CN107885164A - 刀库性能评估方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种刀库性能评估方法，包括：运行预定数控加工程序，所述预定数控加工程序包含一条或多条换刀指令，其中所述一条或多条换刀指令中的每条换刀指令指示刀库的单次换刀过程；获取在执行所述一条或多条换刀指令中的每条换刀指令时的机床数据；根据所获取的机床数据，确定所述一条或多条换刀指令中的每条换刀指令所指示的单次换刀过程的一项或多项性能特征；根据所述一条或多条换刀指令中的每条换刀指令所指示的单次换刀过程的一项或多项性能特征确定刀库的一项或多项总体性能；以及基于预定性能标准来评估刀库的一项或多项总体性能。

Description

刀库性能评估方法

技术领域

本发明总体上涉及数控加工技术领域，更具体地涉及一种刀库性能评估方法以及实现这种方法的相应装置，例如可以用于数控机床上的刀库健康保障。

背景技术

数控机床是数字控制机床的简称，是一种装有程序控制系统的自动化机床。目前，国产数控机床的可靠性相对于国外数控机床还处于较低水平，是国产数控机床市场竞争力不足的重要原因。数控机床整机的可靠性又受到其重要功能部件的可靠性水平的限制。刀库是数控机床的重要功能部件，用于储备加工所需刀具和自动更换刀具，其可靠性水平直接制约数控机床整机的可靠性水平。

目前，应用于数控机床刀库性能保障或综合性能检测的方法与技术很少、且局限很多。局限性一方面表现为现有技术与系统大多只能针对一种或几种刀库进行检测。例如，公告号为CN105563198A、发明名称为“一种集成式可移动圆盘式刀库及机械手综合性能检测装置”的专利文献主要通过移动式检测装置对刀库和机械手的电机电流、电压、温度、机械手振动等性能进行检测，但只能对圆盘式刀库进行综合性能检测，而无法适用于链式刀库等其它类型刀库。另一方面，目前的此类技术与系统均需安装传感器等检测元器件采集信号、需搭建实验平台进行检测分析。例如，公告号为CN102785126A、发明名称为“刀库及自动换刀装置综合性能检测系统”的专利文献采用了三轴加速度传感器、无线振动传感器、工业相机、PSD相机及声压传感器作为刀库综合性能的检测元器件，还需搭建含工控机的实验平台进行检测分析。

此外，现有刀库性能保障或综合性能检测系统还存在影响机床正常加工、检测周期长、使用成本高等缺点，难以推广应用。公告号为CN102023615A、发明名称为“一种基于指令序列的数控机床加工状态信息显示方法”的专利文献提出了一种基于指令序列的数控机床加工状态信息显示方法。该方法通过获取指令序列号、指令执行时间和加工状态信息，并通过映射来显示基于指令序列的加工状态信息曲线。该方法可以使信息数据获取全面而且实时性高，有利于用户对加工状况的分析和诊断，让用户对指令序列和加工状态信息的同时观测更简便和清晰。但是，该方法仅仅将机床加工状态数据用于可视化，并没有对数据做基于指令序列的深层挖掘与利用。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种数控机床刀库健康保障机制，通过采集并分析运行数控加工程序时的机床数据来获得换刀过程中的刀库相关数据，进而利用该数据来评估刀库的性能。

根据本发明的第一方面，提供了一种刀库性能评估方法。该刀库性能评估方法包括：运行预定数控加工程序，所述预定数控加工程序包含一条或多条换刀指令，其中所述一条或多条换刀指令中的每条换刀指令指示刀库的单次换刀过程；获取在执行所述一条或多条换刀指令中的每条换刀指令时的机床数据；根据所获取的机床数据，确定所述一条或多条换刀指令中的每条换刀指令所指示的单次换刀过程的一项或多项性能特征；根据所述一条或多条换刀指令中的每条换刀指令所指示的单次换刀过程的一项或多项性能特征确定刀库的一项或多项总体性能；以及基于预定性能标准来评估刀库的一项或多项总体性能。

在一个实施例中，基于预定性能标准来评估刀库的一项或多项总体性能包括：将刀库的一项或多项总体性能与预定性能标准进行比较；以及如果刀库的一项或多项总体性能中的至少一项总体性能不符合预定性能标准，则确定所述刀库出现异常。

在一个实施例中，该刀库性能评估方法还包括：呈现刀库的不符合预定性能标准的所述至少一项总体性能。

在一个实施例中，单次换刀过程的一项或多项性能特征包括：主轴重定向次数；换刀时间；刀库选刀时间；主轴定向时间；主轴电流均值；Z轴电流均值；主轴电流波动；和/或Z轴电流波动。

在一个实施例中，对于以下性能特征：主轴重定向次数；换刀时间；刀库选刀时间；主轴定向时间；主轴电流均值；和/或Z轴电流均值，根据所述一条或多条换刀指令中的每条换刀指令所指示的单次换刀过程的一项或多项性能特征确定刀库的一项或多项总体性能包括：确定所述一项或多项性能特征中的每项性能特征的每次换刀平均值作为刀库的对应总体性能。

