CN108393724B - 适用于数控机床的智能刀库系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种适用于数控机床的智能刀库系统。其包括刀具编码检测单元、刀库机械单元、刀库主控单元、辅助换刀单元及操作器单元。本发明还包括一种适用于数控机床的智能刀库系统的控制方法。其包括提供上述的智能刀库系统，对其进行编码初始化并重新建立实时编码数据库；采用检索命令检索数据库的方式对智能刀库系统进行空刀位的查找、寿命不足刀具与破损刀具的查找、刀具选刀控制，以及换刀后NC端的刀具与程序检验。本发明的优点在于，可实现多重重复刀号的刀库初始化、检索空刀位、检索刀具寿命不足刀具与破损刀具，及实现在加工中实时自动更换备用刀具。同时满足产品工艺刀具分类及刀具工艺分析，实现一步一刀号工艺。

Description

适用于数控机床的智能刀库系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及数控机床中刀库技术领域，具体涉及一种适用于数控机床的智能刀库系统及其控制方法。

背景技术

随着批量生产越来越集中，人工成本越来越高且利润越来越低，提高自动化水平是提高生产效率及降低生产成本唯一的出路。现有数控机床领域刀库的换刀、选刀、刀具破损的排查以及刀库的纠错现都依托于人工和不同部门共同实现，极大的浪费了加工时间。此外，换刀方式也是固定式选刀和随机选刀，其实现基本依托于现有刀库的刀套号和随机的刀号而建立在数控系统PLC模块上的刀库系统，其中乱刀是刀库最常见故障。

随着数控技术及FMS制造的发展，车间无人化生产是大趋势；但是当刀具使用寿命预判、刀具更替及更换工艺的实现都需要人工手动修改其数据和调试,效率很低；且现有刀库系统的故障率和刀具管理系统已均无法适应FMS的需要。随着机械加工零散式中小批量加工和FMS系统的发展，淘汰现行加工中心纯机械刀库，推广具有刀具管理系统的智能刀库系统具有重大的现实意义及经济意义。

发明内容

为克服现有技术刀库系统存在的上述缺陷，本发明提供一种适用于数控机床的智能刀库系统及其控制方法，可实现多重重复刀号的刀库初始化、刀库内检索空刀位、刀库内检索刀具寿命不足刀具与破损刀具及刀库内实现在加工中实时自动更换备用刀具。

本发明提供一种适用于数控机床的智能刀库系统，包括

刀具编码检测单元，用于将控制刀库换刀及管理刀库刀具所需的各类型变量与命令进行参数化并产生编码，然后通过编码写入物理载体，然后再通过读写装置将参数从物理载体中读出并供刀具与刀库使用；其包括配套设置的检测主体及检测客体，其中检测主体为编码读写装置，检测客体为含有编码标签的刀具；

刀库机械单元，为刀库系统的机械部分，用于存储刀具并提供换刀的机械结构；其包括同时满足机床加工需要的主轴换刀点及辅助换刀点；

刀库主控单元，用于与智能刀库系统进行参数交换并输出控制指令，进而实现对刀具的控制；其包括MCU控制单元及分别与其相连的电源模块、通讯模块、脉冲输出模块或总线控制模块；

辅助换刀单元，用于对接刀库机械单元的辅助换刀点；

及操作器单元，为刀库系统的内部软件控制部分；其包括

刀具编码识别模块，用于对刀库系统中含编码的刀具进行识别；

刀具寿命模块，用于对刀库系统中刀具的使用寿命时间进行统计；

报警诊断模块，用于对刀具寿命模块所诊断的问题刀具进行报警；

刀盘位置控制模块，用于对刀库机械单元中刀具的位置进行控制；

数据库模块，用于存储各类型的编码数据并建立编码表；

主轴编码识别模块，用于对刀库机械单元中主轴换刀点的刀具编码进行识别。

在本发明提供的所述智能刀库系统一较佳实施例中，所述检测主体为NFC读写器，所述检测客体为含有NFC电子标签的刀具。

在本发明提供的所述智能刀库系统一较佳实施例中，所述辅助换刀单元为辅助单点换刀系统或辅助多点换刀系统，并采用外扩展机械臂的方式实现与所述辅助换刀单元的数据交换及控制。

