CN110989513A - 一种应用于智能加工生产线的中央刀库控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种应用于智能加工生产线的中央刀库控制系统，其包括主控制单元、中央刀库、数控机床、数控机床控制单元、刀具控制单元、刀具物流系统控制单元、中央刀库机械手、生产线刀具操作站和刀具物流系统，主控制单元用于获取各个数控机床的刀库、刀具控制单元和刀具物流系统的数据信息，依据上述数据信息、加工生产计划和加工工艺要求，生成数控机床刀具控制指令、生产线刀具操作站控制指令、中央刀库刀具机械手控制指令和刀具物流系统控制指令，分别通过刀具控制单元、刀具物流系统控制单元和数控机床控制单元，实现数控机床刀库的刀具与生产线中央刀库的刀具的自动交换操作和数控机床刀具参数的自动设置，提高了数控机床的加工效率和主轴利用率、降低了加工生产成本，实现了小批量、定制化、个性化零件的高效自动化连续生产。
Description
技术领域
本发明属于数控领域，具体涉及一种应用于智能加工生产线的中央刀库控制系统。
背景技术
数控行业是装备制造业的基础，数控行业的水平决定了国家装备制造的能力。数控智能加工生产线已成为数控行业和数控技术的发展方向。目前常见的加工生产线，由于没有设置生产线的中央刀库，只能通过利用数控机床现有的刀库实现生产线的刀具管理。
具体地，在生产线的加工过程中，需要人工来解析数控机床的加工G代码加工程序中的T代码(刀具代码)程序，分析出在加工该工件时，数控机床所需要的刀具类型、刀具参数和刀具数量等刀具信息，然后根据数控机床刀库的刀具类型、刀具参数和刀具数量等刀具信息，由人工给数控机床的刀库调配和安装所需要的刀具，取走不需要的刀具，人工给数控机床的数控系统设置刀具的刀具表、刀补表等信息。
以上的数控机床加工过程中人工干预多，操作出错率高，加工生产效率低下，只能实现生产线的半自动化加工生产，因而，无法根据生产计划、加工设备状态、刀具状态和物料状态，实现并行多任务的排产加工的执行能力，针对多品种小批量的加工生产模式，无法实现柔性化、自动化和智能化的要求。同时，由于没有生产线级的刀具管理系统，需要人工给数控机床配置刀具，人工设置机床数控系统的刀库表和刀补表，效率低，出错率高，只适合少品种多批量加工生产；在多品种小批量加工生产模式状态下数控机床的主轴利用率＜80％，与单机加工效率相差无几。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种应用于智能加工生产线的中央刀库控制系统，其通过生产线主控制单元依据加工计划和加工工艺的要求的数据信息生成数控机床刀库的刀具控制指令、生产线刀具操作站控制指令、中央刀库的刀具控制指令和物流系统控制指令，分别通过数控机床控制单元(数控系统)、中央刀库的刀具控制单元和物流系统控制单元，实现数控机床刀库的刀具与生产线中央刀库的刀具的自动交换操作和数控系统刀具参数的自动设置，提高了数控机床的加工效率和主轴利用率，实现了小批量、定制化、个性化零件的高效柔性化、自动化和智能化的加工生产。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种应用于智能加工生产线的中央刀库控制系统，其包括主控制单元、中央刀库、数控机床、数控机床控制单元、刀具控制单元、刀具物流系统控制单元和生产线刀具操作站，主控制单元分别连接数控机床控制单元、刀具控制单元和物流系统控制单元，数控机床控制单元连接数控机床；刀具控制单元连接中央刀库机械手和生产线刀具操作站；刀具物流系统控制单元连接刀具物流系统；中央刀库用于存放生产线的集中刀具，
