CN110961985A - 刀具监控系统及刀具监控方法 - Google Patents
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Abstract
一种刀具监控方法,先利用刀具监控系统收集机床刀具的第一数据与第二数据,将该第一数据进行模拟分析以获取对照数值,且将该第二数据进行演算以获取实际数值,之后将该对照数值与该实际数值进行整合匹配,以利用该匹配的结果监控该机床刀具的运作状况。
Description
技术领域
本公开涉及一种监控系统,尤指一种用于即时监控机床刀具运作状况的刀具监控系统及刀具监控方法。
背景技术
随着机床自动化的快速发展,利用输入相关参数以进行相关加工的作业已成为现今的主流,所以目前机床已广泛采用电脑数值控制(Computer Numerical Control,简称CNC)的方式进行加工作业。
再者,随着先进制造技术的发展,对切削加工的稳定性、可靠性提出更高的要求。在实际切削加工中,刀具失效常影响切削加工的效率、精度、品质、稳定性与可靠性等,所以于切削加工过程中选取适当的切削参数对于提高加工精度及品质极为重要。
现有切削加工作业中,通常先利用模拟系统设计虚拟机台,再利用该虚拟机台建置所需的数据库(如不同刀具的切削参数、不同的目标工件的参数),因而可于加工作业前,先利用空跑作业获得预测数据,再配合该数据库的参考数据,以进行机床所需的补偿(如刀具的移动路径的补偿),使刀具可依据补偿后的数据进行有效的切削加工作业。
然而,在生产线上,同一刀具对于相同产品进行大量加工后,该刀具会产生损耗或该机床会发生机械异状,且因未变更刀具的规格及目标工件的规格,而会继续使用相同的补偿数据,致使在实际作业时,该刀具无法有效进行加工作业,所以于整批产品完成加工后,才会发现加工顺序较后的产品的加工瑕疵,而无法即时发现加工瑕疵,导致该些瑕疵品必须报废。
再者,虽可于该机床上安装大量感测器,以即时感测该机床或控制器的作动情况,但该些安装在机床上的感测器,不仅价格昂贵而大幅增加监控成本,且其测试精度易受环境因素或电磁波干扰。
此外,由于加工的目标工件的种类繁多,且其可应用的刀具的种类也繁多,因而需针对相同机床建置多笔数据库,造成建置数据库的作业极为繁杂。
因此,如何采用一个能降低监控成本且能即时反映出机床加工状况的监控系统,实已成为目前业界亟待克服的难题。
发明内容
鉴于上述现有技术的种种缺失,本发明提供一种能降低监控成本且能即时反映出机床加工状况的刀具监控系统及刀具监控方法。
本发明的刀具监控系统,用于连接具有控制器的机床,该机床配置有刀具,该刀具监控系统包括:收集部,用于收集该控制器的第一数据与第二数据;分析部,用于模拟分析该第一数据以获取对照数值;计算部,利用该第二数据演算出实际数值;以及整合部,用于将该对照数值与该实际数值进行整合匹配,以将该匹配的结果用于监控该刀具的运作状况。
本发明亦提供一种刀具监控方法,应用于具有控制器的机床,该机床配置有刀具,包括:收集该机床的第一数据与第二数据;将该第一数据进行模拟分析以获取对照数值,且将该第二数据进行演算以获取实际数值;以及将该对照数值与该实际数值进行整合匹配,以利用该匹配的结果监控该刀具的运作状况。
由上可知,本发明的刀具监控系统及刀具监控方法中,主要通过该收集部对于相同刀具路径及相同目标工件所收集的数据分成第一数据与第二数据,再将该第一数据与第二数据分别通过该分析部与计算部演算出相同单位的对照数值与实际数值以进行整合匹配,以即时监控该目标工件的加工状况,所以相较于现有技术,本发明应用于生产线上,同一刀具对于相同的多个目标工件进行加工作业的过程中,若该刀具产生损耗或该机床发生机械异状,可即时发现该刀具或该机床呈现异常状态,而立即停止加工作业,以立刻更换刀具或检修机床,而有效避免目标工件或产品的损失。
