CN111185788A - 工具机智能管理系统及其管理方法 - Google Patents

Abstract

一种工具机智能管理系统及其管理方法，是对加工刀具进行检测并将检测获得的刀具参数储存至附随于刀具上的电子标签中，刀具被摆放于工具机的刀库的置刀座中，而利用安装在工具机内的读取器以非接触方式接收位于取刀位置的刀具上的电子标签内信息，当判读出电子标签内的信息与加工程序指令当中的信息不相符时，一个控制器即发出控制指令以令停机或是驱使刀库运转，使正确的刀具被带到取刀位置以便续行加工程序。

Description

工具机智能管理系统及其管理方法

技术领域

本发明是与数控工具机有关；特别是指一种工具机智能管理系统及其管理方法。

背景技术

已知的数控工具机(Computerized Numerical Control，CNC)是指由计算机扮演整合控制的角色来实现计算机辅助设计(Computer Aided Design，CAD)及计算机辅助制造(Computer Aided Manufacture，CAM)，并进一步地透过事先编辑的精确指令以自动进行各类切削的工具机。

前述精确指令是指将加工程序指令输入数控系统的记忆体后，经由计算机编译计算，透过位移控制系统，将信息传至驱动器以驱动马达的过程，来切削加工所设计的零件，前述加工程序指令包含移动指令及其他加工过程中需使用到的辅助指令，所述辅助指令包含由地址码(英文字母)及两个数字所组成具有某种意义的动作或功能的机能指令，常见的机能指令包括有G机能(准备机能)、M机能(辅助机能)、T机能(刀具机能)等。

已知数控工具机的应用实务上，从业人员先是在加工车间(Processingworkshop)内对切削加工所需使用的各类刀具进行多项检测及校正，且对检测及校正后的刀具以手写或是纸质条码方式进行刀号编写及分类管理，尔后再将检测及校正后的刀具放置在刀具推车上以便带至加工现场。从业人员于加工现场再依据加工程序指令而将刀具推车上的刀具逐一摆放于数控工具机的刀库上编列有刀号的置刀座中，以加工程序指令当中的“T15”为例，即表示从加工车间带到加工现场且编号第15号的刀具应该被放置在刀库编列有15号的置刀座，至此使得数控工具机在执行加工程序指令时，能正确取用刀具来对待加工物进行切削加工。

然而在实务中，以手写或是纸质条码方式对刀具进行刀号编写及分类管理的方式，存在着手写辨识不易或是书写错误的可能，而纸质条码在油污环境下容易污损，因此现有以手写或是纸质条码方式对刀具进行刀号编写及分类管理的方式未臻完善。

另外，从业人员在将刀具自刀具推车上取出并放置于刀库的置刀座的过程中，若有不察而导致刀具位置错放，例如在刀库编列15号的置刀座中错放为经过检测及校正且编为第14号的刀具，当错误未被发现并进入加工程序时，刀库依据加工程序指令而运转并使其编列15号的置刀座连同结合其上的第14号刀具一起抵达取刀位置之际，错误的第14号刀具将被取用，此情形轻则造成切削后的工件尺寸不符合加工需求而被弃置，重则发生刀具不当碰撞待加工物导致刀具或待加工物崩裂而需要停机以排除问题，如此将严重延宕加工时程。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种工具机智能管理系统及其管理方法，是可对刀具进行有效的编列及管理，并可确保刀具能正确地被选用来进行加工使用。

缘以达成上述目的，本发明提供的一种工具机智能管理系统包括具有主轴、刀库及控制器的数控工具机，主轴一端装设刀具，刀库容纳多数个刀具，控制器内建加工程序指令；另外，多数个电子标签分别附随于一个对应的刀具，且每一个电子标签具有对应该刀具的刀具参数，一读取器以非接触方式接收读取范围内的刀具上的电子标签的刀具参数。其中，该控制器对该读取器所接收的刀具参数与内建的加工程序指令进行比对，该控制器在比对后发现错误时发出一控制指令。

本发明的智能管理方法即是先对多数个刀具各别进行检测，并将检测获得的刀具参数储存至一对应的电子标签中，所述刀具参数包括不重复的加工刀号；接着将附随有电子标签的刀具摆放于刀库中；再依据加工程序指令控制刀库运转，且依据加工程序指令当中的执行刀号而将选定的刀具运送至取刀位置；之后读取位于取刀位置的刀具上所附随电子标签的刀具参数并透过比对所读取刀具参数当中的加工刀号与加工程序指令当中的执行刀号是否相符，若比对为不相符时该控制器发出控制指令。