主控制单元用于获取各个数控机床的刀库、刀具控制单元和刀具物流系统的数据信息，依据上述数据信息、加工生产计划和加工工艺要求，生成数控机床刀具控制指令、生产线刀具操作站控制指令、中央刀库刀具机械手控制指令和刀具物流系统控制指令；将生产线刀具操作站控制指令和中央刀库刀具机械手控制指令发送给刀具控制单元；将刀具物流系统控制指令发送给刀具物流系统控制单元；将数控机床刀具控制指令发送给数控机床控制单元；
主控制单元包括生产线主控PLC控制单元，生产线主控PLC控制单元用于依据主控制单元的刀具调度控制指令，通过刀具控制单元与刀具机械手、刀具物流系统和数控机床的刀库控制PLC单元实现数控机床的刀具自动配送和交换操作；生产线主控PLC控制单元还用于依据主控制单元的刀具调度控制指令实现对数控机床的加工参数的自动配置；
刀具控制单元用于依据生产线刀具操作站控制指令实现对生产线刀具操作台的控制，还用于依据中央刀库刀具机械手控制指令操控中央刀库机械手；
刀具物流系统控制单元用于依据刀具物流系统控制指令实现对刀具物流系统的控制；
数控机床控制单元用于依据数控机床刀具控制指令实现数控机床上的上下刀具操作控制；
生产线刀具操作站用于依据生产线刀具操作站控制指令操控生产线刀具操作站的刀具上下刀具操作。
作为本发明的进一步改进，主控制单元还用于通过解析当前数控机床加工G代码程序中的刀具T代码程序和加工生产计划中的加工工艺要求，得到当前数控机床加工时所需要的刀具交换信息，以生成数控机床刀具控制指令和生产线刀具操作站控制指令。
作为本发明的进一步改进，主控制单元还用于通过解析生产线的加工生产计划和加工工艺要求数据，得到实现生产计划需要的所有刀具，通过生产线刀具操作站的人工操作，实现生产线中央刀库的上下刀具操作和刀具信息的读取和管理。
作为本发明的进一步改进，主控制单元还用于通过解析当前数控机床加工G代码程序中的刀具T代码程序以获取所需要的刀具物流信息，生成刀具物流系统控制指令。
作为本发明的进一步改进，数控机床控制单元用于依据生产线刀具控制系统控制指令操控数控机床刀库的刀具PLC控制模块，以实现数控机床刀库的上下刀具操作控制。
作为本发明的进一步改进，主控PLC控制系统通过EtherCAT开放架构的现场总线系统连接生产线刀具操作站、刀具控制单元、刀具物流系统控制单元和数控机床群。
作为本发明的进一步改进，刀具设置有RFID电子标签身份识别系统，以实现对所有刀具的规格种类和参数的识别，所述主控制单元利用刀具数据库对刀具进行分配和管理
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：
本发明的一种应用于智能加工生产线的中央刀库控制系统，其通过主控制单元用于依据加工计划数据生成数控机床刀具控制指令、生产线刀具操作站控制指令、中央刀库刀具机械手控制指令和刀具物流系统控制指令，分别通过刀具控制单元、刀具物流系统控制单元和刀具物流系统控制单元，通过生产线的中央刀库、生产线的刀具控制与刀具物流系统，实现数控机床刀库的刀具与生产线中央刀库的刀具的自动交换操作、自动修改数控系统的刀库表和刀补表等刀具参数，从而实现数控机床加工运行的柔性化和自动化操作，同时提高了数控机床的加工效率和主轴利用率，实现了小批量、定制化、个性化零件的高效柔性化和自动化连续加工生产。
本发明的一种应用于智能加工生产线的中央刀库控制系统，实现数控机床刀库的刀具与生产线中央刀库的刀具的自动交换操作、数控系统的刀具参数的自动设置和对数控机床的自动上下工件、加工生产计划的自动排产，减少了数控机床的加工准备时间，提高了数控机床的利用率和主轴利用率；通过对加工刀具和待加工工件配备相应的身份识别系统，自动识别刀具和工件的规格种类、记录加工状态，并根据情况自主安排、调度工件的加工顺序、优化加工工艺流程；根据加工工艺的要求自动更换加工程序及刀具，使加工流程更合理、顺畅，实现加工生产过程的自动化、智能化和无人值守效果，节省人力成本。
