CN115319516A - 一种基于扩展刀库的机外换刀方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于扩展刀库的机外换刀方法，该方法包括：响应于接收到的换刀指令，判断待切换刀具和当前主轴刀具属于常用刀具或非常用刀具；若待切换刀具和当前主轴刀具均属于非常用刀具，则通过扩展刀库执行卸刀和装刀；若待切换刀具属于非常用刀具，当前主轴刀具属于常用刀具，则通过机内刀库执行卸刀，通过扩展刀库执行装刀；若待切换刀具属于常用刀具，当前主轴刀具属于非常用刀具，则通过扩展刀库执行卸刀，通过机内刀库执行装刀；若待切换刀具和当前主轴刀具均属于常用刀具，则通过机内刀库执行卸刀和装刀。本发明利用信息化管理系统实现机内机外刀库的统筹管理，在执行同一个数控程序时，既可以调用机内常用刀具，又可以调用机外不常用刀具。

Description

一种基于扩展刀库的机外换刀方法

技术领域

本发明属于数控机床刀具管理技术领域，尤其涉及一种基于扩展刀库的机外换刀方法。

背景技术

柔性制造系统是一套主要用于多品种、变批量、混流加工自动化生产系统。通过这种系统，可以让一个操作者看顾十多台数铣设备的加工生产，可以按任意顺序加工一组有不同工序与不同加工节拍的零件。

由于不同种类零件加工需要的刀具规格有所差异，故柔性制造系统的机床刀库容量越大，所能适应的零件种类就越多，即系统柔性就越高。然而，一般而言机床刀库容量有限，若机床当前的刀具配置无法满足新的零件加工需求时，就必须停机甚至停线来更换机床刀具，这会严重影响自动化产线的生产效率。

发明内容

本发明的目的在于，为克服现有技术缺陷，提供了一种基于扩展刀库的机外换刀方法,通过增设机外刀库及实现自动化换刀，解决因柔性加工多种零件时，因机内刀库刀具数量不足，每次产品切换都必须停机人工更换刀具的问题。利用信息化管理系统实现机内机外刀库的统筹管理，在执行同一个数控程序时，既可以调用机内常用刀具，又可以调用机外不常用刀具。从而减少因产品切换造成的停机换刀时间，充分提升生产线柔性和产线生产效率。

本发明目的通过下述技术方案来实现：

一种基于扩展刀库的机外换刀方法，所述方法用于柔性制造系统，所述柔性制造系统包括数控机床、工件自动储运系统和柔性制造控制系统，所述数控机床的机内刀库包括常用刀具，其特征在于，所述柔性制造系统还包括扩展刀库，所述扩展刀库中包括非常用刀具，所述方法包括：

响应于接收到的换刀指令，判断待切换刀具和当前主轴刀具属于常用刀具或非常用刀具；

根据所述待切换刀具和当前主轴刀具类型执行装刀，具体包括：

若所述待切换刀具和当前主轴刀具均属于非常用刀具，则通过扩展刀库执行卸刀和装刀；若所述待切换刀具属于非常用刀具，当前主轴刀具属于常用刀具，则通过机内刀库执行卸刀，通过扩展刀库执行装刀；若所述待切换刀具属于常用刀具，当前主轴刀具属于非常用刀具，则通过扩展刀库执行卸刀，通过机内刀库执行装刀；若所述待切换刀具和当前主轴刀具均属于常用刀具，则通过机内刀库执行卸刀和装刀。

进一步的，所述判断待切换刀具和当前主轴刀具属于常用刀具或非常用刀具通过刀具的刀号来判别。

进一步的，所述判断待切换刀具和当前主轴刀具属于常用刀具或非常用刀具具体包括：

将所述常用刀具按1到n-1的自然数进行编号，将所述扩展刀具以n+1作为编号起点进行编号，n为机内刀库最大刀具数量，n号设置为空刀；

判断待切换刀具编号及当前主轴刀具编号与n的大小确定所述刀具属于常用刀具或非常用刀具。

进一步的，卸刀和装刀通过数控机床与导轨式机械臂配合实现。

进一步的，先通过机内刀库执行卸刀，再通过扩展刀库执行装刀具体包括：机内刀库先执行当前主轴刀具刀号与n号交换，再通过数控机床与导轨式机械臂配合，抓取机外刀库刀具安装到机床主轴上；

先通过扩展刀库执行卸刀，再通过机内刀库执行装刀具体包括：先通过数控机床与导轨式机械臂配合，抓取机床主轴上的刀具放回到机外刀库对应库位上，机内刀库再执行n号与待换刀具刀号的交换。

进一步的，若所述待切换刀具是非常用刀具，获取所述待切换刀具的实际刀具参数，根据待切换刀具的实际刀具参数与标准参数的差值在后续加工中对待切换刀具的实际刀具参数进行补偿。

进一步的，所述柔性制造系统还包括刀具管理平台，所述刀具管理平台用于展示扩展刀库的刀具信息，所述刀具信息包括扩展刀号、刀具型号、库位号、刀具首测长度值和刀具首测直径值，所述扩展刀号为所述扩展刀具的编号。