再者,本发明无需于该机床上安装大量感测器,所以相较于现有技术,本发明不仅能大幅降低监控成本,且其监控精度不会受环境因素或电磁波干扰。
此外,本发明通过该收集部于加工现场收集第一数据与第二数据即可进行监控,因而无需使用数据库的技术,所以相较于现有技术,本发明于加工作业前无需进行建置数据库的作业,因而能节省作业时程及简化加工作业。
附图说明
图1A为本发明的刀具监控系统的架构配置示意图。
图1B为本发明的刀具监控系统所监控的机床的架构配置示意图。
图2A为本发明的刀具监控系统的运作架构示意图。
图2B为本发明的刀具监控方法的流程示意图。
图3A至图3C为本发明的刀具监控系统的对照数值的取得过程的相关数据的图表。
图4A至图4D为本发明的刀具监控系统的实际数值的取得过程的相关数据的图表。
图5A为本发明的刀具监控系统的匹配结果的图表。
图5B为本发明的刀具监控系统的匹配结果的曲线图。
图6为本发明的刀具监控系统的另一实施例。
具体实施方式
以下借由特定的具体实施例说明本公开的实施方式,本领域技术人员可由本说明书所公开的内容轻易地了解本公开的其他优点及功效。
须知,本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等,均仅用以配合说明书所公开的内容,以供本领域技术人员的了解与阅读,并非用以限定本公开可实施的限定条件,故不具技术上的实质意义,任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整,在不影响本公开所能产生的功效及所能达成的目的下,均应仍落在本公开所公开的技术内容得能涵盖的范围内。同时,本说明书中所引用的如“一”、“第一”及“第二”等用语,也仅为便于叙述的明了,而非用以限定本公开可实施的范围,其相对关系的改变或调整,在无实质变更技术内容下,当也视为本公开可实施的范畴。
图1A为本发明的刀具监控系统1的架构配置示意图。如图1A所示,该刀具监控系统1举例包括:收集部10、分析部11、计算部12以及整合部13,但本发明并不限制上述架构配置的各组成的可能整合、替换或增减配置。
请配合参阅图1B,在本实施例中,该刀具监控系统1应用于电脑数值控制(CNC)的机床9,且该机床9配置有控制器90及架设于工作平台9a上的刀具91(如第1B图所示的切削型),而该刀具监控系统1例如为该机床9的标准配备或独立电脑(如远端电脑、个人电脑、平板或手机等),具有运算与显示监控结果的功能。
所述的收集部10用于收集该控制器90的第一数据与第二数据。在一个实施例中,如图2A所示的收集部10包含第一收集模块10a与第二收集模块10b,该第一收集模块10a收集该第一数据,且该第二收集模块10b收集该第二数据。
在本实施例中,该第一数据为该刀具91的座标、进给速率及主轴转速,且该第二数据为该刀具91的主轴负载,并使该收集部10将该刀具91的座标及进给速率转换成该刀具91的移动路径(或加工路径)。具体地,在该第一数据中,该座标的信息例如为上述机床9在空跑过程中的刀具91的移动路径的座标数据,并配合有其对应的程式码类型或程式码行号,例如,该座标信息可包含座标、G码类型、NC码行号或其它相关指令等数据。
所述的分析部11用于模拟分析该第一数据以获取对照数值。例如,图2A所示的分析部11能利用该收集部10所得的刀具91的移动路径,以模拟分析出该刀具91的主轴负载的参考值,供作为该对照数值。
在本实施例中,该分析部11为仿照该机床9或该控制器90的虚拟机台,其用以模拟该控制器90在调整参数前后的机床9的运动状态。例如,该虚拟机台具有多个用以呈现参数运作的介面,供使用者设定相关模拟条件,如设定该机床9的机台特征、目标工件的信息、刀具91的信息等;或者,该虚拟机台亦可选择性呈现目标机台的外观。因此,有关该虚拟机台的态样繁多,并无特别限制。