在一个实施例中，对于以下性能特征：主轴电流波动和/或Z轴电流波动，根据所述一条或多条换刀指令中的每条换刀指令所指示的单次换刀过程的一项或多项性能特征确定刀库的一项或多项总体性能包括：确定单次换刀过程中的最大主轴电流波动和/或最大Z轴电流波动作为刀库的对应总体性能。

在一个实施例中，所获取的机床数据包括所述换刀指令在所述数控加工程序中的行号。

在一个实施例中，所获取的机床数据还包括以下至少一项：刀库状态指示信号，指示刀库是否处于一个或多个特定状态中；主轴电流；和/或Z轴电流。

在一个实施例中，所述刀库状态指示信号包含以下至少一项：刀库换刀点位信号，指示刀库是否处于换刀过程中；Z轴选刀点到达点位信号，指示刀库处于选刀过程中；主轴定向完成点位信号，指示主轴是否保持定向；以及刀盘位置检测点位信号，指示刀盘是否旋转到预定位置。

在一个实施例中，刀库性能评估方法还包括：存储所述评估的结果。

在一个实施例中，获取在执行所述一条或多条换刀指令中的每条换刀指令时的机床数据包括：采集运行预定数控加工程序时的机床总数据；以及从所采集的机床总数据中提取在执行所述一条或多条换刀指令中的每条换刀指令时的机床数据。

根据本发明的第二方面，提供了一种刀库性能评估装置。该刀库性能评估装置包括：通信接口；至少一个处理器；以及存储器，所述存储器存储所述至少一个处理器可执行的指令。至少一个处理器可执行的指令在被所述至少一个处理器执行时使得所述刀库性能评估装置：运行预定数控加工程序，所述预定数控加工程序包含一条或多条换刀指令，其中所述一条或多条换刀指令中的每条换刀指令指示刀库的单次换刀过程；获取在执行所述一条或多条换刀指令中的每条换刀指令时的机床数据；根据所获取的机床数据，确定所述一条或多条换刀指令中的每条换刀指令所指示的单次换刀过程的一项或多项性能特征；根据所述一条或多条换刀指令中的每条换刀指令所指示的单次换刀过程的一项或多项性能特征确定刀库的一项或多项总体性能；以及基于预定性能标准来评估刀库的一项或多项总体性能。

在一个实施例中，基于预定性能标准来评估刀库的一项或多项总体性能包括：将刀库的一项或多项总体性能与预定性能标准进行比较；以及如果刀库的一项或多项总体性能中的至少一项总体性能不符合预定性能标准，则确定所述刀库出现异常。

在一个实施例中，所述至少一个处理器可执行的指令在被所述至少一个处理器执行时还使得所述刀库性能评估装置：呈现刀库的不符合预定性能标准的所述至少一项总体性能。

在一个实施例中，单次换刀过程的一项或多项性能特征包括：主轴重定向次数；换刀时间；刀库选刀时间；主轴定向时间；主轴电流均值；Z轴电流均值；主轴电流波动；和/或Z轴电流波动。

在一个实施例中，对于以下性能特征：主轴重定向次数；换刀时间；刀库选刀时间；主轴定向时间；主轴电流均值；和/或Z轴电流均值，根据所述一条或多条换刀指令中的每条换刀指令所指示的单次换刀过程的一项或多项性能特征确定刀库的一项或多项总体性能包括：确定所述一项或多项性能特征中的每项性能特征的每次换刀平均值作为刀库的对应总体性能。

在一个实施例中，对于以下性能特征：主轴电流波动和/或Z轴电流波动，根据所述一条或多条换刀指令中的每条换刀指令所指示的单次换刀过程的一项或多项性能特征确定刀库的一项或多项总体性能包括：确定单次换刀过程中的最大主轴电流波动和/或最大Z轴电流波动作为刀库的对应总体性能。

在一个实施例中，所获取的机床数据包括所述换刀指令在所述数控加工程序中的行号。

在一个实施例中，所获取的机床数据还包括以下至少一项：刀库状态指示信号，指示刀库是否处于一个或多个特定状态中；主轴电流；和/或Z轴电流。

在一个实施例中，所述刀库状态指示信号包含以下至少一项：刀库换刀点位信号，指示刀库是否处于换刀过程中；Z轴选刀点到达点位信号，指示刀库处于选刀过程中；主轴定向完成点位信号，指示主轴是否保持定向；以及刀盘位置检测点位信号，指示刀盘是否旋转到预定位置。

在一个实施例中，所述至少一个处理器可执行的指令在被所述至少一个处理器执行时还使得所述刀库性能评估装置：存储所述评估的结果。

在一个实施例中，所述至少一个处理器可执行的指令在被所述至少一个处理器执行时还使得所述刀库性能评估装置：采集运行预定数控加工程序时的机床总数据；以及从所采集的机床总数据中提取在执行所述一条或多条换刀指令中的每条换刀指令时的机床数据。

根据本发明的第三方面，提供了一种计算机存储介质，存储有计算机可执行指令。存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令在被刀库性能评估装置的至少一个处理器执行时，使得所述刀库性能评估装置执行根据本发明的第一方面所述的方法。