本发明还一种适用于数控机床的智能刀库系统的控制方法，包括

步骤一、提供如权利要求1所述的智能刀库系统，对其进行编码初始化并重新建立实时编码数据库；

步骤二、采用检索命令检索数据库的方式对智能刀库系统进行空刀位的查找、寿命不足刀具与破损刀具的查找、刀具选刀控制，以及换刀后NC端的刀具与程序检验。

在本发明提供的所述控制方法一较佳实施例中，所述步骤一包括以下步骤：

变量和命令参数化并写入物理载体：将数控机床调用的刀具号T码参数化写入物理载体、将备用刀具编序参数化成备用码写入物理载体、将编码时间参数化成时间码写入物理载体；

NC端输入刀库初始化指令；

智能刀库系统接收指令后，将刀库位置回原点位置；

从原点位置开始轮流读取刀盘内刀具编码，确定当前位置刀具T码；

将刀具编码内的T码与其对应的位置相关联并写入刀库数据库，直至刀库容量的最大位置关联完毕后停止。

在本发明提供的所述控制方法一较佳实施例中，采用T码与替换码相结合的方式，使T码存在唯一性并实现刀库重复刀号。

在本发明提供的所述控制方法一较佳实施例中，所述空刀位的查找包括以下步骤：

NC端输出空刀位检索指令；

智能刀库系统接收空刀位检索指令后，从一号刀位开始检索刀号数据是否为空，为空时把FLAG信号置1；

每产生一个为1的FLAG信号时，则停止检索；

检索成功后，将当前为1的FLAG信号的刀号位置计算距离移动至换刀目标位置；

完成空刀位检索指令。

在本发明提供的所述控制方法一较佳实施例中，所述寿命不足刀具与破损刀具的查找包括以下步骤：

NC端输入检索寿命不足刀具和破损刀具的检索指令；

智能刀库系统接收指令后，从一号刀位开始检索刀库数据库内寿命不足与损坏刀具，当检测到当前刀具寿命不足和刀具破损时把FLAG信号置1，否则为0；

每检测到一个FLAG信号时，则停止检索。

检索成功后，从最小刀号位置的寿命不足或破损刀具移动至换刀点目标位置；

完成寿命不足与破损刀具检索命令。

在本发明提供的所述控制方法一较佳实施例中，所述刀具选刀控制包括以下步骤：

NC端发出T码命令；

智能刀库系统接收到所述T码命令，开始检索整个刀库内所述T码刀具；

确定当前加工使用状态T码刀具刀号；

将确定的T码刀具移动至换刀点目标位置；

检测主体读取换刀点目标位置T码刀具编码，并校验当前刀具编码是否是与数据库和命令刀具一致；一致则完成选刀。

在本发明提供的所述控制方法一较佳实施例中，所述换刀后NC端的刀具与程序检验包括以下步骤：

编码读写装置将换刀完成的T码刀具的编码电子标签内容读入NC端；

NC端将T码与当前智能刀库系统中数据库T码进行比较，一致则换刀完成；

智能刀库系统将编码电子标签内刀具编号与程序内部刀具编号比较，确定当前刀具是否与程序设定所需要刀具一致。

相较于现有技术，本发明提供的一种适用于数控机床的智能刀库系统及其控制方法，其有益效果在于：

一、本发明提供的适用于数控机床的智能刀库系统及其控制方法，实现自动纠错(无维护)、刀具寿命管理和MES刀具管理数据采集及工艺数据采集的智能刀库，并可满足实现无人车间的刀库系统要求，满足整个FMS系统的经济高效、安全可靠的运行要求；

二、通过刀具编码检测单元中将控制刀库换刀及管理刀库刀具所需的各类型变量与命令进行参数化并产生编码；尤其刀具T码采用编码的方式，刀具号T码与特殊码的结合,使T码存在唯一性；T码与备用码，T码与时间码组合实现了刀库重复刀号的功能；

