CN113835396A - Cnc刀具监测方法和系统及调度管理方法和系统 - Google Patents
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Abstract
本发明为解决现有多品种、小批量的柔性制造模式下，数控刀具的剩余切削使用时间管理不充分，浪费刀具资源利用率，影响产品加工生产质量以及效率的问题，公开了一种CNC刀具监测方法和系统及调度管理方法和系统，属于智能监测技术领域。本发明中通过采集CNC的运行状态信息，并根据运行状态信息判定工作中的刀具是否处于切削状态，由此计算剩余切削使用时间。同时根据加工任务以及刀具的剩余切削使用时间进行调度。本发明一种CNC刀具监测方法和系统及调度管理方法、系统和设备，有效剔除刀具处于非切削状态下的时间，提高刀具实际切削时间的计算精度，对全部刀具进行统一调度管理，大大提高了刀具的利用率，保证了产品的质量和生产效率。
Description
技术领域
本发明涉及智能监测技术领域，尤其涉及一种多品种、小批量生产模式下CNC刀具监测方法和系统及调度管理方法和系统。
背景技术
现如今单品种、大批量的生产模式已无法满足柔性制造市场生产需求，多品种、小批量的柔性制造模式逐渐成为当前市场主流生产模式。随着生产模式的转变，企业生产所需刀具规格、数量等也在不断增加。一台数控机床设备（简称CNC）会配备有几十把数控刀具，而生产企业车间通常具有多台数控设备。
然而，生产企业中大多存在数控刀具的剩余切削使用时间管理不充分的现象，会浪费刀具资源利用率，影响产品加工生产质量以及效率。因此，提供一种行之有效的数控刀具检测方法和调度管理方法对生产企业具有重要意义。
发明内容
本发明为解决现有多品种、小批量的柔性制造模式下，数控刀具的剩余切削使用时间管理不充分，浪费刀具资源利用率，影响产品加工生产质量以及效率的问题，提供一种CNC刀具监测方法和系统及调度管理方法和系统，有效剔除刀具处于非切削状态下的时间，提高刀具实际切削时间计算精度，对全部刀具及其剩余切削使用时间进行统一调度管理，大大提高了刀具的利用率，保证了产品的质量和生产效率，且方法简单且易推广。
本发明采用的技术方案是：
CNC刀具监测方法，监测方法包含以下步骤：
步骤S1，CNC刀具监测系统获取刀具的第一基础信息和第二基础信息，第一基础信息包括工作中的刀具的编号，第二基础信息包括工作中的刀具的剩余切削使用时间；第一基础信息与第二基础信息对应；
步骤S2，所述CNC刀具监测系统采集CNC的运行状态信息，并根据运行状态信息判定工作中的刀具是否处于切削状态，运行状态信息包括急停状态数据、G代码程序运行状态数据、轴移动状态数据、主轴转速以及主轴负载电流值；若CNC刀具监测系统判定刀具处于切削状态，记录工作信息，工作信息包括刀具处于切削状态时的累计时间；
步骤S3，所述CNC刀具监测系统计算第二基础信息和工作信息的差值，差值为加工后刀具的剩余切削使用时间。
进一步地，所述方法还包括以下步骤：
步骤S4，若所述CNC刀具监测系统计算第二基础信息和工作信息的差值小于等于0，或者若CNC刀具监测系统监测到剩余切削使用时间小于预警值，提出示警；
步骤S5，若所述CNC刀具监测系统计算第二基础信息和工作信息的差值大于0且大于预警值，将第二基础信息替换为剩余切削使用时间。
进一步地，所述步骤S2中包含以下步骤：
步骤S21，所述CNC刀具监测系统依据急停状态数据判定CNC是否处于急停模式；若CNC刀具监测系统判定为处于急停模式，刀具处于非切削状态；
步骤S22，所述CNC刀具监测系统依据G代码程序运行状态数据判定CNC是否处于运行状态；若CNC刀具监测系统判定未处于运行状态，刀具处于非切削状态；
步骤S23，所述CNC刀具监测系统依据轴移动状态数据判定CNC的主轴是否处于移动状态；若CNC刀具监测系统判定未处于移动状态，刀具处于非切削状态；
步骤S24，所述CNC刀具监测系统依据主轴转速判定CNC的主轴是否达到主轴指令转速；若CNC刀具监测系统判定未达到，刀具处于非切削状态；
步骤S25，所述CNC刀具监测系统依据主轴负载电流值判定CNC的主轴是否达到电流阈值；若CNC刀具监测系统判定未达到，刀具处于非切削状态。
CNC刀具监测系统，所述系统包括：
获取单元，所述获取单元获取刀具的第一基础信息和第二基础信息，第一基础信息包括工作中的刀具的编号，第二基础信息包括工作中的刀具的剩余切削使用时间；第一基础信息与第二基础信息对应；
判定单元，所述判定单元采集CNC的运行状态信息，并根据运行状态信息判定工作中的刀具是否处于切削状态，运行状态信息包括急停状态数据、G代码程序运行状态数据、轴移动状态数据、主轴转速以及主轴负载电流值；若CNC刀具监测系统判定刀具处于切削状态，记录工作信息，工作信息包括刀具处于切削状态时的累计时间；