所述的计算部12利用该第二数据演算出实际数值。例如,图2A所示的计算部12利用该第二数据计算出该刀具91的每一刃周期的平均主轴负载的差值,以作为该实际数值。
所述的整合部13用于将该对照数值与该实际数值进行整合匹配,以将匹配结果用于监控该机床9的运作状况。
在本实施例中,如图2A所示,该刀具监控系统1还包括警示部14,其依据该整合部13的匹配结果输出警示信号a,以启动警示机制,如采用灯号、警铃、电脑画面或其它方式(如强制停机)等。
如图2A所示的刀具监控系统1的运作架构示意图,使用者先输入参数至该控制器90中,使该收集部10通过通讯传输方式(如互联网)收集该机床9的控制器90的第一数据(如该刀具91的座标与进给速率及主轴转速)与第二数据(如该刀具91的主轴负载),以令该第一数据转换成该刀具91的移动路径。
在本实施例中,该收集部10收集数据的方式可为内部直接传输(例如,该机床9具有该刀具监控系统1的配置)、应用程式介面(App)(例如用以取得该机床9的数位控制器的内部信息)、用于该数位控制器90内外信号传递及暂存的可程式控制器(ProgrammableLogic Controller,简称PLC)、外部装置直接传输(例如编码器传输座标信号、光学尺传输座标信号、数据收集卡传输座标、NC码行号或G码类型),且该参数可例如为G码类型。
再者,在该机床9运作时,该刀具监控系统1可从多种来源取得并记录该机床9的刀具91的移动路径的座标数据,例如,该机床9的控制器90的位置控制器、该机床9的伺服马达上的编码器、或工作平台上的光学尺。
接着,在该分析部11中进行相关模拟条件的设定(如设定该机床9的机台特征、目标工件的信息、刀具91的信息或其它等)后,再配合该刀具91的移动路径进行模拟分析,以产生所需的对照数值(如该刀具91的主轴负载的参考值,即刀具负载的门槛值),且在另一方面,该计算部12将该第二数据进行演算以计算出实际数值(如该刀具91的每一刃周期的平均主轴负载的差值)。
之后,该整合部13将该对照数值(如主轴负载的门槛值)与该实际数值(如主轴负载的差值)进行整合作业(如虚实数据的整合匹配),以得到匹配结果,供用于监控该机床9的运作状况(或该刀具91的即时状态),且该警示部14得以将该匹配结果(如刀具状况分析)作为是否输出警示信号a的依据。
因此,本发明的刀具监控方法通过该收集部10收集该刀具91的相同移动路径的第一数据与第二数据,且以该分析部11模拟分析出对照数值,并以该计算部12演算出实际数值,以令该整合部13将该对照数值与该实际数值进行整合作业,而得以监控该机床9的运作状况或该刀具91的即时状态。
图2B为本发明的刀具监控方法的流程示意图,图3A至图3C为本发明的刀具监控方法的对照数值的取得过程的相关数据的图表,图4A至图4D为本发明的刀具监控方法的实际数值的取得过程的相关数据的图表。
如图2B所示,首先,在步骤S20中,启动该机床9与该刀具监控系统1,并输入参数(如图3A所示的G码程式);再在步骤S21中,令该机床9的刀具91进行加工作业前的空跑作业,令该收集部10收集该机床9的第一数据(该刀具91的座标与进给速率及主轴转速)并转换成该刀具91的移动路径(如图3B所示的移动路径的座标数据)。
接着,在步骤S22中,利用该分析部11(如虚拟机台)设定该机床9的机台特征、目标工件的信息、该刀具91的信息或其它的相关模拟条件;再在步骤S23中,配合该刀具91的移动路径利用该分析部11的内建程式进行模拟分析,以产生所需的对照数值,即该刀具91的每一刃周期的平均主轴负载差值的上限与下限,如图3C所示的五组(编号A1~A5)主轴负载的门槛值。有关该分析部11的内建程式的模拟分析的演算方式的种类繁多,并无特别限制。