本发明的一种应用于智能加工生产线的中央刀库控制系统，通过对加工生产各个环节的刀具控制和调配，可实现加工生产线中央刀库含200多把刀(最大可存放刀具数量为500把)且每台机床20把刀的配置，同时具备生产线中央刀库系统对数控机床的自动配置刀具、数控机床之间的刀具相互调用、数控机床在加工过程中的不停机配刀(上下刀)功能和刀具寿命到达时的自动下刀等功能。
附图说明
图1是本发明实施例的一种应用于智能加工生产线的中央刀库控制系统的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。下面结合具体实施方式对本发明进一步详细说明。
图1是本发明实施例的一种应用于智能加工生产线的中央刀库控制系统的结构示意图。如图1所示，一种应用于智能加工生产线的中央刀库控制系统，其包括主控制单元、中央刀库、数控机床、数控机床控制单元、刀具控制单元、刀具物流系统控制单元和生产线刀具操作站，主控制单元分别连接数控机床控制单元、刀具控制单元和物流系统控制单元，数控机床控制单元连接数控机床；刀具控制单元连接中央刀库机械手和生产线刀具操作站；刀具物流系统控制单元连接刀具物流系统；
中央刀库是生产线的集中刀具存放的线边库，数控机床是生产线中的各个数控加工中心机床，
其中：
主控制单元用于获取各个数控机床的刀库、生产线中央刀库、生产线刀具操作站和生产线刀具控制单元与刀具物流系统的数据信息，依据上述数据信息、将要加工计划和加工工艺要求生成数控机床刀具控制指令、生产线刀具操作站控制指令、中央刀库刀具机械手控制指令和刀具物流系统控制指令，将生产线刀具操作站控制指令和中央刀库刀具机械手控制指令发送给刀具控制单元，控制数控机床的刀库协同配合生产线刀具机械手进行刀具的交换自动操作，控制生产线刀具操作站，如果所需要的刀具在生产线中央刀库中，则不需要在刀具操作站进行刀具的上下刀操作；如果所需要的刀具不在生产线中央刀库中，则需要在刀具操作站进行刀具的上下刀操作；将刀具物流系统控制指令发送给刀具物流系统控制单元；将数控机床刀具控制指令发送给数控机床控制单元；
主控制单元包含生产线主控PLC控制单元，用于依据主控制单元的刀具调度控制指令，通过生产线刀具控制单元与刀具机械手、生产线刀具物流系统和数控机床的刀库控制PLC单元实现数控机床的刀具自动配送和交换操作；其还用于依据主控制单元的刀具调度控制指令实现对数控机床的加工参数的自动配置；
作为一个示例，生产线主控PLC控制单元通过EtherCAT开放架构的现场总线系统连接生产线刀具机械手、生产线刀具物流系统和数控机床群。具体地，可通过控制生产线桁架式机械手实现刀具的中央刀库的刀具的上下刀具控制、数控机床群的刀具自动配送和交换控制、中央刀库的刀具物流控制、刀具动态管理、监控和配送过程中的位置误差补偿。生产线中的所有刀具带有RFID电子标签，可利用数据库对刀具进行管理。
刀具控制单元用于依据生产线刀具操作站控制指令实现对生产线刀具操作台的控制，还用于依据中央刀库刀具机械手控制指令操控中央刀库机械手；
刀具物流系统控制单元用于依据刀具物流系统控制指令实现对刀具物流系统的控制，以实现刀具物流系统的刀具配送操作；
数控机床的刀库控制PLC单元用于依据数控系统控制指令实现数控机床的刀具和生产线中央刀库的刀具的自动交换操作；
生产线刀具操作站用于依据生产线刀具操作站控制指令操控生产线刀具操作站的刀具上下刀具操作；
上述的种应用于智能加工生产线的中央刀库控制系统，由主控制单元根据加工生产计划、数控机床的加工程序和加工工艺等，通过生产线的中央刀库和刀具的控制机械手与物流系统，给数控机床的刀库自动配置刀具和对数控系统的刀具表和刀补表自动设置，从而实现数控机床自动化和柔性化操作运行。