根据本发明的上述技术方案，本发明对运行数控加工程序(例如G代码)时的机床数据进行分析以确定刀库性能，进而将刀库性能与预定性能标准进行比较来评估刀库的性能，从而实现对刀库全生命周期的性能评估和健康保障同时提高数控机床整机的可靠性水平。此外，本发明不局限于刀库类型，例如本发明可以应用于圆盘式刀库、链式刀库等类型的刀库。

附图说明

通过下面结合附图说明本发明的优选实施例，将使本发明的上述及其它目标、特征和优点更加清楚，其中：

图1是示出了本发明可应用的刀库系统100的一部分的示图，其中刀库系统100包括圆盘式刀库。

图2是示出了刀库110为链式刀库的示意图。

图3是示出了根据本发明实施例的数控加工系统300的应用场景的示意图。

图4是示出了根据本发明实施例的数控加工系统300的示例操作400的时序图。

图5示出了根据本发明实施例的数控加工程序的示例。

图6是根据本发明实施例的单次换刀指令所对应的数据的示意图。

图7是示出了根据本发明实施例的刀库性能评估方法700的示意性流程图。

图8示出了根据本发明实施例的步骤S720的示例实现。

图9示出了根据本发明实施例的步骤S750的示例实现。

图10是示出了根据本发明实施例的刀库性能评估装置1000的结构框图。

在本发明的所有附图中，相同或相似的结构均以相同或相似的附图标记标识。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”到另一元件时，它可以直接连接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”可以包括无线连接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的全部或任一单元和全部组合。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)，具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。

图1是示出了本发明可应用的刀库系统100的主体部分的示图，其中刀库系统100是数控机床的一部分，并且包括圆盘式刀库。

如图1所示，刀库系统100主要包括刀库110、机械手120、刀库电机130和机械手电机140。刀库110用于储存刀具，并将选定刀具传送到取刀口。图1中所示的圆盘式刀库可以在刀盘上提供n个储刀位置，每个储刀位置可以储存一把刀具，即，一共可以储存n把刀具。刀库电机130可以在数控加工程序的控制下带动整个刀库(刀盘)旋转。刀库110在数控加工程序的控制下选择刀具并加以定位，即，在数控加工程序的控制下，使得刀盘选择以将被选定的刀具转动至刀库110的取刀口，从而处于换刀位置。然后，机械手电机140可以在数控加工程序的控制下带动机械手120将被选定的刀具与处于数控机床主轴所在位置的刀具(未示出)进行交换，从而实现换刀。

应理解，图1仅仅以圆盘式刀库为例来示意性地描述刀库的换刀过程，本发明不局限于特定刀库类型和机械手，例如本发明也可以应用于诸如链式刀库之类的其他类型的刀库。图2是示出了刀库110为链式刀库的示意图。

本发明提出了利用在数控加工程序的指令域中获得的换刀过程中的刀库相关数据来评估刀库(例如，如图1和2所示的刀库)的性能，即，基于指令域分析来进行刀库性能评估。这里的“指令域分析”指的是，按照数控加工程序的行号将采集到的机床数据分解到加工指令上，与加工指令一一对应，然后对特定加工指令对应的数据进行分析。

图3是示出了根据本发明实施例的数控加工系统300的应用场景的示意图。如图3所示，数控加工系统300可以包括代码生成端310和加工控制端320。代码生成端310可以利用UG等软件生成用于加工特定零件的数控加工程序(也称为G代码)。加工控制端320可以运行代码生成端310所生成的数控加工程序，以控制刀具对特定零件进行加工。这个过程会涉及到刀库的换刀操作。代码生成端310和加工控制端320既可以通过通信网络330相连，也可以集成在一起。

代码生成端310可以是适用于编写并生成数控加工程序的任意设备，至少包括安装在其中的用户交互界面，用于接收用户对于待加工零件的加工要求，例如换刀次数、换刀模式、刀库旋转模式等。例如，代码生成端310可以是手持计算机、膝上型计算机、平板电脑等。加工控制端320可以是数控系统(CND)或其他具有代码执行能力和控制能力(例如控制刀具或者机床)的设备。通信网络330可以是有线的或无线的。具体地，通信网络330的示例可以包括(但不限于)：有线电缆或光纤型网络、或者移动或蜂窝网络或WLAN(“无线局域网”，可能是802.11(或WiFi)或者WiMAX型的)、或者还可能是蓝牙型的无线短距离通信网络。

代码生成端310可以包括安装在其中的代码编译客户端，例如UG(UnigraphicsNX)软件或者其他适当的加工软件。代码编译客户端可以根据默认或者用户自定义的加工要求自动生成用于控制刀具对零件进行加工的数控加工程序。用户也可以在代码编译客户端上编写数控加工程序。

