刀具壽命是什麼？
刀具在切削加工中扮演著最直接的執行角色，過程中它會受到來自四面八方的切削力、高溫、摩擦、高速旋轉與潮溼等作用，在這樣惡劣的環境中不停地運作，將無法避免磨損與破損的風險，隨著切削時間拉長，刀具的磨損量隨之增加，切削力、溫度與表面粗糙度也會跟著上升，而從刀具開始使用，直到無法進行切削所經過的時間就稱為「刀具壽命」，且通常會以刀具磨損量的某個門檻值或某一現象的出現作為判斷依據。
刀具壽命也可以監測？如何有效進行刀具壽命管理？
從過去到現在「刀具壽命」在製造業一直是現場加工人員煩惱的問題之一，通常會依照廠商給的建議數值或過去的經驗來判斷壽命，這樣的方式很常會因為害怕斷刀，而有提早換刀的情況發生，甚至刀具的效益都未發揮到最高，就將刀具丟棄最終導致刀具與人力的成本遲遲無法降低。
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刀具壽命判斷方法
依照傳統的方法，多是以人工的方式去檢視切削狀態、工件品質與加工過程中的噪音，或需要停機進行磨損量的量測，而上述這些方法十分仰賴操作人員的經驗，並需要耗費大量的時間去進行監測；儘管是導入自動化利用固定切削時間或加工次數來強制換刀，但有時提早換刀將無法充分利用刀具的壽命，而太晚換刀則可能會影響加工品質，最終都會讓成本增加。
刀具壽命最會被刀具磨損的程度影響，而造成磨耗的原因有很多，可分為內部與外部，內部包含刀具材質、鍍層與尺寸等，外部則為夾持力、切削參數、工件材質、刀把磨損、機台設備狀況與切削液的選擇，上述都會因選擇或設定不當而影響刀具壽命的長短，從了解這些因素可以針對不同的條件進行調整，並能夠找到可以延長刀具壽命的方向。
那有辦法可以監測刀具壽命嗎？
答案是有的，現今有許多刀具監測的方法，透過不同的感測器與原理，並在不同的切削方式進行測量，常見的方式如下：
- 圖像處理法：利用感光耦合元件與光纖感測器監測磨耗面的反射光強度變化，來判斷目前的刀具的磨耗情況，但較難實現即時的監控。
- 切削力法：透過應變計與動力計觀測切削力的變化，靈敏度高且應用範圍廣。
- 主軸電功率法：此種方法是監測馬達功率與電流的變化，可用於車、銑與鑽等，雖然成本低且容易安裝，但靈敏度卻較低。
- 切削溫度法：觀測刀具與工件間的溫度，來監測刀具的磨耗狀況，可用於車銷，但靈敏度低也不能使用切削液，因此較難被廣泛應用。
- 振動法：利用加速規監測加工過程振動的加速度變化，可用於許多切削加工方式，但需要先解決環境中的振動與機器的自然振動，否則無法正確的監測。
如何有效進行刀具壽命管理？
上述這些方法是目前很常見的監測方法，但每種方法都有適用的環境，並不能完全概括各式各樣的情境，甚至會有一些限制需要先解決才能完整監測刀具壽命，而「智慧刀把」綜合監測刀具壽命方法能解決大部分的環境問題，即時監測刀具壽命，同時精準收集刀具受到的彎矩力、軸向力、扭力與溫度，又能監測加速度的變化，就算是在高速旋轉、高溫起潮濕的惡劣環境依然維持高精準的感測能力，得以蒐集完整的切削數據進行後分析，有效針對問題進行刀具壽命的分析。
當開始進行有效的刀具壽命管理後，除了能改善生產的穩定性外，還能透過大數據分析找出適合的刀具，並讓工具機發揮至極限，最終提高客戶對品質的滿意度，將智慧製造的優勢實現在產業之中。
主圖photo by Istock
參考資料 機械工業
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