三、通过刀具编码识别模块、刀具寿命模块、报警诊断模块、刀盘位置控制模块、数据库模块及主轴编码识别模块的软件模块架构，实现了以指令方式自动控制智能刀库系统刀具的空刀位检索并移动至换刀位置；以命令方式检索智能刀库系统刀具使用寿命不足和破损刀具的检索和置换出该刀具；以及实现在加工中实时自动更换备用刀具，提高了刀具的流转效率和加工效益。

附图说明

图1为适用于数控机床的智能刀库系统的架构流程图；

图2为适用于数控机床的智能刀库系统的初始化执行结构示意图；

图3为适用于数控机床的智能刀库系统的选刀业务流程图；

图4为适用于数控机床的智能刀库系统的换刀业务流程图；

图5为适用于数控机床的智能刀库系统的控制方法的步骤流程图；

图6为智能刀库系统控制方法中步骤一初始化刀库的流程图；

图7为智能刀库系统控制方法中步骤二空刀位的查找以及装刀的流程图；

图8为智能刀库系统控制方法中步骤二中寿命不足刀具与破损刀具的查找以及卸取无法使用刀具的流程图；

图9为智能刀库系统控制方法中步骤二刀具选刀控制的流程图；

图10为智能刀库系统控制方法中步骤二换刀后NC端的刀具与程序检验的流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请结合参阅图1-图9，其中图1为适用于数控机床的智能刀库系统的架构流程图；图2为适用于数控机床的智能刀库系统的初始化执行结构示意图；图3为适用于数控机床的智能刀库系统的选刀业务流程图；图4为适用于数控机床的智能刀库系统的换刀业务流程图；图5为适用于数控机床的智能刀库系统的控制方法的步骤流程图；图6为智能刀库系统控制方法中步骤一初始化刀库的流程图；图7为智能刀库系统控制方法中步骤二空刀位的查找以及装刀的流程图；图8为智能刀库系统控制方法中步骤二中寿命不足刀具与破损刀具的查找以及卸取无法使用刀具的流程图；图9为智能刀库系统控制方法中步骤二刀具选刀控制的流程图；图10为智能刀库系统控制方法中步骤二换刀后NC端的刀具与程序检验的流程图。本发明提供一种适用于数控机床的智能刀库系统，在数控机床实际应用过程中，所述智能刀库系统可以与数控机床的上位机系统协同运行，也可以独立运行。通常而言，上位机系统包括上位机刀具编码识别打印系统，刀具使用统计分析系统，刀具效命效率优化系统，实时在线加工刀具寿命监控系统。所述智能刀库系统包括

刀具编码检测单元，用于将控制刀库换刀及管理刀库刀具所需的各类型变量与命令进行参数化并产生编码，然后通过编码写入物理载体，然后再通过读写装置将参数从物理载体中读出并供刀具与刀库使用；其包括配套设置的检测主体及检测客体，其中检测主体为编码读写装置，检测客体为含有编码标签的刀具；

刀库机械单元，为刀库系统的机械部分，用于存储刀具并提供换刀的机械结构；其包括同时满足机床加工需要的主轴换刀点及辅助换刀点；

刀库主控单元，用于与智能刀库系统进行参数交换并输出控制指令，进而实现对刀具的控制；其包括MCU控制单元及分别与其相连的电源模块、通讯模块、脉冲输出模块或总线控制模块；

辅助换刀单元，用于对接刀库机械单元的辅助换刀点；

及

操作器单元，为刀库系统的内部软件控制部分；其包括

刀具编码识别模块，用于对刀库系统中含编码的刀具进行识别；

刀具寿命模块，用于对刀库系统中刀具的使用寿命时间进行统计；

报警诊断模块，用于对刀具寿命模块所诊断的问题刀具进行报警；

刀盘位置控制模块，用于对刀库机械单元中刀具的位置进行控制；

数据库模块，用于存储各类型的编码数据并建立编码表；

主轴编码识别模块，用于对刀库机械单元中主轴换刀点的刀具编码进行识别。

其中，本实施例中所述检测主体为NFC读写器，所述检测客体为含有NFC电子标签的刀具；此外，所述检测主体还可为激光扫描头或CCD，所述检测客体还可为含有条形码或二维码电子标签的刀具。