下面将主要以图3为例来说明本发明的总的发明构思。图4是示出了根据本发明实施例的数控加工系统300的示例操作400的时序图。

如图4所示，在框410，代码生成端310(例如在代码生成端310的代码编译客户端上)接收用户对于数控加工程序的自定义配置，进而根据该自定义配置生成数控加工程序。该自定义配置可以包括用户对于换刀次数、换刀模式以及刀库旋转模式等的自定义。例如，换刀模式可以包括相邻刀位换刀、跳过一个刀位换刀、跳过多个刀位换刀等，刀库旋转模式包括正转换刀、反转换刀、正转与反转混合换刀等。

数控加工程序可以包含一条或多条换刀指令(又称为换刀T指令)，其中每条换刀指令指示刀库的单次换刀过程。由于本发明主要是为了对刀库性能进行评估，为了便于说明，数控加工程序可以主要由换刀T指令和G04暂停指令组成，当然也不限于包括任意其他指令。

例如，当用户将换刀次数、换刀模式以及刀库旋转模式分别配置为16次换刀、跳过一个刀位换刀、以及正转与反转混合换刀时，代码生成端310根据该配置生成如图5所示的数控加工程序。如图5所示，M06T01表示换刀指令，机床换为01号刀具；G04P500表示暂停指令，机床暂停500毫秒；其它以此类推。

在框420，代码生成端310将所生成的数控加工程序传送到加工控制端320。

在框430，加工控制端320加载并运行数控加工程序。为了尽量准确得评估刀库性能，可以循环执行该数控加工程序。

在框440，加工控制端320获取执行每条换刀指令时的机床数据。加工控制端320可以先采集运行该数控加工程序时的机床总数据。这些数据例如可以以二进制文件的形式存在数控系统的CF卡中。然后，加工控制端320可以从机床总数据中提取执行每条换刀指令时的机床数据。例如，可以在数控加工程序运行完后，通过提取出数控加工程序中每条换刀指令所在行的行号，然后按照指令域分析的方法，分别提取出数控系统执行每一条换刀指令期间所采集到的机床数据。

图6是根据本发明实施例的单次换刀指令所对应的数据的示意图。具体地，图6示出了提取第一条换刀指令的对应数据，其中横轴上的T00、T01、T02……为时间刻度值，N01、N02、N03……为数据加工程序的指令行号刻度值。图中两虚线间的数据即为数控系统执行指令行号为N04的换刀指令(在图5的示例中，该换刀指令为M06T01)时的数据。

所采集的机床总数据可以包括数控系统内部电控数据和/或外接传感器的物理和几何数据。物理和几何数据可以包括温度、振动和空间误差等。电控数据可以包括：各条换刀指令在数据加工程序中的行号(也称为数据加工程序当前运行的行号)、刀库状态指示信号、主轴电流、和/或Z轴电流等。刀库状态指示信号也称为刀库相关点位的寄存器信号，用于指示刀库是否处于一个或多个特定状态中。刀库状态指示信号可以包括：刀库换刀点位信号，指示刀库是否处于换刀过程中；Z轴第三参考点到达点位信号，指示刀库处于选刀过程中；主轴定向完成点位信号，指示主轴是否保持定向；以及刀盘位置检测点位信号等，指示刀盘是否旋转到预定位置。例如，刀库状态指示信号可以具体指示：刀库换刀点位在刀库换刀期间处于置1状态、Z轴第三参考点到达点位在Z轴到达第三参考点(换刀的选刀点)时有一个脉冲信号、主轴定向完成点位在主轴保持定向期间处于置1状态、以及刀盘位置检测点位在刀盘转动到位时有一个脉冲信号。相应地，从机床总数据中提取的执行每条换刀指令时的机床数据也可以包括机床总数据中的一些或全部。在一个示例中，可以将刀库相关点位的寄存器信号通过赋值的方法存入同一寄存器单元中，以减少采集的数据量。例如，可以将刀库相关点位的寄存器信号存入R116寄存器(R寄存器，偏移量为116，有R116.0～R116.7共8个点位)中，其中R116.1中存入刀库换刀点位信号，R116.4中存入Z轴第三参考点到达点位信号，R116.6中存入主轴定向完成点位信号，以及R116.7中存入刀盘位置检测点位信号。

此外，加工控制端320可以不使用传感器，而是直接通过数控系统(例如HNC-818B数控系统)内置的采样通道以1000赫兹的采样频率采集数控系统内部电控数据作为机床总数据的一部分。这不需要额外搭建实验平台、也不需要安装额外的传感器，就可以在数控机床正常工作条件下或者数控机床非工作状态下采集到用于进行刀库性能评估的数据，而不影响数控机床的正常工作。当然，加工控制端320也可以额外搭建实验平台或者利用安装额外的传感器来采集机床总数据。

在框450，加工控制端320根据所获取的机床数据，确定一条或多条换刀指令中的每条换刀指令所指示的单次换刀过程的一项或多项性能特征(也可以称为性能指标)。例如，单次换刀过程的一项或多项性能特征可以包括，但不限于：主轴重定向次数；换刀时间；刀库选刀时间；主轴定向时间；主轴电流均值；Z轴电流均值；主轴电流波动；和/或Z轴电流波动。主轴重定向次数可以通过计算刀库换刀点位置1期间主轴定向完成点位上升沿的个数减1获得。换刀时间可以通过计算刀库换刀点位(例如，R116.1)置1的持续时间获得。刀库选刀时间可以通过计算Z轴第三参考点到达点位(例如，R116.4)和刀盘位置检测点位(例如，R116.7)两个点位脉冲信号下降沿间的时间获得。主轴定向时间可以通过计算主轴定向完成点位(例如，R116.6)置1的持续时间获得。