在另一种的智能管理方法中，同样先对刀具各别进行检测并将检测的刀具参数储存至电子标签中，所述刀具参数包括不重复的加工刀号；接着将附随有电子标签的刀具摆放于刀库中；在读取过各个刀具上的电子标签后，在控制器中储存与加工程序指令当中的执行刀号相连接的加工刀号；而取刀机构依据加工程序指令当中的执行刀号抓取位于该刀库中的加工刀号与该执行刀号信息连接的刀具。

本发明的效果在于避免从业人员因不察而将刀具错放在非正确位置的置刀座中所衍生加工错误的情形发生。

附图说明

图1为本发明第一较佳实施例的工具机智能管理方法的流程图；

图2为上述智能管理方法当中部分流程所应用的器材设备示意图；

图3为本发明第一较佳实施例的工具机智能管理系统当中的工具机立体图；

图4为图3当中的工具机省略部分构件的侧视图；

图5为图3当中的工具机的刀盘前视图；

图6为本发明第二较佳实施例的工具机智能管理方法的流程图；

图7为本发明第三较佳实施例的工具机智能管理方法应用的工具机系统示意图；

图8为本发明上述第三较佳实施例的工具机智能管理方法的流程图。

【符号说明】

[本发明]

1刀具

2对刀仪

3计算机

4刀把

5发送器

6电子标签

7数控工具机

7A刀库 7B置刀座

7C控制器 7D操作面板

7E主轴 7F工作台

7G显示屏幕

8待加工物

9读取器

10加工机

10a主轴 10b控制器 10c换刀臂

11刀库

11a置刀座

12取刀机构

S1检测刀具

S2储存刀具信息

S3刀具放置

S3-1刀具与置刀座信息收集

S4刀具信息读取

S5比对信息

S6换刀作业

S7刀具信息读取

S8刀具信息连接与储存

S9取刀

具体实施方式

本发明的工具机智能管理系统及管理方法是可对加工使用的刀具进行有效的编列与管理，并可确保刀具能正确地被选用以预防不当的后续程序发生，所述不当的后续程序例如是使用错误的刀具而为加工，又或者是发生刀具不当碰撞待加工物的情况。为能更清楚地说明本发明，兹举较佳实施例并配合图式详细说明如后。

请参阅图1所示，本发明第一较佳实施例的工具机智能管理方法主要包括检测刀具S1、储存刀具信息S2、刀具放置S3、刀具信息读取S4以及比对信息S5等步骤，以下请再配合图2至图5所示，兹就各个步骤及实现该步骤中所需使用的器材设备说明如后。

在检测刀具S1方面：由于工具机在加工过程中经常需要使用到多种不同种类、规格的刀具，因此从业人员必须就加工过程当中需要使用到的刀具1预做准备，包括对刀具1进行各项量测及设定。实务中常见用于检测刀具1的仪器例如对刀仪2(tool settingdevice)，量测的项目包括但不限于刀长量测、刀径量测，而设定则是对量测后的结果做进一步的调整，例如刀长补正、刀具归零设定、刀具偏置值设定等，前述刀具的量测及设定结果以参数方式被储存于计算机3中。须说明的是，前述检测作业中的刀具1经常是以安装至刀把4而来进行检测的；另外，刀具1的检测作业常见施作于加工车间，所述加工车间是指依据任务需求而在工作现场规划出特定区域，本实施例的加工车间指的是内部储放有多数刀具以及相关检测仪器的场所。

在储存刀具信息S2方面：从业人员在加工车间内透过计算机3及无线射频识别系统(Radio Frequency Identification system，RFID system)当中的发送器5(Transmitter)与天线(Antenna)(图未示)而将上述对刀具1进行检测获得并储存在计算机3中的刀具参数以非接触方式发送至以读写式射频识别标签为例的电子标签6内并予以储存，所述刀具参数包括刀具规格、切削参数及转速参数等，以及具有不重复的加工刀号，所述电子标签6透过结合于刀把4的方式而与一对应的刀具1相附随，更具体的说，每一个电子标签6内所储存的刀具信息正是所依附对象刀具1的检测结果，且每一个电子标签6因具有不重复的加工刀号而具备识别度。