现有技术条件下，因为刀库机械部份技术已经很成熟，稳定性和可靠性已极高。所述刀库机械单元需要同时满足机床加工换刀点需要和辅助换刀系统换刀点需要；因为在刀库结构上，根据需要添加满足多点换刀结构性需求；依据刀库结构的不同，所述辅助换刀点结构添加位置不同和添加数量不同。

所述MCU控制单元为LINUX嵌入式系统，还包括与其相连的内存模块；所述通讯模块包含MODBUS/TCP，PROFINET，Ethernet/IP，串口等其它协议接口。

所述辅助换刀单元为辅助单点换刀系统或辅助多点换刀系统，并采用外扩展机械臂的方式实现与所述辅助换刀单元的数据交换及控制；所述辅助换刀系统对接机刀库机械单元增加的换刀点，依据刀库类型不同，分为机床辅助单点换刀系统(如钻攻中心主轴原换刀位置)与机床辅助多点换刀统点换刀(如卧式加工中心的链形刀库)。

所述智能刀库系统采用固定式激光扫描头和CCD扫描方式，依据刀库类型而确定，通过扫描头扫取刀具的编码，实时录入和修改智能刀库数据库；所述智能刀库系统采用NFC电子标签读写方式，通过NFC读写装置读取取刀具的NFC电子标签的内容，实时录入和修改智能刀库数据库。通过唯一刀具编码作为智能刀库系统的换刀策略依据，抛弃以往的以刀套号和抽像刀具号为基础的换刀方式。

智能刀库系统的独立选刀策略及校验方式采用刀具号T码与编码结合方式，首先读取刀具编码创建刀具位置数据库；再通过数据库T码表读取数据库编码表内智能刀库系统编码器数据确定当前T码刀具位置；待将目标位置刀具移动至换刀交换点目标位置，再读取当前目标位置刀具编码是否是该NC端要求的T码，比较一致后发出选刀完成信号；NC端只需输入Txx码，等待选刀完成信号；在换刀完成后获取刀具编码，然后与程序内编码或NC端编码表比较判断是否一致。

智能刀库系统建立刀库重复刀号，使相同的加工刀具与替换刀具和破损刀具共存，提高机床使用率。刀具T码采用编码方式，刀具刀号编码由T码与替换码(替补换刀码)两部份。实现刀库多重重复刀号功能。例如，刀库内三把都为T11刀具，尾七位分别为0011001，0011002，0011003；然后编码最后七位为刀号编码XXXXXXX共七位十六进制数，前四位FFFF为刀具号T码,后三位为替补刀换刀码，前四位0011，NC端对应为T17，后三位16进数FFF代表替补顺序识别码；当前使用刀0011001，第二把替换刀为0011002，第三把替换刀为0011003；当第一把刀0011001使用寿命不够时或磨损超标时，则由第二把刀具1111002编号刀具替换第一把0011001替换编码的刀具，照此往下，编码递增循环更换。

通过对编码时间和寿命结束时间控制，实现刀具的流转效率和加工效益。通过指令方式控制刀库初始化并依据刀具编码重建刀库数据库。通过指令方式自动控制刀库刀具的空刀位检索并移动至换刀位置；以往是以手动和目测的方式排查刀库的空刀位。通过命令方式检索智能刀库的刀具使用寿命不足和破损刀具的检索和置换出该刀具；现有技术是查看数控系统刀具库的使用寿命时间，而且操作烦琐，为此有很多企业都不使用刀具寿命功能。此外，智能刀库系统的多重重复刀具的检索，现有刀库系统是不允许存在重复刀号的刀具，往往时间寿命不足和破损时，需要手动替换下来，浪费机床加工时间。