具体地，主控制单元通过解析并对比上一次数控机床加工G代码加工程序和当前数控机床加工G代码加工程序中的T代码(刀具代码)程序，查询数控机床现有刀库上刀具的所有信息，得到当前数控机床加工时所需要的刀具更换信息，如刀具类型、刀具数量、刀具的参数、刀具的使用时间等，以生成生产线中央刀库的刀具控制控制指令。
具体地，主控制单元通过解析并对比上一次数控机床加工G代码加工程序和当前数控机床加工G代码加工程序中的T代码(刀具代码)程序，查询数控机床现有刀库中所有刀具的信息，得到当前数控机床加工时所需要的刀具更换信息，如刀具类型、刀具数量、刀具的参数、刀具的使用时间等，以生成生产线刀具操作站的控制指令。
具体地，主控制单元通过解析并对比上一次数控机床加工G代码加工程序和当前数控机床加工G代码加工程序中的T代码(刀具代码)程序，查询数控机床现有刀库中刀具的所有信息，得到当前数控机床加工时所需要的刀具更换信息，如刀具类型、刀具数量、刀具的参数、刀具的使用时间等，以生成中央刀库刀具的物流控制指令。
具体地，主控制单元通过解析并对比上一次数控机床加工G代码加工程序和当前数控机床加工G代码加工程序中的T代码(刀具代码)程序，查询数控机床现有刀库中刀具的所有信息，得到当前数控机床加工时所需要的刀具更换信息，如刀具类型、刀具数量、刀具的参数、刀具的使用时间等，以生成数控机床刀库的控制指令。
生产线中的所有数控机床均为并联布置，各个数控机床之间相互独立，并行运行，集中控制。可以同时加工不同种类的零件或同一种类零件的不同工序，实现小批量、定制化、个性化零件的多批量、高效自动化连续生产(如果为串联加工生产线，其某个环节出故障，后续环节将会停顿)，如果某个数控机床单机发生故障时其他数控机床不会停机和停止加工生产，生产线的排产规划将会自动将该数控机床剔除已有的生产规划和控制(进行人工维修，维修结束后，再进入生产线的生产排产规划中)，重新自动调整排产规划和控制状态，这样，加工生产进度不间断，整体生产进程不受影响。
主控制单元具备自动排产功能，从而依据生产计划、加工设备状态、刀具状态和物料状态，达到实现并行多任务的排产加工执行能力。同时，加工生产线具有自动给加工中心配置刀具的功能，可以提高数控机床的加工效率，无出错率。从而适合多品种小排量加工生产，也可以实现少品种多批量加工生产，自动解决加工任务的不均衡问题。
作为进一步的优选，通过生产线加工物料机械手在物料上下料区对工件进行抓取，加工生产排产，数控机床的自动上下料，减少了数控机床的加工准备时间，提高了数控机床的主轴利用率(单机数控机床加工的主轴利用率：20～40％，生产线的数控机床主轴利用率＞80％)，生产线设有物料库(即物料缓冲区)，使得数控机床准备区的工件可以及时的供应和取出；保障了机床加工过程的连续性，具备关灯工厂的功能。通过对加工工件配备相应的身份识别系统，自动识别加工工件的规格种类、记录工件的加工状态，并根据实际生产状况自主调度工件的加工顺序、优化加工工艺流程，根据加工的生产计划和加工工件的种类自动更换加工程序及刀具，使加工流程更合理、顺畅。实现生产线加工生产过程的自动化、智能化、柔性化和无人值守效果，提高加工生产效率、降低加工生产成本。
