具安装时将刀具码与刀柄码在系统关联绑定，实现刀具寿命的前端监控。刀具配送至生产现场时操作人员扫码上机加工零件，系统自动开始刀具寿命计时至程序完成下机，寿命计时终止。刀具使用寿命临近设定值时显示黄色警示灯，到达设定值时显示红色警示灯，并发出蜂鸣报警，提醒操作人员及管理人员及时换刀。

3) 制定刀具寿命管理流程

图1 刀具寿命管理流程

2 实施路径

1.编码标准

按照标准化、追溯性、对照性三个原则，分别制定刀具编码和刀柄编码规则。

刀具编码:刀具物料编码_刀具信息（直径+底角+总长）_流水号。

刀柄编码：刀柄物料编码_刀柄信息（刀柄类型+刀具直径+刀柄长度）_流水号，刀柄类型包含热缩(RS）、液压(YY)、强力(QL)、弹簧(ER)、BT等。

2.刀具赋码

应用现有激光制标机对整体合金刀具、机夹刀片、刀柄分别进行二维码标记，综合考虑大直径刀具和小规格刀具以及特殊刀片的有效信息承载面积，二维码大小按照2mm×2mm见方设计，整体合金刀具在后端面制作二维码，可转位铣刀刀片在端面制作二维码，刀柄在柄部键槽位置制作二维码。

3.软件开发

按照管理流程完成工作软件开发，实现绑定端（对应装刀）、采集端（对应用刀）、解绑端（对应卸刀）及后台数据采集分析模块的定置。

1）绑定端：配刀间操作人员对刀具、刀柄扫码，在系统中建立绑定关联关系，刀具后端面装刀遮盖后寿命由刀柄二维码间接追踪。

2）采集端：在数控加工前，现场操作人员对刀柄二维码进行扫描（上机），系统自动记录开始时间，数控程序加工结束后，操作人员再次对二维码进行扫描（下机），系统自动记录结束时间，刀具有效工作时间完成。系统每次在刀具二维码扫描后自动与设定寿命值进行对比，按正常值、预警值（2小时裕度）、终止值实施报警。

3）解绑端：刀具达到设定寿命，刀具回收后配刀间实施刀具、刀柄分离，解除二维码绑定。该唯一标识码刀具在系统中寿命已形成历史记录，后续在绑定端再次误装后，系统会主动识别并报警，可规避问题刀具再次流入生产现场。

4.选型分析

通过应用该系统，按照同规格不同厂家的刀具现场应用情况，可筛选最优刀具供应商；通过监控不同加工参数下刀具的使用寿命差异，以数据累计获得该设备最优的切削参数，刀具选型不再依赖于技术人员水平和操作人员经验。两者结合不断迭代可实现加工质量和加工效率的双提升。

5.精准配送

刀具配送管理人员根据设备月份计划安排及刀具月消耗量平均数据开展刀具配送精细化管理，对于对于单个规格用量大的刀具可根据数据迭代进行精准预估，使用自动货柜等方式开展前置配送和自主领用，大大降低配刀环节峰值工作量，实现刀具保障供应的稳定化，同时缓解了数控加工后夜刀具领用不便的情况。

6.成本管理

通过该系统的应用，典型产品的刀具平均月消耗量可完全掌握。持续开展数据积累，刀具成本归集可由型号级分解至产品级，每一把刀具全寿命周期的位置及状态均能纳入信息化管控，对于刀具预算的精细化管理、刀具库存安全裕度的压降、刀具改磨的追踪利用等一系列刀具成本的管控可提供数据支持。

参考文献

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