智能刀库系统中刀具寿命管理是通过其提供的Txx码和运行状态信号进行刀具寿命计时与编码中的寿命码实时比较。刀具寿命计时识别方式采用编码识别方式，编码方式采用6位16进制数FFFFFF，编码最小值为000000，最大值为FFFFFE，单位为秒，最大时间为16777214秒。

刀具寿命计时方式采用两种方式。方式一：编码值为FFFFFF时，采用智能刀库系统在线控制方式，FMS控制方式实时数据控制，以切削材料，切削厚度，切削速度，切削时间，冷却液，机床性能以及当前磨损状态来进行综合分析由系统实时决定当前刀具寿命方式。方式二：编码值为非FFFFFF时，为离线刀具寿命计时方式；策略为当前寿命编码值乘以单位秒，然后与当前实际使用值进行比较；在采用二维码或条形码情况下，由智能刀库系统统计寿命；离线方式下，在采用NFC电子标签时，则可以由NFC读写装置将剩余时间写入电子标签，也可以统计寿命。

智能刀库系统采用T码控制选刀，通过扫描编码方式获取T码。其选刀策略为依据扫描编码信息写入智能刀库系统的数据库中刀具编码位置表；依据NC端发送的T码智能刀库系统选刀时读取编码位置表确定其刀库位置，依据刀具数据库刀具位置表旋转至其交换目标位置；到达交换目标位置时再次扫描其实际编码与预测编码比较，一致时确定选刀完成；不一致时则刀盘回原点，重新扫描刀具编码，重新编写刀具编码位置表，再重复其选刀步聚。

智能刀库系统采用T码控制刀具,刀库采用唯一编码绑定T码确定刀号的换刀的智能编码模式,当在运行中发生故障时或其它原因造成换刀过程中断时,刀具按以下策略排除。

a)当换刀机构无损坏时的意外中断处理模式：自动将换刀机构和刀盘回原点，重新扫描刀具编码和重新写刀具编码位置表；

b)当换刀机构损坏需维修时：更换损坏件，处理完外部硬件故障，手动将换刀机构回零，再执行步a)即可。

智能刀库系统包含辅助换刀单元，辅助换刀单元为额外的换刀机构提供接口，供取出使用寿命不足的刀具和存入新刀具用；辅助换刀单元与主轴换刀机构基本一样，区别在于发送控制指令的主体不同。

智能刀库系统具有检验功能。当机床主轴端安装NFC读写器，换刀到位时，NFC读写模块读取NFC电子标签，读取当前刀具唯一编码，读取其中T码与系统内部T码表或加工程序内部刀具码；校验刀号和程序刀具码是否一致。此外，具有寿命码写入功能，执行M06指令，主轴定向后，将刀具寿命信息写入NFC电子标签，供智能刀库系统供自己下次使用。

同时还将在NC端的建立刀库刀位数据库，通过NC系统提供的数据采集协议通过控制器实时将刀位与刀号数据写入NC系统数据区，供NC系统刀具表实时读取刀库数据,管理刀库。如西门子系统的OPC UA/UD协议，FANUC的FOCAS协议,三菱的EZSocket协议等等。

突破刀号局限于刀库容量限制,从T01到T9999999无限大,保证产品工艺刀具的刀号的连续性.保证刀具工艺的参数管理。

本发明还一种适用于数控机床的上述智能刀库系统的控制方法，包括

S1、提供如权利要求1所述的智能刀库系统，对其进行编码初始化并重新建立实时编码数据库；

S2、采用检索命令检索数据库的方式对智能刀库系统进行空刀位的查找、寿命不足刀具与破损刀具的查找、刀具选刀控制，以及换刀后NC端的刀具与程序检验。

其中，所述步骤S1中初始化刀库，包括以下步骤：

S11、变量和命令参数化并写入物理载体：将数控机床调用的刀具号T码参数化写入物理载体、将备用刀具编序参数化成备用码写入物理载体、将编码时间参数化成时间码写入物理载体；