在框460，加工控制端320根据一条或多条换刀指令中的每条换刀指令所指示的单次换刀过程的一项或多项性能特征确定刀库的一项或多项总体性能。例如，可以通过在每一次换刀性能特征中同一类型的性能特征中取平均值或求最大值或最小值来获得刀库的相应总体性能。例如，刀库的总体性能可以包括：平均每次换刀的主轴重定向次数、换刀时间、刀库选刀时间、主轴定向时间、主轴电流均值、和/或Z轴电流均值。备选地，刀库的总体性能还可以包括单次换刀中最大的主轴电流波动和/或最大的Z轴电流波动等。

在框470，加工控制端320基于预定性能标准来评估刀库的一项或多项总体性能。预定性能标准可以是用户预设的性能标准或者历史刀库性能。例如，预定性能标准可以包括针对以下各项的预定标准值：平均每次换刀的主轴重定向次数、换刀时间、刀库选刀时间、主轴定向时间、主轴电流均值、和/或Z轴电流均值、以及单次换刀中最大的主轴电流波动和/或最大的Z轴电流波动。

具体地，加工控制端320可以将刀库的一项或多项总体性能与预定性能标准进行比较，以确定每项总体性能是否都符合对应的预定性能标准。例如，将主轴电流均值与预定主轴电流均值标准进行比较。如果刀库的一项或多项总体性能都符合预定性能标准(例如，平均每次换刀的主轴重定向次数不大于预定标准次数)，则确定刀库处于正常或健康状态，并且可以将此评估结果呈现给用户。如果刀库的一项或多项总体性能中的至少一项总体性能不符合预定性能标准(例如，平均每次换刀的换刀时间超过预定标准时间)，则确定刀库出现异常。在这种情况下，加工控制端320可以发出异常报警或提示，指示刀库的哪些性能出现异常，提示并辅助用户对刀库进行维护与维修，以保障刀库处于正常或健康状态。

作为一个示例，如果比较结果确定主轴重定向次数与预定标准值相比偏大，则关于刀库的异常报警可以是主轴重定向次数异常偏大。在这种示例中，可以通知用户对刀库进行维护与维修，通过维修人员检测发现例如刀库出现了零点漂移，进而可以由维修人员进行刀库零点校正以使得刀库恢复正常。作为另一个示例，如果比较结果确定主轴电流均值与预定标准值相比过大，则关于刀库的异常报警可以是主轴电流均值异常过大。在这个示例中，同样，可以通知用户对刀库进行维护与维修，通过维修人员检测发现例如刀库的主轴伺服驱动存在问题，进而可以由维修人员进行主轴伺服参数调整以使得刀库恢复正常。

备选地，用户可以选择数据回放功能将存储单元中的历史刀库性能指标进行数据回放与可视化展示，或者也可以选择对比分析功能将存储单元中同一型号的不同数控机床的刀库性能指标进行横向对比分析，以便及时发现异常的机床与刀库。此外，还可以选择对比分析功能将同一数控机床的不同历史刀库性能指标进行纵向对比分析，观察分析机床刀库性能指标变化趋势，据此制定刀库检修计划，从而降低刀库故障发生率。

上述技术方案通过对运行数控加工程序时的机床数据进行分析来确定刀库性能，进而将刀库性能与预定性能标准进行比较来评估刀库的性能，从而实现对刀库全生命周期的性能评估和健康保障同时提高数控机床整机的可靠性水平。

图7是示出了根据本发明实施例的刀库性能评估方法700的示意性流程图。刀库性能评估方法700用于评估数控机床上刀库的性能。刀库可以是各种类型的刀库，例如图1或图2所示的圆盘式刀库和链式刀库等。刀库性能评估方法700可以在如图3所示的加工控制端320或数控系统的适当部分中执行。下面以此为例进行描述，然而应理解本发明不限于此。例如，刀库性能评估方法700也可以在与数控系统相连的外部设备(例如计算机)上实现。

在步骤S710，加工控制端320运行预定数控加工程序。该预定数控加工程序包含一条或多条换刀指令。一条或多条换刀指令中的每条换刀指令指示刀库的单次换刀过程。

在步骤S720，加工控制端320获取在执行一条或多条换刀指令中的每条换刀指令时的机床数据。

在一个实现方式中，所获取的机床数据包括相应换刀指令在数控加工程序中的行号。

在另一个实现方式中，所获取的机床数据还包括以下至少一项：刀库状态指示信号，指示刀库是否处于一个或多个特定状态中；主轴电流；和/或Z轴电流。例如，刀库状态指示信号可以包含以下至少一项：刀库换刀点位信号，指示刀库是否处于换刀过程中；Z轴选刀点到达点位信号，指示刀库处于选刀过程中；主轴定向完成点位信号，指示主轴是否保持定向；以及刀盘位置检测点位信号，指示刀盘是否旋转到预定位置。