计算单元，所述计算单元计算第二基础信息和工作信息的差值，差值为刀具的剩余切削使用时间。
进一步地，所述系统还包括：
示警单元，所述示警单元用于若第二基础信息和工作信息的差值小于等于0，或者若剩余切削使用时间小于预警值时，提出示警；
替换单元，所述替换单元用于若第二基础信息和工作信息的差值大于0且大于预警值时，将第二基础信息替换为加工后刀具的剩余切削使用时间。
进一步地，所述判定单元包括：
第一判定单元，所述第一判定单元依据急停状态数据判定CNC是否处于急停模式；若第一判定单元判定为处于急停模式，刀具处于非切削状态；
第二判定单元，所述第二判定单元依据G代码程序运行状态数据判定CNC是否处于运行状态；若第二判定单元判定未处于运行状态，刀具处于非切削状态；
第三判定单元，所述第三判定单元依据轴移动状态数据判定CNC的主轴是否处于移动状态；若CNC刀具监测系统判定未处于移动状态，刀具处于非切削状态；
第四判定单元，所述第四判定单元依据主轴转速判定CNC的主轴是否达到主轴指令转速；若第四判定单元判定未达到，刀具处于非切削状态；
第五判定单元，所述第五判定单元依据主轴负载电流值判定CNC的主轴是否达到电流阈值；若第五判定单元判定未达到，刀具处于非切削状态。
CNC刀具调度管理方法，所述方法包括以下步骤，
步骤S1，所述CNC刀具调度管理系统建立基础信息库，基础信息库包括全部刀具的编号以及对应刀具的剩余切削使用时间；
步骤S2，所述CNC刀具调度管理系统接收第一加工信息，第一加工信息包括计划使用的刀具的编号和预计的切削加工时间；
步骤S3，所述CNC刀具调度管理系统将第一加工信息与基础信息库进行比对，判定是否执行CNC切削加工操作；
步骤S4，所述CNC刀具调度管理系统采集CNC加工后的第二加工信息，第二加工信息包括实际使用的刀具的编号以及加工后的刀具的剩余切削使用时间；
步骤S5，所述CNC刀具调度管理系统依据第二加工信息更新基础信息库；
其中，剩余切削使用时间通过前述CNC刀具监测方法得到或者通过前述的CNC刀具监测系统得到。
进一步地，所述步骤S3中包含以下步骤：
步骤S31，若所述CNC刀具调度管理系统比对第一加工信息与基础信息库后判定符合加工需求，发布加工指令，执行CNC切削加工操作；
步骤S32，若所述CNC刀具调度管理系统比对第一加工信息与基础信息库后判定不符合加工需求，调用基础信息库中符合加工要求的刀具，发布加工指令，执行CNC切削加工操作；
步骤S33，若所述CNC刀具调度管理系统比对第一加工信息与基础信息库后判定不符合加工需求，基础信息库中亦无其他符合加工要求的刀具，发布刀具补充指令。
实施前述的CNC刀具调度管理方法的CNC刀具调度管理系统，所述系统包括：
存储单元，所述存储单元储存有基础信息库，基础信息库包括全部刀具的编号以及对应刀具的剩余切削使用时间；
接收单元，所述接收单元接收第一加工信息，第一加工信息包括计划使用的刀具的编号和预计的切削使用时间；
比对单元，所述比对单元将第一加工信息与基础信息库进行比对，判定是否执行CNC切削加工操作；
采集单元，所述采集单元采集CNC加工后的第二加工信息，第二加工信息包括实际使用的刀具的编号以及加工后的刀具的剩余切削使用时间；
更新单元，所述更新单元依据第二加工信息更新基础信息库。
CNC刀具调度管理设备，其与数控机床设备进行通讯，所述设备包括：
数据采集模块，所述数据采集模块用于获取判定刀具当前加工状态的数据信息；
数据处理模块，所述数据处理模块用于对采集的刀具状态数据信息进行分析处理以及计算刀具的剩余切削使用时间；
调度管理模块，所述调度管理模块用于CNC加工中刀具的核实、调用或者发布；
接口模块，所述接口模块用于实现对CNC加工过程中各项所需数据信息的传递；
通讯模块，所述通讯模块用于数据信息交互；
存储模块，所述存储模块用于数据信息存储。
本发明的有益效果是：
本发明为解决现有多品种、小批量的柔性制造模式下，数控刀具的剩余切削使用时间管理不充分，浪费刀具资源利用率，影响产品加工生产质量以及效率的问题，提供一种CNC刀具监测方法和系统及调度管理方法、系统和设备。CNC刀具监测方法和系统中，利用采集CNC加工过程采集CNC的运行状态信息判定该刀具当前加工状态，有效剔除刀具空切以及CNC自动换刀等刀具处于非切削状态下的时间，提高刀具实际切削时间计算精度，从而提高刀具的剩余切削使用时间监测精度。调度管理方法、系统和设备中，通过对全部刀具及其剩余切削使用时间进行统一调度管理，大大提高了刀具的利用率，保证了产品的质量和生产效率。本发明中的方法简单且容易推广。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或有现技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为实施例1中，非切削状态的逻辑判断流程。