接着,在步骤S24中,进行该目标工件的加工作业,将该目标工件置放在该工作平台9a上,以令该控制器90指示该刀具91对于该目标工件开始进行加工作业。当该刀具91进行加工作业时,如步骤S25,该收集部10会自该控制器90中收集该刀具91的移动路径所对应的座标、扭矩及转速等数据(如图4A所示),并将该些数据转换成该刀具91的主轴负载(如图4B所示的第二数据)。
在本实施例中,将扭矩及转速转换成该主轴负载的公式如下所示公式(a):
主轴负载=扭矩·(转速·2π/60)/1000……(a)。
接着,在步骤S26中,该计算部12利用该主轴负载计算出该刀具91的每一刃周期的平均主轴负载的差值(如第4D图所示),以作为实际数值。例如,先利用以下公式(b)配合图4B所示的数据(以粗框线分成每四组为一演算单位Q)计算出每一刃周期的平均主轴负载(如图4C所示的六组编号C1~C6的数据):
其中,P(m)为每一刃周期平均主轴负载(kW),且k为60·1000/转速/刀刃数,而PS(i)为每一个座标点的主轴负载(kW),再依据图4C所示的数据,将编号后者减去编号前者(即P(m)-P(m-1)),以得到图4D所示的五组(编号D1~D5)差值。
此时,该整合部13可将该对照数值(图3C的编号A1~A5的数据)与该实际数值(图4D的编号D1~D5的数据)进行整合匹配,以判断该刀具91是否为正常状态,所以能监控该机床9的即时运作状况。具体地,在该整合部13的匹配作业的过程中,是以相同座标点为基准,即编号A1对应编号D1,编号A2对应编号D2,以此类推,藉此判断该实际数值是否超出该对照数值的上下限的范围。
因此,若该实际数值未超出该对照数值的限制范围,则表示该刀具91呈正常状态,所以该机床9能继续运作(如下一个相同的目标工件的加工作业),即该刀具监控系统1继续收集该控制器90的数据(如下一个相同的目标工件的加工作业的第二数据,因相同的目标工件的加工作业的第一数据相同)。
相对地,若该实际数值超出该对照数值的限制范围(如图5A图所示的超限数据P),则表示该刀具91呈异常状态(如在电脑的显示屏中呈现图5B所示的即时曲线L3的超限数据P会超出上限曲线L1与下限曲线L2),所以该刀具监控系统1的警示部14会输出警示信号a,如步骤S27所示,以提醒(如采用灯号、警铃、电脑画面或其它方式等)使用者或强制该机床9停止运作,如步骤S28所示的结束监控作业。因此,使用者可即时替换该刀具91,而无需待整批相同的目标工件均完成加工作业后,才替换该刀具91。
综上所述,本发明的刀具监控系统1及其监控方法,通过该收集部10对于相同刀具路径及相同目标工件所收集的数据分成第一数据(如空跑作业的数据)与第二数据(如加工作业的数据),再将该第一数据与第二数据分别通过该分析部11(如虚拟机台)与计算部12演算出相同单位的数值(如主轴负载的差值)以进行比对,所以能即时监控该目标工件的加工状况。因此,在生产线上,同一刀具91对于相同的多个目标工件进行加工作业的过程中,若该刀具91产生损耗或该机床9发生机械异状,可即时发现该刀具91或该机床9呈现异常状态,而立即停止加工作业,所以相较于现有技术,使用者可在整批产品进行加工作业的过程,立刻更换刀具91或检修机床9,以避免增加瑕疵品的数量,因而有效避免目标工件或产品的损失。
再者,本发明无需在该机床9上安装大量感测器,所以不仅能大幅降低监控成本,且其监控精度不会受环境因素或电磁波干扰。
又,本发明通过该收集部10在加工现场收集第一数据与第二数据即可进行监控,因而无需使用数据库的技术,所以相较于现有技术,本发明在加工作业前无需进行建置数据库的作业,因而能节省作业时程及简化加工作业。