S12、NC端输入T00初始化刀盘指令；

S13、智能刀库系统接收T00初始化指令后，将刀库位置回原点位置；

S14、从原点位置开始轮流读取刀盘内刀具编码，确定当前位置刀具T码；

S15、将刀具编码内的T码与其对应的位置相关联并写入刀库数据库，直至刀库容量的最大位置关联完毕后停止。

其中，录入刀具参数、刀柄参数、编码日期和寿命到期日期、刀具编号、机台号、T码、替换码由上位机系统生成唯一编码(编码形式可以是二维码、条码、NFC电子标签)，再经NFC读写器写入带含有含有NFC电子标签的刀柄上的电子标签内；

采用T码与替换码相结合的方式，使T码存在唯一性并实现刀库重复刀号。T码和替换码为最后七位，倒数第七位到倒数第四位为T码，后三位为替换码，T码可以重复，当T码重复时替换码不能得复，保持T码与替换码组合的T码唯一性。当目前T码使用寿命到期时或不足以下次工序时，将刀具寿命编码归零写入NFC电子标签。刀具寿命码为T码前六位，最大数为FFFFFF，单位为秒。计时采用智能刀库系统计时和NC端计时；当采用NFC识别方式时，优先采用智能刀库系统计时，执行换刀时将剩余时间写入NFC电子标签，以电子标签为载体保存数据同时写入智能刀库系统。

本实施例的换刀方式为多点换刀，一个为辅助换刀点，一个为主轴换刀点。两个换刀点都安装刀具NFC电子标签读取装置。主轴上装有一个NFC电子标签读写装置。首先，将成编码的刀具从主轴换刀点装入刀具,由该位置点的NFC读取装置读取NFC电子标签内容，将刀具信息按照格式写入智能刀库系统中刀具位置数据库；其次，通过辅助换刀机构在辅助换刀点位置装刀，由该位置点的NFC读取装置读取NFC电子标签内容，将刀具信息按照格式写入智能刀库系统中刀具位置数据库。

其中，所述步骤S2中空刀位的查找以及装刀，包括以下步骤：

S211、NC端输出T9999空刀位检索指令；

S212、智能刀库系统接收T9999空刀位检索指令后，从一号刀位开始检索刀号数据是否为空，为空时把FLAG信号置1,则发出信号TRUE；

S213、每产生一个为1的FLAG信号时，则停止检索；当刀具数据库检索完没检索到空刀位时，则发出信号FALSE；收到FLASE时，则跳到结束步；

S214、检索成功后，将当前为1的FLAG信号的刀号位置计算距离移动至换刀目标位置；

S215、完成空刀位检索指令。等待执行M06换刀动作；等换刀动作结束；以T9999指令循环装刀，空刀套从低到高顺序增加，直到无空刀具停止执行。

其中，步骤S2中寿命不足刀具与破损刀具的查找以及卸取无法使用刀具，包括以下步骤：

S221、NC端输入T9998指令，为检索寿命不足刀具和破损刀具的指令；

S222、智能刀库系统接收T9998指令后，从一号刀位开始检索刀库数据库内寿命不足与损坏刀具，当检测到当前刀具寿命不足和刀具破损时把FLAG信号置1，否则为0；每检测到一个FLAG信号时，则停止检索；

S223、检索成功后，从最小刀号位置的寿命不足或破损刀具移动至换刀点目标位置；

S224、完成寿命不足与破损刀具检索命令；

S225、计算该刀具移动至换刀目标位置距离；移动当前刀具至换刀目标信置；等待执行M06换刀动作或手动卸刀；

S226、以T9998循环取刀，从低到高顺序增加，当没有符合条件则停止执行。

其中，所述步骤S2中刀具选刀控制，包括以下步骤：

S231、NC端发出T码命令；

S232、智能刀库系统接收到所述T码命令，开始检索整个刀库内所述T码刀具；确定该T码对应位置并检查该刀具寿命是否够加工时间；如果寿命不够，则关闭该当前T码刀具，由该T码替换刀具替换当前T码刀具，如果无替换T码刀具，则报警并显示无刀具，则需添加更换刀具；