图2为实施例2中，调度管理系统的逻辑连接示意图。
图3为实施例2中，调度管理的逻辑流程图。
附图标记为：
100-数据采集模块，200-数据处理模块，300-调度管理模块，400-通讯模块，500-存储模块。
具体实施方式
在下文中，仅简单地描述了某些示例性实施例。正如本领域技术人员可认识到的那样，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可通过各种不同方式修改所描述的实施例。因此，附图和描述被认为本质上是示例性的而非限制性的。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。
下面结合附图对发明的实施例进行详细说明。
实施例1
现如今单品种、大批量的生产模式已无法满足市场生产需求，多品种、小批量的柔性制造模式逐渐成为当前市场主流生产模式。随着生产模式的转变，企业生产所需刀具规格、数量等也在不断增加。一台数控机床设备（简称CNC）会配备有几十把数控刀具，而生产企业车间通常具有多台数控设备。在零件加工过程中，如何实现大量刀具剩余可用切削时间的有效管理对加工产品的质量具有直接影响。然而，车间实际应用中刀具剩余可用切削时间的监测管理，存在以下缺陷：当前车间生产加工所常用的数控系统配备有刀具寿命管理功能。但该功能往往依据加工程序运行时间或加工工件个数进行刀具使用切削时间的计算。而在实际加工生产中，数控系统进行自动换刀以及加工过程中的空切阶段，刀具并未参与实际切削。因此，刀具剩余可用切削时间的计算精度仍是一个问题。
为此，为提高刀具剩余使用切削时间的计算精度，本实施例中提供一种CNC刀具监测方法，包含以下步骤：
步骤S1，CNC刀具监测系统获取刀具的第一基础信息和第二基础信息，第一基础信息包括工作中的刀具的编号，第二基础信息包括工作中的刀具的剩余切削使用时间；第一基础信息与第二基础信息对应。
对于新的刀具即第一次使用的刀具，其剩余切削使用时间为出厂设计的时间。对于二次刀具即多次使用的刀具，其剩余切削使用时间为前次使用后留存的时间。
步骤S2，CNC刀具监测系统采集CNC的运行状态信息，并根据运行状态信息判定工作中的刀具是否处于切削状态，运行状态信息包括急停状态数据、G代码程序运行状态数据、轴移动状态数据、主轴转速以及主轴负载电流值；若CNC刀具监测系统判定刀具处于切削状态，记录工作信息，工作信息包括刀具处于切削状态时的累计时间。
具体的，步骤S2中包含以下步骤：
步骤S21，CNC刀具监测系统依据急停状态数据判定CNC是否处于急停模式；若CNC刀具监测系统判定为处于急停模式，刀具处于非切削状态。
步骤S22，CNC刀具监测系统依据G代码程序运行状态数据判定CNC是否处于运行状态；若CNC刀具监测系统判定未处于运行状态，刀具处于非切削状态。
步骤S23，CNC刀具监测系统依据轴移动状态数据判定CNC的主轴是否处于移动状态；若CNC刀具监测系统判定未处于移动状态，刀具处于非切削状态。
步骤S24，CNC刀具监测系统依据主轴转速判定CNC的主轴是否达到主轴指令转速；若CNC刀具监测系统判定未达到，刀具处于非切削状态。
步骤S25，CNC刀具监测系统依据主轴负载电流值判定CNC的主轴是否达到电流阈值；若CNC刀具监测系统判定未达到，刀具处于非切削状态。
如附图1中所示，首先利用数据采集程序采集刀具数据，明确当前加工所使用的刀具编号以及刀具基础属性；进一步利用急停判定状态数据判断是否处于急停模式；当加工设备处于非急停状态时，利用G代码程序运行状态数据判断当前加工设备是否有加载的G代码程序运行；当G代码程序处于运行状态时，利用采集轴移动判定状态数据判断轴是否处于移动状态；当轴处于移动状态时，为提高实际加工过程主轴旋转状态判定准确性，利用采集加工程序主轴指令转速数据与采集当前加工设备主轴实际转速数据之间的差值，判定加工设备主轴是否达到加工要求所需转速；当主轴达到加工需求转速时，利用采集主轴负载电流值与判定电流阈值，比如设定主轴电流阈值为1.4A，大于1.4A时处于切削状态，实时判断当前刀具所处加工状态。
步骤S3，CNC刀具监测系统计算第二基础信息和工作信息的差值，差值为刀具的剩余切削使用时间。
步骤S4，若CNC刀具监测系统计算第二基础信息和工作信息的差值小于等于0，或者若CNC刀具监测系统监测到剩余切削使用时间小于预警值，提出示警。