例如，刀库状态指示信号可以具体指示：刀库换刀点位在刀库换刀期间处于置1状态、Z轴第三参考点到达点位在Z轴到达第三参考点(换刀的选刀点)时有一个脉冲信号、主轴定向完成点位在主轴保持定向期间处于置1状态、以及刀盘位置检测点位在刀盘转动到位时有一个脉冲信号。

图8示出了根据本发明实施例的步骤S720的示例实现。

如图8所示，在步骤S721，加工控制端320采集运行预定数控加工程序时的机床总数据。

在步骤S722，加工控制端320从所采集的机床总数据中提取在执行一条或多条换刀指令中的每条换刀指令时的机床数据。

在步骤S730，加工控制端320根据所获取的机床数据，确定一条或多条换刀指令中的每条换刀指令所指示的单次换刀过程的一项或多项性能特征。

在一个实现方式中，单次换刀过程的一项或多项性能特征包括：主轴重定向次数；换刀时间；刀库选刀时间；主轴定向时间；主轴电流均值；Z轴电流均值；主轴电流波动；和/或Z轴电流波动。

在步骤S740，加工控制端320根据一条或多条换刀指令中的每条换刀指令所指示的单次换刀过程的一项或多项性能特征确定刀库的一项或多项总体性能。

在一个实现方式中，对于以下性能特征：主轴重定向次数；换刀时间；刀库选刀时间；主轴定向时间；主轴电流均值；和/或Z轴电流均值，步骤S740包括：确定一项或多项性能特征中的每项性能特征的每次换刀平均值作为刀库的对应总体性能。例如，刀库的总体性能可以包括：平均每次换刀的主轴重定向次数、换刀时间、刀库选刀时间、主轴定向时间、主轴电流均值、和/或Z轴电流均值。

在一个实现方式中，对于以下性能特征：主轴电流波动和/或Z轴电流波动，步骤S740包括：确定单次换刀过程中的最大主轴电流波动和/或最大Z轴电流波动作为刀库的对应总体性能。

在步骤S750，加工控制端320基于预定性能标准来评估刀库的一项或多项总体性能。

图9示出了根据本发明实施例的步骤S750的示例实现。

如图9所示，在步骤S751，加工控制端320将刀库的一项或多项总体性能与预定性能标准进行比较，以确定刀库的每项总体性能是否符合对应的预定性能标准。

在步骤S752，如果刀库的一项或多项总体性能中的至少一项总体性能不符合预定性能标准，则加工控制端320确定刀库出现异常。

在步骤S753，如果刀库的一项或多项总体性能中的所有总体性能均符合预定性能标准，则加工控制端320确定刀库处于正常或健康状态。

例如，假设刀库的一项或多项总体性能包括：平均每次换刀的主轴重定向次数和主轴定向时间、以及单次换刀中最大的主轴电流波动和最大的Z轴电流波动，则预定性能标准相应地包括预定主轴重定向次数、预定主轴定向时间、预定主轴电流波动以及预定z轴电流波动。在这个示例中，如果平均每次换刀的主轴重定向次数大于预定主轴重定向次数，即，平均每次换刀的主轴重定向次数不符合预定性能标准，则可以确定刀库出现异常。如果所有总体性能均符合对应的预定性能标准，则可以确定刀库处于正常或健康状态。

备选地，刀库性能评估方法700还可以包括步骤S760。在步骤S760，加工控制端320呈现刀库的不符合预定性能标准的至少一项总体性能。

例如，如果评估结果显示刀库的至少一项总体性能不符合预定标准，即，刀库当前处于亚健康或异常状态，则加工控制端320可以向用户提示或者警告用户刀库的哪些总体性能出现异常，并且可以提示并辅助用户(或维修人员)对刀库进行维护与维修，以保障刀库处于正常或健康状态。

在一个实现方式中，刀库性能评估方法700还可以存储步骤S750中的评估的结果(未示出)。

刀库性能评估方法700对运行数控加工程序时的机床数据进行分析以确定刀库性能，进而将刀库性能与预定性能标准进行比较来评估刀库的性能，从而实现对刀库全生命周期的性能评估和健康保障同时提高数控机床整机的可靠性水平。此外，本发明不局限于刀库类型，例如本发明可以应用于圆盘式刀库、链式刀库等类型的刀库。

图10是示出了根据本发明实施例的刀库性能评估装置1000的结构框图。刀库性能评估装置1000用于评估数控机床上刀库的性能。刀库可以是各种类型的刀库，例如图1或图2所示的圆盘式刀库和链式刀库等。刀库性能评估装置1000既可以实现在图3的加工控制端320或数控系统的适当部分上，也可以执行刀库性能评估方法700。

如图10所示，刀库性能评估装置1000包括：通信接口1010、处理器1020(例如CPU)和存储器1030。为了便于说明，图10中示意性地示出了一个处理器。然而，本领域技术人员应理解刀库性能评估装置1000也可以包括两个或多个处理器。