进一步的，当所述扩展刀库放满了非常用刀具时仍添加新的非常用刀具，按所述扩展刀号的编号方式创建新的刀具编号，并选择任一库位，将库位号与新的非常用刀具的编号绑定，并在扩展刀库上进行实物替换。

进一步的，所述获取所述待切换刀具的实际刀具参数具体包括以下方式中任一种：

方式一，在离线机床上人工对刀测量刀具参数，所获参数信息由人工输入到每台机床对应刀号下的刀具参数记录中；

方式二，刀具安装在刀柄上后，通过机外对刀仪测量刀具长度和直径，所获参数信息传递给柔性制造控制系统保存，再由所述柔性制造控制系统更新所有机床对应刀号的刀具参数记录；

方式三，当刀具安装到机床主轴上后，在开始切屑前，先通过机内对刀仪重新测量刀具长度和直径，更新对应刀号的刀具参数。

进一步的，所述刀具参数包括刀具长度形状值和直径形状值。

本发明的有益效果在于：

本发明提供的基于扩展刀库的机外换刀方法在常规柔性制造系统中增设扩展刀库，解决了柔性制造系统中，多零件柔性切换造成的机床刀库容量不足的问题。通过机外扩展刀库，几乎可以无限扩展机床刀库容量，以满足多种产品柔性混线生产下更多的对非常有刀具的需求。同时，多台机床共用一套非常用刀具，提高了非常用刀具的利用率，降低了刀具成本。在保证柔性制造系统机床利用率的基础上，大幅提高柔性度。

附图说明

图1是本发明实施例提供的基于扩展刀库的机外换刀方法流程示意图；

图2是本发明实施例提供的是否为非常用刀具判断方法流程示意图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

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。

由于不同种类零件加工需要的刀具规格有所差异，故柔性制造系统的机床刀库容量越大，所能适应的零件种类就越多，即系统柔性就越高。然而，一般而言机床刀库容量有限，若机床当前的刀具配置无法满足新的零件加工需求时，就必须停机甚至停线来更换机床刀具，这会严重影响自动化产线的生产效率。

为了解决上述技术问题，提出了本发明一种基于扩展刀库的机外换刀方法的下述各个实施例。

本实施例提供了一种基于扩展刀库的机外换刀方法，该方法用于柔性制造系统，常规的柔性制造系统包括数控机床、工件自动储运系统和柔性制造控制系统，数控机床的机内刀库包括常用刀具，而本实施例在常规柔性制造系统的基础上增设了扩展刀库，扩展刀库中包括非常用刀具。

本实施例中柔性制造系统内的机床采用同一型号的机床，刀库刀位的数量相同。采用同一种规格的刀柄，数铣刀具均安装在刀柄上。

首先确定柔性制造系统的零件加工对象范围。然后找出常用零件的数控程序，查看历史数控程序中的刀具需求信息。结合编程、操作经验，提炼出常用刀具的型号及数量。此处常用刀具的数量应小于机床刀库最大刀具数量。再汇总出不常用刀具的型号及数量。

将常用刀具的型号按1到n-1的自然数排列，作为机内常用刀具，其中n为机内刀库最大刀具数量。将非常用刀具的型号，以n+1号为起点，继续向下排列，作为机外扩展刀具。其中n号刀强制设置为空刀。制订刀库刀具清单后，将清单发给所有编程人员使用，后续柔性制造系统使用的数控程序，其刀具刀号均要求与此清单一致。同时，在柔性制造系统中，按照刀库刀具清单，将1到n-1的自然数号常用刀具安装到各个机床的刀库上，将n+1号以后的非常用刀具，安装到机外扩展刀库上。

参照图1，如图1所示是本实施例提供的基于扩展刀库的机外换刀方法的流程示意图，该方法具体包括以下步骤：

步骤S100：响应于接收到的换刀指令，判断待切换刀具和当前主轴刀具属于常用刀具或非常用刀具。

具体地，本实施例通过待切换刀具和当前主轴刀具的编号判断其属于常用刀具或非常用刀具。

本实施例提供了一种判断待切换刀具和当前主轴刀具属于常用刀具或非常用刀具的方式，参照图2，如图2所示是本实施例提供的是否为非常用刀具判断方法流程示意图，该方法包括以下步骤：

步骤S110：将常用刀具按1到n-1的自然数进行编号，将扩展刀具以n+1作为编号起点进行编号，n为机内刀库最大刀具数量，n号设置为空刀。

步骤S120：判断待切换刀具编号及当前主轴刀具编号与n的大小确定刀具属于常用刀具或非常用刀具。

本实施例中制订刀库刀具清单具体采用以下方式：

将常用刀具的型号按1到n-1的自然数排列，作为机内常用刀具，其中n为机内刀库最大刀具数量。将非常用刀具的型号，以n+1号为起点，继续向下排列，作为机外扩展刀具。其中n号刀强制设置为空刀。制订刀库刀具清单后，将清单发给所有编程人员使用，后续柔性制造系统使用的数控程序，其刀具刀号均要求与此清单一致。同时，在柔性制造系统中，按照刀库刀具清单，将1到n-1的自然数号常用刀具安装到各个机床的刀库上，将n+1号以后的非常用刀具，安装到机外刀库上。