S233、确定当前加工使用状态T码刀具刀号；

S234、将确定的T码刀具移动至换刀点目标位置；

S235、检测主体读取换刀点目标位置T码刀具编码，并校验当前刀具编码是否是与数据库和命令刀具一致；将该T码对应刀具位置旋转到主轴换刀点目标位置，至此完成选刀。

其中，换刀时包括以下步骤：NC端执行M06指令，主轴定向，移动换刀点，机床进入准备状态；完成后，发送换刀信号至智能刀库系统，智能刀库系统接收到该信号后，夹取按照装刀或卸刀或选刀步聚所选定的刀具，从刀库移动到主轴或从主轴端移动到刀库端。手动与MDI模式下刀具不计时，不写入电子标签；自动和DNC模式入刀具计时，写入NFC电子标签；异常中断：自查确定当前步聚，将换刀机构自动分情况移动至中间位置。完成后执行刀库初始化。初始化完成后执行空位装刀，再继续异常中断的换刀。

其中，所述步骤S2中换刀后NC端的刀具与程序检验，包括以下步骤：

S241、NFC编码读写装置将换刀完成的Txx刀具的NFC电子标签内容读入NC端；

S242、NC端将Txx码与当前智能刀库系统中数据库Txx码进行比较，一致则换刀完成；

S243、智能刀库系统将NFC电子标签内刀具编号与程序内部刀具编号比较，确定当前刀具是否与程序设定所需要刀具一致。

加工过程中，在每步工艺在检测刀具长度和半径并进行补偿，当补偿值超过设定值时，向智能刀库系统申请更换该刀具替换刀具，命令为TxxM06，如当前刀具T01没有超过刀具寿命时间，但检测到破损时，则向刀库执行T01M06.刀库将执行备用刀具替换当前破损刀具。

本发明提供的一种适用于数控机床的智能刀库系统及其控制方法，其有益效果在于：

一、本发明提供的适用于数控机床的智能刀库系统及其控制方法，实现自动纠错(无维护)、刀具寿命管理和MES刀具管理数据采集及工艺数据采集的智能刀库，并可满足实现无人车间的刀库系统要求，满足整个FMS系统的经济高效、安全可靠的运行要求；

二、通过刀具编码检测单元中将控制刀库换刀及管理刀库刀具所需的各类型变量与命令进行参数化并产生编码；尤其刀具T码采用编码的方式，刀具号T码与特殊码的结合,使T码存在唯一性；T码与备用码，T码与时间码组合实现了刀库重复刀号的功能；

三、通过刀具编码识别模块、刀具寿命模块、报警诊断模块、刀盘位置控制模块、数据库模块及主轴编码识别模块的软件模块架构，实现了以指令方式自动控制智能刀库系统刀具的空刀位检索并移动至换刀位置；以命令方式检索智能刀库系统刀具使用寿命不足和破损刀具的检索和置换出该刀具；以及实现在加工中实时自动更换备用刀具，提高了刀具的流转效率和加工效益。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的仅为本发明的优选例，并不用来限制本发明，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种适用于数控机床的智能刀库系统，其特征在于：包括

刀具编码检测单元，用于将控制刀库换刀及管理刀库刀具所需的各类型变量与命令进行参数化并产生编码，然后通过编码写入物理载体，然后再通过读写装置将参数从物理载体中读出并供刀具与刀库使用；其包括配套设置的检测主体及检测客体，其中检测主体为编码读写装置，检测客体为含有编码标签的刀具；

刀库机械单元，为刀库系统的机械部分，用于存储刀具并提供换刀的机械结构；其包括同时满足机床加工需要的主轴换刀点及辅助换刀点；

刀库主控单元，用于与智能刀库系统进行参数交换并输出控制指令，进而实现对刀具的控制；其包括MCU控制单元及分别与其相连的电源模块、通讯模块、脉冲输出模块或总线控制模块；