为提升实际生产中大量数控刀具剩余可用切削时间的监控管理效率，现对数控设备中所有刀具进行刀具警告与报警值设置。比如，当刀具使用时间达到设定可用切削时间的90%时进行刀具警告提醒，刀具使用时间达到设置可用切削时间的98%时进行刀具报警提醒。例如数控系统中1号刀具设定的额定可用切削时间为200min，当1号刀具使用时间达到180分钟时，数据采集系统将1号刀具使用情况判定为警告状态，提醒该刀具存在损坏风险；当1号刀具使用时间达到196分钟时，数据采集系统将1号刀具使用情况判定为报警状态，提醒该刀具需要更换。
具体的预警值的设置大小，需结合刀具的情况以及待加工工件的材质、可靠度等因素进行综合设置。
步骤S5，若CNC刀具监测系统计算第二基础信息和工作信息的差值大于0且大于预警值，将第二基础信息替换为剩余切削使用时间。
更为具体的，比如某CNC中，刀具监测剩余切削使用时间的流程为：
1）数据采集：使用基于网口通讯连接调用二次开发包API接口文件方法采集数控系统加工状态信息以及刀具信息等静态数据和动态数据，该刀具信息包括刀具编码和对应刀具的剩余切削使用时间，以进行后续的算法处理。
2）当前刀号确定：通过采集到的通道数据value.toolUse判定数控系统主轴安装刀具号，该刀具号即第一基础信息。
3）程序运行判断：通过实时采集到的通道数据value.isRunning（此数据为bool型数据），当采集数据为1时，说明当前数控系统G代码加工程序处于运行状态；当采集数据为0时，说明当前数控系统G代码加工程序处于非运行状态。该步骤中即进行CNC刀具监测系统依据急停状态数据判定CNC是否处于急停模式以及CNC刀具监测系统依据G代码程序运行状态数据判定CNC是否处于运行状态。
4）轴移动判断：通过实时采集到的通道数据value.isMoving（此数据为bool型数据），当采集数据为1时，说明当前数控系统各轴处于移动状态；当采集数据为0时，说明当前数控系统各轴处于非移动状态。该步骤中即进行CNC刀具监测系统依据轴移动状态数据判定CNC的主轴是否处于移动状态。
5）主轴旋转判断：通过采集到的轴数据spd（指令速度）与spd_1（实际速度）计算两者差值，当差值大于0r/min且小于3r/min时，说明当前主轴转速达到数控系统加工时的主轴指令转速。该步骤中即进行CNC刀具监测系统依据主轴转速判定CNC的主轴是否达到主轴指令转速。
6）刀具状态判断：通过实时采集到的轴数据pos（负载电流）是否达到设定阈值，当采集数据大于阈值时，判定刀具处于切削状态；当采集数据小于阈值时，判定刀具处于非切削状态。该步骤中即进行CNC刀具监测系统依据主轴负载电流值判定CNC的主轴是否达到电流阈值。
在实际加工过程中，主轴负载电流值不是一个固定值，具有一定的分散性。因此，对于阈值的选取可以根据对主轴负载电流值连续进行监测，观测其分布规律，而后确定出具有一定可靠度水平的监测阈值，以此来判定刀具是否处于切削状态。比如，由上位机采集数控设备空切阶段以及切削阶段主轴负载电流值，确定两阶段主轴负载电流值波动变化情况，选取变工况条件下多组空切阶段最大电流值与切削阶段最小电流值的中间值进行分布规律研究，采用K-S检验进行分布的拟合优度检验，确定最优分布，之后通过可靠性原理进行主轴负载电流在线监测阈值确定，建立在线监测模型；接着选取不同可靠度数值进行在线监测实验，通过确定实际切削次数与理论切削次数判定监测阈值的适应性。在确定监测阈值的基础上，数据处理模块依据监测模型进行加工过程实时监测，实时将各刀具使用情况更新至数据库，以待调度管理模块查询，直至所有加工任务完成即停止监测。
可靠度是指对主轴负载电流而言，可靠度等于给定 r 值的主轴负载电流称为可靠主轴负载电流，记做rI，切削时主轴负载电流只要大于可靠负载电流rI ，那么刀具处于切削阶段的可靠度就不会小于 r。比如，当刀具使用时间达到设定可用切削时间的90%时进行刀具警告提醒，刀具使用时间达到设置可用切削时间的98%时进行刀具报警提醒。例如数控系统中1号刀具设定的额定可用切削时间为200min，当1号刀具使用时间达到180分钟时，数据采集系统将1号刀具使用情况判定为警告状态，提醒该刀具存在损坏风险；当1号刀具使用时间达到196分钟时，数据采集系统将1号刀具使用情况判定为报警状态，提醒该刀具需要更换。
7）剩余切削使用时间：排除刀具处于非切削状态的时间，累计刀具处于切削状态的时间，将累计的刀具处于切削状态的时间与该刀具在工作前的剩余切削使用时间进行比较，差值即为该加工后刀具的剩余切削使用时间。