通信接口1010用于与外部通信。例如通信接口1010可以是Ethernet(以太网，注册商标)接口。刀库性能评估装置1000可以通过通信接口1010，使用一定的通信协议与代码生成端310进行通信。通信接口1010也可以供机床工作人员等用户与刀库性能评估装置1000进行直接通信。例如，通信接口1010也可以是输入设备(例如键盘、鼠标等)和输出设备(例如显示器)，供用户向刀库性能评估装置1000直接输入各种数控加工相关的参数和数据，并向用户呈现刀库性能评估结果。

存储器1030存储处理器1020可执行的指令，使得刀库性能评估装置1000执行结合图7所描述的刀库性能评估方法700。

具体地，存储器1030存储处理器1020可执行的指令，使得刀库性能评估装置1000：运行预定数控加工程序，预定数控加工程序包含一条或多条换刀指令，其中一条或多条换刀指令中的每条换刀指令指示刀库的单次换刀过程；获取在执行一条或多条换刀指令中的每条换刀指令时的机床数据；根据所获取的机床数据，确定一条或多条换刀指令中的每条换刀指令所指示的单次换刀过程的一项或多项性能特征；根据一条或多条换刀指令中的每条换刀指令所指示的单次换刀过程的一项或多项性能特征确定刀库的一项或多项总体性能；以及基于预定性能标准来评估刀库的一项或多项总体性能。

在一个实现方式中，基于预定性能标准来评估刀库的一项或多项总体性能包括：将刀库的一项或多项总体性能与预定性能标准进行比较；以及如果刀库的一项或多项总体性能中的至少一项总体性能不符合预定性能标准，则确定刀库出现异常。

在一个实现方式中，至少一个处理器可执行的指令在被至少一个处理器执行时还使得刀库性能评估装置1000：呈现刀库的不符合预定性能标准的至少一项总体性能。

在一个实现方式中，单次换刀过程的一项或多项性能特征包括：主轴重定向次数；换刀时间；刀库选刀时间；主轴定向时间；主轴电流均值；Z轴电流均值；主轴电流波动；和/或Z轴电流波动。

在一个实现方式中，对于以下性能特征：主轴重定向次数；换刀时间；刀库选刀时间；主轴定向时间；主轴电流均值；和/或Z轴电流均值，根据一条或多条换刀指令中的每条换刀指令所指示的单次换刀过程的一项或多项性能特征确定刀库的一项或多项总体性能包括：确定一项或多项性能特征中的每项性能特征的每次换刀平均值作为刀库的对应总体性能。

在一个实现方式中，对于以下性能特征：主轴电流波动和/或Z轴电流波动，根据一条或多条换刀指令中的每条换刀指令所指示的单次换刀过程的一项或多项性能特征确定刀库的一项或多项总体性能包括：确定单次换刀过程中的最大主轴电流波动和/或最大Z轴电流波动作为刀库的对应总体性能。

在一个实现方式中，所获取的机床数据包括换刀指令在数控加工程序中的行号。

在一个实现方式中，所获取的机床数据还包括以下至少一项：刀库状态指示信号，指示刀库是否处于一个或多个特定状态中；主轴电流；和/或Z轴电流。

在一个实现方式中，刀库状态指示信号包含以下至少一项：刀库换刀点位信号，指示刀库是否处于换刀过程中；Z轴选刀点到达点位信号，指示刀库处于选刀过程中；主轴定向完成点位信号，指示主轴是否保持定向；以及刀盘位置检测点位信号，指示刀盘是否旋转到预定位置。

在一个实现方式中，至少一个处理器可执行的指令在被至少一个处理器执行时还使得刀库性能评估装置1000：存储评估的结果。

在一个实现方式中，至少一个处理器可执行的指令在被至少一个处理器执行时还使得刀库性能评估装置1000：采集运行预定数控加工程序时的机床总数据；以及从所采集的机床总数据中提取在执行一条或多条换刀指令中的每条换刀指令时的机床数据。

本发明还提供至少一个具有非易失性或易失性存储器形式的计算机存储介质，例如电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、闪存和硬盘驱动，存储有计算机可执行指令。计算机可执行指令在被处理器执行时使得刀库性能评估装置1000执行例如之前结合图7描述的过程的动作。

处理器可以是单个CPU(中央处理器)，但是也可以包括两个或更多个处理器。例如，处理器可以包括通用微处理器；指令集处理器和/或相关芯片集和/或专用微处理器(例如，专用集成电路(ASIC))。处理器也可以包括用于高速缓存目的的板载存储器。例如，计算机存储介质可以是闪存、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)或EEPROM。