辅助换刀单元，用于对接刀库机械单元的辅助换刀点；

及操作器单元，为刀库系统的内部软件控制部分；其包括

刀具编码识别模块，用于对刀库系统中含编码的刀具进行识别；

刀具寿命模块，用于对刀库系统中刀具的使用寿命时间进行统计；

报警诊断模块，用于对刀具寿命模块所诊断的问题刀具进行报警；

刀盘位置控制模块，用于对刀库机械单元中刀具的位置进行控制；

数据库模块，用于存储各类型的编码数据并建立编码表；

主轴编码识别模块，用于对刀库机械单元中主轴换刀点的刀具编码进行识别。

2.根据权利要求1所述的智能刀库系统，其特征在于：所述检测主体为NFC读写器，所述检测客体为含有NFC电子标签的刀具。

3.根据权利要求1所述的智能刀库系统，其特征在于：所述辅助换刀单元为辅助单点换刀系统或辅助多点换刀系统，并采用外扩展机械臂的方式实现与所述辅助换刀单元的数据交换及控制。

4.一种适用于数控机床的智能刀库系统的控制方法，其特征在于：包括

步骤一、提供如权利要求1所述的智能刀库系统，对其进行编码初始化并重新建立实时编码数据库；

步骤二、采用检索命令检索数据库的方式对智能刀库系统进行空刀位的查找、寿命不足刀具与破损刀具的查找、刀具选刀控制，以及换刀后NC端的刀具与程序检验。

5.根据权利要求4所述的智能刀库系统的控制方法，其特征在于：所述步骤一包括以下步骤：

变量和命令参数化并写入物理载体：将数控机床调用的刀具号T码参数化写入物理载体、将备用刀具编序参数化成备用码写入物理载体、将编码时间参数化成时间码写入物理载体；

NC端输入刀库初始化指令；

智能刀库系统接收指令后，将刀库位置回原点位置；

从原点位置开始轮流读取刀盘内刀具编码，确定当前位置刀具T码；

将刀具编码内的T码与其对应的位置相关联并写入刀库数据库，直至刀库容量的最大位置关联完毕后停止。

6.根据权利要求5所述的智能刀库系统的控制方法，其特征在于：采用T码与替换码相结合的方式，使T码存在唯一性并实现刀库重复刀号。

7.根据权利要求4所述的智能刀库系统的控制方法，其特征在于：所述空刀位的查找包括以下步骤：

NC端输出空刀位检索指令；

智能刀库系统接收空刀位检索指令后，从一号刀位开始检索刀号数据是否为空，为空时把FLAG信号置1；

每产生一个为1的FLAG信号时，则停止检索；

检索成功后，将当前为1的FLAG信号的刀号位置计算距离移动至换刀目标位置；

完成空刀位检索指令。

8.根据权利要求4所述的智能刀库系统的控制方法，其特征在于：所述寿命不足刀具与破损刀具的查找包括以下步骤：

NC端输入检索寿命不足刀具和破损刀具的检索指令；

智能刀库系统接收指令后，从一号刀位开始检索刀库数据库内寿命不足与损坏刀具，当检测到当前刀具寿命不足和刀具破损时把FLAG信号置1，否则为0；

每检测到一个FLAG信号时，则停止检索；

检索成功后，从最小刀号位置的寿命不足或破损刀具移动至换刀点目标位置；

完成寿命不足与破损刀具检索命令。

9.根据权利要求4所述的智能刀库系统的控制方法，其特征在于：所述刀具选刀控制包括以下步骤：

NC端发出T码命令；

智能刀库系统接收到所述T码命令，开始检索整个刀库内所述T码刀具；

确定当前加工使用状态T码刀具刀号；

将确定的T码刀具移动至换刀点目标位置；

检测主体读取换刀点目标位置T码刀具编码，并校验当前刀具编码是否是与数据库和命令刀具一致；一致则完成选刀。

10.根据权利要求4所述的智能刀库系统的控制方法，其特征在于：所述换刀后NC端的刀具与程序检验包括以下步骤：

编码读写装置将换刀完成的T码刀具的编码电子标签内容读入NC端；

NC端将T码与当前智能刀库系统中数据库T码进行比较，一致则换刀完成；

智能刀库系统将编码电子标签内刀具编号与程序内部刀具编号比较，确定当前刀具是否与程序设定所需要刀具一致。

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