在刀具放置S3方面：当从业人员在加工车间内完成加工所需刀具的前置准备之后，应将刀具1连同其上的刀把4一起摆放至数控工具机7的刀库7A的置刀座7B中，即按照置刀座7B上的编号而将具有对应加工刀号的刀具1放入置刀座7B中。如图5所示的刀库7A盘面上沿着逆时针方向依序标记有数字“1”至数字“21”，即表示该刀库7A可供21把具有不同规格的刀具1放置，当所有的刀具皆已上架完成即表示可以进入加工程序。前述刀库7A可以是圆盘式刀库或者是能够容纳更多刀具的链条式刀库。

在刀具信息读取S4方面：当从业人员透过数控工具机7的控制器7C的操作面板7D而来开启加工程序时，主轴7E一端(底端)所装设的刀具1将依据控制器7C内建的加工程序指令而开始高速旋转及位移，据以对固定在工作台7F上的待加工物8进行加工。由于一个待加工物8通常需要经过铣、削、钻孔或是螺纹制作等多道的加工程序方能制得成品，因此主轴7E一端所装设的刀具1是依据加工程序指令当中所编译的执行刀号而被替换，例如当程序执行至编译的执行刀号“T15”时，即表示下一个加工程序当中的主轴7E一端应装设选自位于刀库7A上编号“15”位置的刀具1，于此同时，刀库7A将被控制运转并将选定的刀具运送至取刀位置，该被选定的刀具在被抓取之前，装设在数控工具机7内的读取器9将以非接触方式接收读取范围内的刀具1上所附随电子标签6的刀具参数。以图5当中的刀库7A为例，其取刀位置是位于盘面的最下缘处，而读取器9的读取范围是指读取器9至位于取刀位置的刀具1的距离。

在比对信息S5方面：控制器7C将自动地对读取器9所接收刀具参数当中的加工刀号，与内建加工程序指令当中的执行刀号进行比对判读，并在比对加工刀号与执行刀号为不相符时发出控制指令，反之，若比对的加工刀号与执行刀号相符时，则控制器7C依加工程序指令继续执行后续的加工程序。举例来说，当加工程序指令进行至编译的执行刀号“T15”时，刀库7A即依加工程序指令而被控制运转至其盘面上所标记数字“15”的置刀座7B连同放置在该置刀座7B中的刀具1一同来到取刀位置，然而读取器9接收位在取刀位置的刀具1上所附随电子标签6内的刀具参数却是包含“T14”的加工刀号时，控制器7C因比对发现有误旋即发出控制指令，在一实施例中，前述控制指令可以是停机的指令，借以避免实际上编为“T14”的刀具却被误以为是编号“T15”的刀具而被用来切削加工导致切削后的工件尺寸不符合期待或是不当地与待加工物发生碰撞。前述情形的发生肇因于从业人员在将刀具自加工车间移出并放置于刀库的置刀座的过程中，因不察导致刀具位置错放所致。另说明的是，加工刀号与执行刀号的比对不限于是数字的比对，也可以是以其他代码方式用来比对。

是以，本发明透过读取器9接收取刀位置的刀具1上所附随电子标签6内的刀具参数，以及控制器7C兼具的比对功能，在选定的刀具被抓取之前及时辨识出刀具位置是否有错放，进一步地确保刀具能正确地被选用来进行加工使用。另外，刀具的识别编号是透过电子标签6具有不重复的加工刀号而达成，改善已知以手写或是纸质条码方式对刀具进行刀号编写及分类管理所带来的不便。

再说明的是，控制器7C除了可发出控制指令之外，更可被赋予将比对发现错误的信息即时显示在操作面板7D的显示屏幕7G上，或者以发出声响或是亮光的方式来提醒从业人员注意的功能，以便从业人员能及时排除问题。甚者，控制器7C亦可透过移动应用程序(mobile application)传送即时信息予具有可读取该信息的电子装置的特定相对人，以便监控。