本实施例中的CNC刀具监测方法中，当依据加工过程中实时采集的急停状态、G代码程序运行状态、轴移动状态、主轴转速状态以及主轴负载电流值数据进行判断时，存在任一判定结果不满足时，即判定当前刀具处于非切削状态。本次加工任务加工完成后计算所使用刀具实际切削时间，最后读取数据库中前次加工后刀具的剩余切削使用时间，计算两者差值即为当前刀具剩余切削使用时间，并将计算后数据存到数据库等待下次该刀具再次使用切削时，进行数据更新，直到该刀具剩余使用时间达到预警值。
本实施例中还提供一种CNC刀具监测系统，CNC刀具监测系统包括获取单元、判定单元、计算单元、示警单元和替换单元。
获取单元，其获取刀具的第一基础信息和第二基础信息，第一基础信息包括工作中的刀具的编号，第二基础信息包括工作中的刀具的剩余切削使用时间；第一基础信息与第二基础信息对应。
判定单元，其依据第一基础信息采集CNC的运行状态信息，并根据运行状态信息判定工作中的刀具是否处于切削状态，运行状态信息包括急停状态数据、G代码程序运行状态数据、轴移动状态数据、主轴转速以及主轴负载电流值；若CNC刀具监测系统判定刀具处于切削状态，记录工作信息，工作信息包括刀具处于切削状态时的累计时间。
其中判定单元还包括第一判定单元、第二判定单元、第三判定单元、第四判定单元和第五判定单元。
第一判定单元，其依据急停状态数据判定CNC是否处于急停模式；若第一判定单元判定为处于急停模式，刀具处于非切削状态；
第二判定单元，其依据G代码程序运行状态数据判定CNC是否处于运行状态；若第二判定单元判定未处于运行状态，刀具处于非切削状态；
第三判定单元，其依据轴移动状态数据判定CNC的主轴是否处于移动状态；若CNC刀具监测系统判定未处于移动状态，刀具处于非切削状态；
第四判定单元，其依据主轴转速判定CNC的主轴是否达到主轴指令转速；若第四判定单元判定未达到，刀具处于非切削状态；
第五判定单元，其依据主轴负载电流值判定CNC的主轴是否达到电流阈值；若第五判定单元判定未达到，刀具处于非切削状态。
计算单元，其计算第二基础信息和工作信息的差值，差值为刀具的剩余切削使用时间。
示警单元，其用于若第二基础信息和工作信息的差值小于等于0，或者若剩余切削使用时间小于预警值时，提出示警。
替换单元，其用于若第二基础信息和工作信息的差值大于0且大于预警值时，将第二基础信息替换为剩余切削使用时间。
比如在某CNC中，加工前采用到刀具的编号为001，其剩余切削使用时间为100h，预警值为2h。经过CNC加工后，该刀具的使用时间为30h，其中非切削状态下的时间为5h，该刀具的剩余切削使用时间为75h，其大于预警值。CNC切换刀具后，编号为001的刀具下次使用时的剩余切削使用时间为75h。
实施例2
现有多品种、小批量的柔性制造模式，为实现刀具的调度管理，即实现对刀具剩余可用切削时间的有效管理，其常采用以下方式：用刀具磨损的某一特征量建立模型，通过训练模型进行刀具状态监控。这虽然提高了刀具剩余可用切削时间预测的精度，但当加工条件改变又需要对模型进行重新分析计算，适应性较弱，无法满足柔性生产条件下大量刀具剩余可用切削时间的有效管理。
由此，本实施例中提供一种CNC刀具调度管理方法，包括以下步骤：
步骤S1，调度管理系统建立基础信息库，基础信息库包括全部刀具的编号以及对应刀具的剩余切削使用时间。
对于新的刀具，其剩余切削使用时间为出厂设计的时间。对于二次使用的刀具，其剩余切削使用时间为前次使用后留存的时间。二次刀具的剩余切削使用时间监测采用实施例中1中的方式进行。
步骤S2，调度管理系统接收第一加工信息，第一加工信息包括计划使用的刀具的编号和预计的切削加工时间。
步骤S3，调度管理系统将第一加工信息与基础信息库进行比对，判定是否执行CNC切削加工操作。
具体的，步骤S3中包含以下步骤：
步骤S31，若调度管理系统比对第一加工信息与基础信息库后判定符合加工需求，发布加工指令，执行CNC切削加工操作；
步骤S32，若调度管理系统比对第一加工信息与基础信息库后判定不符合加工需求，调用基础信息库中符合加工要求的刀具，发布加工指令，执行CNC切削加工操作；
步骤S33，若调度管理系统比对第一加工信息与基础信息库后判定不符合加工需求，基础信息库中亦无其他符合加工要求的刀具，发布刀具补充指令。
步骤S4，调度管理系统采集CNC加工后的第二加工信息，第二加工信息包括实际使用的刀具的编号以及加工后的刀具的剩余切削使用时间。
步骤S5，调度管理系统依据第二加工信息更新基础信息库。
比如，某CNC中，共有5根相同类型的刀具，编号依次为001、002、003、004和005，其对应的剩余切削使用时间为100h、30h、50h、10h和20h，预警值为10h。计划使用编号为002的刀具，计划切削加工时长35h。比对后，编号为002的刀具不符合加工需求，更换采用编号为001的刀具，执行CNC切削加工操作。