作为进一步的优选，生产线中的所有刀具具有刀具寿命管理、刀具损坏(断刀)预警等功能，实现加工过程中的到寿命的刀具和损坏(断刀)的刀具的自动告警和自动剔除功能。生产线中的中央刀库含216把刀，且每台数控机床的刀库有20把刀，整条生产线最大可存放刀具数量为500把刀具。具备生产线中央刀库对各个数控机床的自动交换刀具、生产线中的各个数控机床之间的刀具自动调配刀具、数控机床在加工过程中的不停机时的自动交换刀具功能和数控机床中的刀具寿命到达时自动下刀等功能。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种应用于智能加工生产线的中央刀库控制系统，其包括主控制单元、中央刀库、数控机床、数控机床控制单元、刀具控制单元、刀具物流系统控制单元、中央刀库机械手、生产线刀具操作站和刀具物流系统，所述主控制单元分别连接数控机床控制单元、刀具控制单元和物流系统控制单元，所述数控机床控制单元连接数控机床；所述刀具控制单元连接中央刀库机械手和生产线刀具操作站；所述刀具物流系统控制单元连接刀具物流系统；所述中央刀库机械手和刀具物流系统分别连接中央刀库，所述中央刀库用于存放生产线的集中刀具，其特征在于：
所述主控制单元用于获取各个数控机床的刀库、刀具控制单元和刀具物流系统的数据信息，依据上述数据信息、加工生产计划和加工工艺要求，生成数控机床刀具控制指令、生产线刀具操作站控制指令、中央刀库刀具机械手控制指令和刀具物流系统控制指令；将生产线刀具操作站控制指令和中央刀库刀具机械手控制指令发送给刀具控制单元；将刀具物流系统控制指令发送给刀具物流系统控制单元；将数控机床刀具控制指令发送给数控机床控制单元；
所述主控制单元包括生产线主控PLC控制单元，所述生产线主控PLC控制单元用于依据主控制单元的刀具调度控制指令，通过刀具控制单元与刀具机械手、刀具物流系统和数控机床的刀库控制PLC单元实现数控机床的刀具自动配送和交换操作；所述生产线主控PLC控制单元还用于依据主控制单元的刀具调度控制指令实现对数控机床的加工参数的自动配置；
所述刀具控制单元用于依据生产线刀具操作站控制指令实现对生产线刀具操作台的控制，还用于依据中央刀库刀具机械手控制指令操控中央刀库机械手；
所述刀具物流系统控制单元用于依据刀具物流系统控制指令实现对刀具物流系统的控制；
所述数控机床控制单元用于依据数控机床刀具控制指令实现数控机床上的上下刀具操作控制；
所述生产线刀具操作站用于依据生产线刀具操作站控制指令操控生产线刀具操作站的刀具上下刀具操作。
2.根据权利要求1所述的一种应用于智能加工生产线的中央刀库控制系统，其特征在于，所述主控制单元还用于通过解析当前数控机床加工G代码程序中的刀具T代码程序和加工生产计划中的加工工艺要求，得到当前数控机床加工时所需要的刀具交换信息，以生成数控机床刀具控制指令和生产线刀具操作站控制指令。
3.根据权利要求1所述的一种应用于智能加工生产线的中央刀库控制系统，其特征在于，所述主控制单元还用于通过解析生产线的加工生产计划和加工工艺要求数据，得到实现生产计划需要的所有刀具，通过生产线刀具操作站的人工操作，实现生产线中央刀库的上下刀具操作和刀具信息的读取和管理。
4.根据权利要求1所述的一种应用于智能加工生产线的中央刀库控制系统，其特征在于，所述主控制单元还用于通过解析当前数控机床加工G代码程序中的刀具T代码程序以获取所需要的刀具物流信息，生成刀具物流系统控制指令。
5.根据权利要求1所述的一种应用于智能加工生产线的中央刀库控制系统，所述数控机床控制单元用于依据生产线刀具控制系统控制指令操控数控机床刀库的刀具PLC控制模块，以实现数控机床刀库的上下刀具操作控制。
6.根据权利要求1所述的一种应用于智能加工生产线的中央刀库控制系统，其特征在于，所述主控PLC控制系统通过EtherCAT开放架构的现场总线系统连接生产线刀具操作站、刀具控制单元、刀具物流系统控制单元和数控机床群。
7.根据权利要求1所述的一种应用于智能加工生产线的中央刀库控制系统，其特征在于，刀具设置有RFID电子标签身份识别系统，以实现对所有刀具的规格种类和参数的识别，所述主控制单元利用刀具数据库对刀具进行分配和管理。
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