上述实施例中的控制指令是用以控制停机，然而在其他的实施例中，控制指令可以不用来控制停机而是作为其他的控制使用，例如当控制指令包含有与加工程序指令当中的执行刀号相符的加工刀号时，则可用以控制刀库7A运转并将正确的刀具1带至取刀位置，为了达成前述目的，本发明提供第二较佳实施例的工具机智能管理方法是在上述第一较佳实施例的方法的架构下予以调整，请参阅图6所示，其中在刀具放置S3之后、刀具信息读取S4之前，操控刀库7A以分度方式运转一圈，读取器9逐一接收通过取刀位置的所有刀具1上所附随电子标签6的刀具参数并将之传递至控制器7C，前述刀具参数包含不重复的加工刀号，于此同时，控制器7C把置刀座7B上的编号与存放在该置刀座7B中的刀具1的加工刀号予以连接并记录，举例而言，当刀库7A运转至使其置刀座7B的编号“15”来到取刀位置时，读取器9所接收电子标签6当中的加工刀号在正确的情况下应该是“T15”，控制器7C即把置刀座7B编号“15”与刀具1的加工刀号“T15”产生连接与记录，此步骤定义为刀具与置刀座信息收集S3-1。

当从业人员在完成刀具与置刀座信息收集S3-1作业，且透过操作面板7D而来启动数控工具机7以进行加工程序时，常态下的读取器9接收位于取刀位置的刀具1上所附随电子标签6内的加工刀号应该与同样位于取刀位置的置刀座7B编号相符，然而，若当从业人员在将刀具自加工车间移出并放置于刀库的置刀座的过程中因不察导致刀具位置错放时，将使得读取器9接收到的加工刀号经控制器7C比对后发现与加工程序指令当中的执行刀号不相符，此时的控制器7C将自数据库中查找正确的刀具被放置在第几号的置刀座中，据此发出包含有与执行刀号相符的加工刀号的控制指令，并控制刀库7A以最短的运转行程而将正确的刀具1运送至取刀位置，以便数控工具机7的主轴7E能够取用正确的刀具，前述将正确刀具带至取刀位置的步骤定义为换刀作业S6。至此，无须停机即能续行加工程序。

从上述各个实施例可知，本发明用以实现智能管理方法的管理系统至少包括数控工具机7、电子标签6及读取器9，其中数控工具机7尚且包括有主轴7E、刀库7A及控制器7C；而管理系统若还包含有发送器5将使得管理方法更为完整。

另外本发明再提供一种智能管理方法，请配合图7所示，其是应用于包括有加工机10、刀库11及取刀机构12的工具机系统中，其中加工机10包括主轴10a与控制器10b，主轴10a一端装设有刀具1，控制器10b内建包含有执行刀号的加工程序指令；刀库11独立于加工机10之外且具有多数个置刀座11a可容纳各式各样的刀具，每个刀位具有不重复的编号；而取刀机构12依据加工程序指令自刀库11中抓取适当的刀具。

请参阅图8所示，该方法依序包括检测刀具S1、储存刀具信息S2、刀具放置S3、刀具信息读取S7、刀具信息连接与储存S8及取刀S9等步骤，其中步骤S1及步骤S2与上述实施例相同，而步骤S3当中的刀具1是被放置在属于大型储刀结构体的刀库11的不同置刀座11a中。

本实施例的方法在刀具信息读取S7方面：是指透过操控移动机构(图未示)使其前端装设的读取器9能够以非接触方式逐一地读取各个置刀座11a中所存放刀具1上附随电子标签的刀具参数。

在刀具信息连接与储存S8方面：当读取器9完成每一个刀具信息读取的同时，控制器10b将自动地把刀位、刀具参数当中的加工刀号及加工程序指令当中的执行刀号做信息连接并予以储存。

在取刀S9方面：取刀机构12接受来自控制器10b的加工程序指令当中的执行刀号，进一步地自动抓取位于刀库11中的加工刀号与执行刀号信息连接的刀具1。必须说明的是，在此步骤S9中，取刀机构12的取刀方式是以刀具上的电子标签中的加工刀号为依据，而非以刀位为准，因此可以快速地找到刀具位置以减缩时间。取刀机构12并将取得的刀具带至加工机10以续行后续的加工程序，而在加工机10包括有换刀臂10c时，取刀机构12是把刀具交给换刀臂10c，换刀臂10c再将之与主轴10a上的刀具交换，自主轴10c上取下的刀具则再透过换刀臂10c以及取刀机构12而被放置到刀库11的空置刀位中。

尔后，重启步骤S7、步骤S8，以待下一次步骤S9的执行。至此，亦能避免从业人员因不察而将刀具错放在非正确位置处所衍生加工错误的情形发生。另说明的是，以本实施例技术为基础时可同时应用于多部工具机及多组刀库同时使用。

以上所述仅为本发明较佳可行实施例而已，举凡应用本发明说明书及权利要求书所为的等效变化，理应包含在本发明的专利范围内。

Claims (10)