本实施例中，如需要同时采用多把刀具进行切削加工，需要完成多把刀具信息判定和调度管理后在进行相应的加工操作。若没有相应的满足加工需求的多把刀具，则提示进行补充。
采用本实施例中的方法，对每个刀具的剩余切削时间进行了准确计算，然后根据加工任务选择合适的刀具，实现刀具有效调度管理，提高了刀具资源的利用率，尤其适用于多品种、小批量的柔性制造模式。并且该调度管理方法简单，且容易推广，大量刀具剩余可用切削时间的有效管理。例如：现有一批零件需进行加工生产，若所使用的刀具剩余可用切削时间为200min，利用数控系统自带刀具剩余可用切削时间管理功能计算的刀具切削时间为80min42s；利用本实施例中所提出的监测方法计算刀具切削时间为79min2s；比较两结果，本实施例中计算的刀具剩余可用切削时间可延长6.2%。因此，当该刀具进行多次切削时，剩余可用切削时间明显延长，使刀具能够得到更充分的使用，达到提高车间刀具资源利用率的目的。
CNC刀具调度管理系统，其包括存储单元、接收单元、比对单元、采集单元和更新单元。
其中，存储单元，其储存有基础信息库，基础信息库包括全部刀具的编号以及对应刀具的剩余切削使用时间。
接收单元，其接收第一加工信息，第一加工信息包括计划使用的刀具的编号和预计的切削使用时间。
比对单元，其将第一加工信息与基础信息库进行比对，判定是否执行CNC切削加工操作。
采集单元，其采集CNC加工后的第二加工信息，第二加工信息包括实际使用的刀具的编号以及加工后的刀具的剩余切削使用时间。
更新单元，其依据第二加工信息更新基础信息库。
CNC刀具调度管理设备，其与数控机床设备进行通讯，其结构如附图2所示。CNC刀具调度管理设备包括数据采集模块100、数据处理模块200、调度管理模块300、接口模块、通讯模块400和存储模块500。
其中，数据采集模块100，其用于获取判定刀具当前加工状态的数据信息。数据采集模块100主要包括数据载体、交换机以及上位机（PC）。数据采集模块100用于对CNC加工过程进行实时数据采集，并将采集数据传送至PC端。同时，本实施例汇总通过调用二次开发接口方式进行数据采集。
数据处理模块200，其用于对采集的刀具状态数据信息进行分析处理以及计算刀具的剩余切削使用时间。数据处理模块200利用数据采集程序采集刀具数据，明确当前加工所使用的刀具编号以及刀具基础属性；进一步利用急停判定状态数据判断是否处于急停模式；当加工设备处于非急停状态时，利用G代码程序运行状态数据判断当前加工设备是否有加载的G代码程序运行；当G代码程序处于运行状态时，利用采集轴移动判定状态数据判断轴是否处于移动状态；当轴处于移动状态时，为提高实际加工过程主轴旋转状态判定准确性，利用采集加工程序主轴指令转速数据与采集当前加工设备主轴实际转速数据之间的差值，判定加工设备主轴是否达到加工要求所需转速；当主轴达到加工需求转速时，利用采集主轴负载电流值与判定电流阈值实时判断当前刀具所处加工状态。当依据加工过程中实时采集的急停状态、程序运行状态、轴移动状态、主轴转速状态以及主轴负载电流值数据进行判断时，存在任一判定结果不满足时，即判定当前刀具处于非切削状态。
本次加工任务加工完成后计算所使用刀具实际切削时间，最后读取数据库中前次加工后刀具的剩余切削使用时间，计算两者差值即为当前刀具的剩余切削使用时间，并将计算后数据存到数据库等待下次该刀具再次使用切削时，进行数据更新，直到该刀具剩余使用时间达到预警值。
同时，该数据处理模块200为开放式，提供预留接口，不仅能够实现本实施例中所提出的刀具剩余可用切削时间算法的导入集成，而且能够实现其他刀具剩余可用切削时间算法的导入集成。
调度管理模块300，其用于CNC加工中刀具的核实、调用或者发布。调度管理模块300主要应用车间生产加工工艺卡下发后，根据加工工艺卡中计划使用的数控设备刀库中所需使用的刀具额定需求切削时间，对计划使用数控设备刀库中所有需求刀具进行能否满足本次生产任务判定，当需求刀具全部满足生产任务时下发生产指令；当存在某一把或多把刀具无法满足本次生产任务时，进行其他数控设备刀库中相同需求刀具的剩余可用切削时间是否满足本次加工需求，当其他数控设备刀库中存在满足本次生产需求的刀具，则下发调度指令；当所有数控设备刀库中均无刀具满足本次生产需求，则将需求刀具信息进行打印，以供刀具管理人员进行相应刀具的采购补充。
接口模块，其用于实现对CNC加工过程中各项所需数据信息的传递。接口模块通过调用封装好的二次开发接口调用底层数据，调用成功后将采集数据返回给上位机以便后续数据分析，通过接口定制软件功能，而不用了解底层功能到底如何实现，加快开发进度并提高开发效率。