本技术领域技术人员可以理解，本发明包括涉及用于执行本发明中所述操作中的一项或多项的设备。这些设备可以为所需的目的而专门设计和制造，或者也可以包括通用计算机中的已知设备。这些设备具有存储在其内的计算机程序，这些计算机程序选择性地激活或重构。这样的计算机程序可以被存储在设备(例如，计算机)可读介质中或者存储在适于存储电子指令并分别耦联到总线的任何类型的介质中，所述计算机可读介质包括但不限于任何类型的盘(包括软盘、硬盘、光盘、CD-ROM、和磁光盘)、ROM(Read-Only Memory，只读存储器)、RAM(Random Access Memory，随即存储器)、EPROM(Erasable ProgrammableRead-Only Memory，可擦写可编程只读存储器)、EEPROM(Electrically ErasableProgrammable Read-Only Memory，电可擦可编程只读存储器)、闪存、磁性卡片或光线卡片。也就是，可读介质包括由设备(例如，计算机)以能够读的形式存储或传输信息的任何介质。

本技术领域技术人员可以理解，可以用计算机程序指令来实现这些结构图和/或框图和/或流图中的每个框以及这些结构图和/或框图和/或流图中的框的组合。本技术领域技术人员可以理解，可以将这些计算机程序指令提供给通用计算机、专业计算机或其他可编程数据处理方法的处理器来实现，从而通过计算机或其他可编程数据处理方法的处理器来执行本发明所公开的结构图和/或框图和/或流图的框或多个框中指定的方案。

本技术领域技术人员可以理解，本发明中已经讨论过的各种操作、方法、流程中的步骤、措施、方案可以被交替、更改、组合或删除。进一步地，具有本发明中已经讨论过的各种操作、方法、流程中的其他步骤、措施、方案也可以被交替、更改、重排、分解、组合或删除。进一步地，现有技术中的具有与本发明中公开的各种操作、方法、流程中的步骤、措施、方案也可以被交替、更改、重排、分解、组合或删除。

以上所述仅是本发明的部分实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (11)

1.一种刀库性能评估方法，包括：

运行预定数控加工程序，所述预定数控加工程序包含一条或多条换刀指令，其中所述一条或多条换刀指令中的每条换刀指令指示刀库的单次换刀过程；

获取在执行所述一条或多条换刀指令中的每条换刀指令时的机床数据；

根据所获取的机床数据，确定所述一条或多条换刀指令中的每条换刀指令所指示的单次换刀过程的一项或多项性能特征；

根据所述一条或多条换刀指令中的每条换刀指令所指示的单次换刀过程的一项或多项性能特征确定刀库的一项或多项总体性能；以及

基于预定性能标准来评估刀库的一项或多项总体性能。

2.根据权利要求1所述的刀库性能评估方法，其中，基于预定性能标准来评估刀库的一项或多项总体性能包括：

将刀库的一项或多项总体性能与预定性能标准进行比较；以及

如果刀库的一项或多项总体性能中的至少一项总体性能不符合预定性能标准，则确定所述刀库出现异常。

3.根据权利要求2所述的刀库性能评估方法，还包括：

呈现刀库的不符合预定性能标准的所述至少一项总体性能。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的刀库性能评估方法，其中，单次换刀过程的一项或多项性能特征包括：

主轴重定向次数；

换刀时间；

刀库选刀时间；

主轴定向时间；

主轴电流均值；

Z轴电流均值；

主轴电流波动；和/或

Z轴电流波动。

5.根据权利要求4所述的刀库性能评估方法，其中，对于以下性能特征：主轴重定向次数；换刀时间；刀库选刀时间；主轴定向时间；主轴电流均值；和/或Z轴电流均值，根据所述一条或多条换刀指令中的每条换刀指令所指示的单次换刀过程的一项或多项性能特征确定刀库的一项或多项总体性能包括：

确定所述一项或多项性能特征中的每项性能特征的每次换刀平均值作为刀库的对应总体性能。

6.根据权利要求4或5所述的刀库性能评估方法，其中，对于以下性能特征：主轴电流波动和/或Z轴电流波动，根据所述一条或多条换刀指令中的每条换刀指令所指示的单次换刀过程的一项或多项性能特征确定刀库的一项或多项总体性能包括：

确定单次换刀过程中的最大主轴电流波动和/或最大Z轴电流波动作为刀库的对应总体性能。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的刀库性能评估方法，其中，所获取的机床数据包括所述换刀指令在所述数控加工程序中的行号。

8.根据权利要求7所述的刀库性能评估方法，其中，所获取的机床数据还包括以下至少一项：

刀库状态指示信号，指示刀库是否处于一个或多个特定状态中；

主轴电流；和/或

Z轴电流。

9.根据权利要求8所述的刀库性能评估方法，其中，所述刀库状态指示信号包含以下至少一项：

刀库换刀点位信号，指示刀库是否处于换刀过程中；

Z轴选刀点到达点位信号，指示刀库处于选刀过程中；

主轴定向完成点位信号，指示主轴是否保持定向；以及

刀盘位置检测点位信号，指示刀盘是否旋转到预定位置。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的刀库性能评估方法，还包括：

存储所述评估的结果。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的刀库性能评估方法，其中，获取在执行所述一条或多条换刀指令中的每条换刀指令时的机床数据包括：

采集运行预定数控加工程序时的机床总数据；以及

从所采集的机床总数据中提取在执行所述一条或多条换刀指令中的每条换刀指令时的机床数据。