1.一种工具机智能管理系统，其特征在于，包括：

一数控工具机，包括一主轴、一刀库及一控制器，其中该主轴一端用以装设刀具，该刀库容纳有多数个刀具，该控制器内建有加工程序指令；

多数个电子标签，分别附随于一个对应的刀具，且每一个电子标签具有对应该刀具的刀具参数；

一读取器，是以非接触方式接收读取范围内的刀具上的电子标签的刀具参数；

其中，该控制器对该读取器所接收的刀具参数与内建的加工程序指令进行比对，该控制器在比对后发现错误时发出一控制指令。

2.根据权利要求1所述的工具机智能管理系统，其特征在于，每一个电子标签当中的刀具参数包含有不重复的加工刀号，该控制器的加工程序指令包括执行刀号，该控制器比对加工刀号与执行刀号，并在比对为不相符时发出该控制指令。

3.根据权利要求2所述的工具机智能管理系统，其特征在于，包括一发送器，是以非接触方式将包含加工刀号的刀具参数发送至对应该刀具的电子标签内并予以储存。

4.一种工具机的智能管理方法，其特征在于，所述工具机包含一主轴、一刀库及一控制器，该主轴一端用以装设刀具，该刀库容纳有多数个刀具，该控制器内建有加工程序指令；该智能管理方法包含下列步骤：

对多数个刀具各别进行检测，并将检测获得的刀具参数储存至一对应的电子标签中，所述刀具参数包括不重复的加工刀号；

将附随有电子标签的刀具摆放于该刀库中；

依据加工程序指令控制该刀库运转，且依据加工程序指令当中的执行刀号而将选定的刀具运送至取刀位置；

读取位于取刀位置的刀具上所附随电子标签的刀具参数；

比对所读取刀具参数当中的加工刀号与加工程序指令当中的执行刀号是否相符，若比对为不相符时该控制器发出一控制指令。

5.根据权利要求4所述的工具机的智能管理方法，其特征在于，包括使用一发送器，该发送器以非接触方式将检测获得包含加工刀号的刀具参数发送至对应该刀具的电子标签内并予以储存。

6.根据权利要求4所述的工具机的智能管理方法，其特征在于，包括使用一读取器，该读取器以非接触方式接收位于取刀位置的刀具上的电子标签的刀具参数。

7.根据权利要求4所述的工具机的智能管理方法，其特征在于，包括使用一读取器，该读取器以非接触方式接收该刀库中所有刀具上所附随电子标签的刀具参数，该控制器储存该读取器接收所有刀具的刀具参数；当该控制器发出该控制指令时，该控制指令包含有与加工程序指令当中的执行刀号相符的加工刀号，该刀库运转并将具有与加工程序指令当中的执行刀号相符的加工刀号的刀具运送至取刀位置。

8.根据权利要求7所述的工具机的智能管理方法，其特征在于，是操控该刀库运转一圈，该读取器接收通过取刀位置的所有刀具上所附随电子标签的刀具参数。

9.一种加工刀具的智能管理方法，其特征在于，是应用于具有刀库、控制器及取刀机构的工具机系统中，该刀库具有多数个置刀座供容纳刀具，该控制器内建包含有执行刀号的加工程序指令，该取刀机构依据加工程序指令抓取刀具；该智能管理方法包含下列步骤：

对多数个刀具各别进行检测，并将检测获得的刀具参数储存至一对应的电子标签中，所述刀具参数包括不重复的加工刀号；

将附随有电子标签的刀具摆放于该刀库的各个置刀座中；

以非接触方式读取位于置刀座中的刀具上所附随电子标签的刀具参数，并将刀具参数当中的加工刀号与加工程序指令当中的执行刀号做信息连接并予以储存在该控制器中；

该取刀机构依据加工程序指令当中的执行刀号抓取位于该刀库中的加工刀号与该执行刀号信息连接的刀具。

10.根据权利要求9所述的工具机的智能管理方法，其特征在于，该工具机系统包括主轴，该主轴一端装设刀具；该取刀机构依据加工程序指令而将取自该刀库中的刀具与装设在该主轴上的刀具交换，自该主轴上取下的刀具被放置到该刀库的空置置刀座中；重新读取位于置刀座中的刀具上所附随电子标签的刀具参数，并将刀具参数当中的加工刀号与加工程序指令当中的执行刀号做信息连接并再储存于该控制器中。

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