通讯模块400，其用于数据信息交互。通讯模块400实现下位机数控系统与上位机PC端的数据信息交互,利用适配器进行上位机初始化，采用TCP/IP通信协议实现上位机与下位机网络通讯，利用预留开放接口实现数控系统各数据的采集。通过车间以太网将采集数据传输至上位机，并将数据处理结果存放至数据库中
存储模块500，其用于各种数据信息存储，比如基础信息库等。本实施例中可根据CNC设备号建立相应存储表单，每台加工设备对应一个独立表单，依据设备号对设备响应数据进行存储。设备表单中主要包括数控加工设备基本信息、刀具静态数据信息以及加工过程中动态数据信息三部分。
如附图3所示，本实施例中的CNC刀具调度管理设工作流程为：CNC接收到工作任务后，数据采集模块100会提取加工任务中的需求刀具信息，该需求刀具信息包括计划使用的刀具的编号和预计的切削加工时间。然后将该信息发送至数据处理模块200。数据处理模块200进行相关信息的查询和结果返回至调度管理模块300。调度管理模块300对刀具进行能否满足本次生产任务判定，当需求刀具全部满足生产任务时下发生产指令。当刀具无法满足本次生产任务时，进行其他数控设备刀库中相同需求刀具的剩余可用切削时间是否满足本次加工需求，当其他数控设备刀库中存在满足本次生产需求的刀具，则下发调度指令；当所有数控设备刀库中均无刀具满足本次生产需求，则将需求刀具信息进行打印，以供刀具管理人员进行相应刀具的采购补充。
本实施例中的CNC刀具调度管理设备由数据采集模块、通讯模块、数据处理模块以及调度管理模块等组成。数据采集模块具体由数据载体、交换机以及上位机（PC）组成，主要作用为对CNC加工使用刀具以及CNC加工状态进行实时数据采集，实现方法为利用SDK二次开发包API接口进行二次开发，直接从数控系统中获取需求数据；通讯模块主要实现下位机数控系统与上位机计算机之间数据交互，利用适配器进行上位机初始化，采用TCP/IP通信协议实现上位机与下位机网络通讯，利用预留开放接口实现数控系统各数据的采集。数据处理模块用于采集数据分析处理、刀具剩余切削时间计算以及数据存储任务，利用采集刀具数据确定当前加工使用刀具，利用CNC加工过程运行状态数据判定该刀具当前加工状态，有效剔除刀具空切以及CNC自动换刀等刀具非切削时间，提高刀具实际切削时间计算精度，从而提高刀具剩余使用切削时间监测精度。调度管理模块则对全部CNC机床和刀具进行统一管理和调配。
Claims (9)
1.CNC刀具监测方法，其特征在于，监测方法包含以下步骤：
步骤S1，CNC刀具监测系统获取刀具的第一基础信息和第二基础信息，第一基础信息包括工作中的刀具的编号，第二基础信息包括工作中的刀具的剩余切削使用时间；第一基础信息与第二基础信息对应；
步骤S2，所述CNC刀具监测系统采集CNC的运行状态信息，并根据运行状态信息判定工作中的刀具是否处于切削状态，运行状态信息包括急停状态数据、G代码程序运行状态数据、轴移动状态数据、主轴转速以及主轴负载电流值；若CNC刀具监测系统判定刀具处于切削状态，记录工作信息，工作信息包括刀具处于切削状态时的累计时间；
步骤S3，所述CNC刀具监测系统计算第二基础信息和工作信息的差值，差值为加工后刀具的剩余切削使用时间。
2.根据权利要求1所述的CNC刀具监测方法，其特征在于，所述方法还包括以下步骤：
步骤S4，若所述CNC刀具监测系统计算第二基础信息和工作信息的差值小于等于0，或者若CNC刀具监测系统监测到剩余切削使用时间小于预警值，提出示警；
步骤S5，若所述CNC刀具监测系统计算第二基础信息和工作信息的差值大于0且大于预警值，将第二基础信息替换为加工后刀具的剩余切削使用时间。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的CNC刀具监测方法，其特征在于，所述步骤S2中包含以下步骤：
步骤S21，所述CNC刀具监测系统依据急停状态数据判定CNC是否处于急停模式；若CNC刀具监测系统判定为处于急停模式，刀具处于非切削状态；
步骤S22，所述CNC刀具监测系统依据G代码程序运行状态数据判定CNC是否处于运行状态；若CNC刀具监测系统判定未处于运行状态，刀具处于非切削状态；
步骤S23，所述CNC刀具监测系统依据轴移动状态数据判定CNC的主轴是否处于移动状态；若CNC刀具监测系统判定未处于移动状态，刀具处于非切削状态；
步骤S24，所述CNC刀具监测系统依据主轴转速判定CNC的主轴是否达到主轴指令转速；若CNC刀具监测系统判定未达到，刀具处于非切削状态；