另外,同一种机床9可利用相同的刀具监控系统1(因分析部11的虚拟机台相同),所以该刀具监控系统1可同时监控多台同款机床9的运作状况,如图6所示。
上述实施例仅用以例示性说明本公开的原理及其功效,而非用于限制本公开。任何熟习此项技艺的人士均可在不违背本公开的精神及范畴下,对上述实施例进行修改。因此本公开的权利保护范围,应如权利要求书所列。
符号说明
1 刀具监控系统
10 收集部
10a 第一收集模块
10b 第二收集模块
11 分析部
12 计算部
13 整合部
14 警示部
9 机床
9a 工作平台
90 控制器
91 刀具
a 警示信号
P 超限数据
L1 上限曲线
L2 下限曲线
L3 即时曲线
Q 演算单位
S20~S28 步骤。
Claims (18)
1.一种刀具监控系统,用于连接具有控制器的机床,该机床配置有刀具,该刀具监控系统包括:
收集部,用于收集该控制器的第一数据与第二数据;
分析部,用于模拟分析该第一数据以获取对照数值;
计算部,利用该第二数据演算出实际数值;以及
整合部,用于将该对照数值与该实际数值进行整合匹配,以将该匹配的结果用于监控该刀具的运作状况。
2.根据权利要求1所述的刀具监控系统,其特征为,该第一数据为该刀具的座标与进给速率及主轴转速。
3.根据权利要求1所述的刀具监控系统,其特征为,该第二数据为该刀具的主轴负载。
4.根据权利要求1所述的刀具监控系统,其特征为,该分析部为该机床或该控制器的虚拟机台。
5.根据权利要求1所述的刀具监控系统,其特征为,该收集部将该第一数据转换成该刀具的移动路径,使该分析部利用该移动路径,以模拟分析出该刀具的主轴负载的参考值,作为该对照数值。
6.根据权利要求1所述的刀具监控系统,其特征为,该计算部利用该第二数据计算出该刀具的主轴负载值,以作为该实际数值。
7.根据权利要求6所述的刀具监控系统,其特征为,该刀具的主轴负载值为每一刃周期的平均主轴负载差值,以作为该实际值。
8.根据权利要求1所述的刀具监控系统,其特征为,该整合部所产生的匹配结果为刀具状况分析的结果。
9.根据权利要求1所述的刀具监控系统,还包括有依据该整合部的匹配结果输出警示信号的警示部。
10.一种刀具监控方法,应用于具有控制器的机床,该机床配置有刀具,包括:
收集该机床的第一数据与第二数据;
将该第一数据进行模拟分析以获取对照数值,且将该第二数据进行演算以获取实际数值;以及
将该对照数值与该实际数值进行整合匹配,以利用该匹配的结果监控该刀具的运作状况。
11.根据权利要求10所述的刀具监控方法,其特征为,该第一数据为该刀具的座标与进给速率及主轴转速。
12.根据权利要求10所述的刀具监控方法,其特征为,该第二数据为该刀具的主轴负载。
13.根据权利要求10所述的刀具监控方法,还包括通过该机床或该控制器的虚拟机台,将该第一数据进行模拟分析以获取该对照数值。
14.根据权利要求10所述的刀具监控方法,其特征为,该第一数据转换成该刀具的移动路径,以利用该移动路径模拟分析出该刀具的主轴负载的参考值,作为该对照数值。
15.根据权利要求10所述的刀具监控方法,其特征为,利用该第二数据计算出该刀具的主轴负载值,以作为该实际数值。
16.根据权利要求15所述的刀具监控方法,其特征为,该刀具的主轴负载值为每一刃周期的平均主轴负载差值,以作为该实际值。
17.根据权利要求10所述的刀具监控方法,其特征为,该匹配结果为刀具状况分析的结果。
18.根据权利要求10所述的刀具监控方法,还包括依据该匹配结果输出警示信号。
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