步骤S25，所述CNC刀具监测系统依据主轴负载电流值判定CNC的主轴是否达到电流阈值；若CNC刀具监测系统判定未达到，刀具处于非切削状态。
4.CNC刀具监测系统，其特征在于，所述系统包括：
获取单元，所述获取单元获取刀具的第一基础信息和第二基础信息，第一基础信息包括工作中的刀具的编号，第二基础信息包括工作中的刀具的剩余切削使用时间；第一基础信息与第二基础信息对应；
判定单元，所述判定单元采集CNC的运行状态信息，并根据运行状态信息判定工作中的刀具是否处于切削状态，运行状态信息包括急停状态数据、G代码程序运行状态数据、轴移动状态数据、主轴转速以及主轴负载电流值；若CNC刀具监测系统判定刀具处于切削状态，记录工作信息，工作信息包括刀具处于切削状态时的累计时间；
计算单元，所述计算单元计算第二基础信息和工作信息的差值，差值为加工后刀具的剩余切削使用时间。
5.根据权利要求4所述的CNC刀具监测系统，其特征在于，所述系统还包括：
示警单元，所述示警单元用于若第二基础信息和工作信息的差值小于等于0，或者若剩余切削使用时间小于预警值时，提出示警；
替换单元，所述替换单元用于若第二基础信息和工作信息的差值大于0且大于预警值时，将第二基础信息替换为加工后刀具的剩余切削使用时间。
6.根据权利要求4所述的CNC刀具监测系统，其特征在于，所述判定单元包括：
第一判定单元，所述第一判定单元依据急停状态数据判定CNC是否处于急停模式；若第一判定单元判定为处于急停模式，刀具处于非切削状态；
第二判定单元，所述第二判定单元依据G代码程序运行状态数据判定CNC是否处于运行状态；若第二判定单元判定未处于运行状态，刀具处于非切削状态；
第三判定单元，所述第三判定单元依据轴移动状态数据判定CNC的主轴是否处于移动状态；若CNC刀具监测系统判定未处于移动状态，刀具处于非切削状态；
第四判定单元，所述第四判定单元依据主轴转速判定CNC的主轴是否达到主轴指令转速；若第四判定单元判定未达到，刀具处于非切削状态；
第五判定单元，所述第五判定单元依据主轴负载电流值判定CNC的主轴是否达到电流阈值；若第五判定单元判定未达到，刀具处于非切削状态。
7.CNC刀具调度管理方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤，
步骤S1，所述CNC刀具调度管理系统建立基础信息库，基础信息库包括全部刀具的编号以及对应刀具的剩余切削使用时间；
步骤S2，所述CNC刀具调度管理系统接收第一加工信息，第一加工信息包括计划使用的刀具的编号和预计的切削加工时间；
步骤S3，所述CNC刀具调度管理系统将第一加工信息与基础信息库进行比对，判定是否执行CNC切削加工操作；
步骤S4，所述CNC刀具调度管理系统采集CNC加工后的第二加工信息，第二加工信息包括实际使用的刀具的编号以及加工后的刀具的剩余切削使用时间；
步骤S5，所述CNC刀具调度管理系统依据第二加工信息更新基础信息库；
其中，剩余切削使用时间通过权利要求1~权利要求3中任意一项所述CNC刀具监测方法得到或者通过权利要求4~权利要求6中任意一项所述的CNC刀具监测系统得到。
8.根据权利要求7所述的CNC刀具调度管理方法，其特征在于，所述步骤S3中包含以下步骤：
步骤S31，若所述CNC刀具调度管理系统比对第一加工信息与基础信息库后判定符合加工需求，发布加工指令，执行CNC切削加工操作；
步骤S32，若所述CNC刀具调度管理系统比对第一加工信息与基础信息库后判定不符合加工需求，调用基础信息库中符合加工要求的刀具，发布加工指令，执行CNC切削加工操作；
步骤S33，若所述CNC刀具调度管理系统比对第一加工信息与基础信息库后判定不符合加工需求，基础信息库中亦无其他符合加工要求的刀具，发布刀具补充指令。
9.实施权利要求8所述的CNC刀具调度管理方法的CNC刀具调度管理系统，其特征在于，所述系统包括：
存储单元，所述存储单元储存有基础信息库，基础信息库包括全部刀具的编号以及对应刀具的剩余切削使用时间；
接收单元，所述接收单元接收第一加工信息，第一加工信息包括计划使用的刀具的编号和预计的切削使用时间；
比对单元，所述比对单元将第一加工信息与基础信息库进行比对，判定是否执行CNC切削加工操作；
采集单元，所述采集单元采集CNC加工后的第二加工信息，第二加工信息包括实际使用的刀具的编号以及加工后的刀具的剩余切削使用时间；
更新单元，所述更新单元依据第二加工信息更新基础信息库。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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