需要说明的是，本实施例中，换刀指令是数控编程时编辑到数控程序中的，此时会指定换刀刀号。数控程序在机床执行时，会自动发起换刀指令。执行装刀指令时，是根据换刀刀号，调用对应的刀具参数。由于换刀指令仅能确定待切换的刀具类型，但实际每个刀具安装到刀柄上之后，刀具长度，直径都是一个不确定的值，需要测定之后才能以刀具参数的形式记录下来，数控加工时，就需要补偿这个刀具参数值。

需要说明的是，本实施例中需要调用的刀具参数包括刀具的长度和直径。

由于机内的常用刀具的刀具参数是已经知晓的，而机外刀库中的非常用刀具并不确定。因此，当待切换刀具是非常用刀具时，需获取所述待切换刀具的实际刀具参数。

作为一种实施方式，本实施例提供了三种方式，用于获取刀具参数值，具体如下:

第一种是在离线机床上人工对刀测量刀具长度和直径，所获参数信息由人工输入到每台机床对应刀号下的刀具参数记录中。这种方式适合柔性制造系统没有刀具测量设备的情况。

第二种是刀具安装在刀柄上后，就在机外对刀仪测量刀具长度和直径，所获参数信息传递给柔性制造控制系统保存，再由控制系统更新所有机床对应刀号的刀具参数记录。这种方式适合有机外对刀仪的柔性制造系统使用。

第三种方式是每当刀具安装到机床主轴上后，在开始切屑前，先通过机内对刀仪重新测量刀具长度和直径，更新对应刀号的刀具参数。这种方式适合有机内对刀仪的柔性制造系统使用。

步骤S200：根据待切换刀具和当前主轴刀具类型执行装刀。

本实施例中机外换刀请求的自动触发方式具体如下：

在“扩展刀库”模式下，机外换刀请求的触发有两种情况：一种是机外刀具的装刀请求，一种的机外刀具的卸刀请求。若待切换刀具和当前主轴刀具均属于非常用刀具，则通过扩展刀库执行卸刀和装刀；若待切换刀具属于非常用刀具，当前主轴刀具属于常用刀具，则通过机内刀库执行卸刀，通过扩展刀库执行装刀；若待切换刀具属于常用刀具，当前主轴刀具属于非常用刀具，则通过扩展刀库执行卸刀，通过机内刀库执行装刀；若待切换刀具和当前主轴刀具均属于常用刀具，则通过机内刀库执行卸刀和装刀。

作为一种实施方式，本实施例是通过数控机床与导轨式机械臂配合，实现抓取机外刀库刀具安装到机床主轴上的动作及逆动作。

作为一种实施方式，本实施例中先通过机内刀库执行卸刀，再通过扩展刀库执行装刀具体包括：机内刀库先执行当前主轴刀具刀号与n号交换，再通过数控机床与导轨式机械臂配合，抓取机外刀库刀具安装到机床主轴上；

先通过扩展刀库执行卸刀，再通过机内刀库执行装刀具体包括：先通过数控机床与导轨式机械臂配合，抓取机床主轴上的刀具放回到机外刀库对应库位上，机内刀库再执行n号与待换刀具刀号的交换。

作为一种实施方式，本实施例在柔性制造控制系统中增加“刀具管理模块”，改模块可以展示扩展刀库的刀具列表，包括扩展刀号、刀具型号、库位号、刀具首测长度值和刀具首测直径值等信息。

扩展刀号与库位号的对应关系是可以修改的。也就是说，即便机外刀库已经全部放满了非常用刀具，也可以在“刀具管理模块”顺位创建一个新的扩展刀号来定义一种新的非常用刀具型号，并选择一款近期不太可能使用的刀具将其库位号替换给新刀号，并在扩展刀库上进行实物替换，就可以在机床加工程序中使用新的扩展刀具了。

本实施例提供的基于扩展刀库的机外换刀方法的一种具体执行流程如下：

机床执行数控程序至换刀指令，调用换刀宏程序。

换刀宏程序判断下一刀具是否为扩展刀具，如果是，发起机外装刀请求。再判断当前主轴刀具是否为扩展刀具，如果是，发起机外卸刀请求。如果都不是，则执行机内换刀动作。

当柔性制造控制系统收到装刀请求，调用机械手移动到扩展刀库处取出对应刀具，移动到发出请求的机床处。

柔性制造控制系统如同时收到该机床的卸刀请求，调用机械手将主轴上的刀具卸下，如无机外卸刀请求，该步跳过。

机床执行机内换刀，在主轴上更换为n号刀，即空刀。机械手再将扩展刀具安装到主轴上。如无机外装刀请求，该步跳过。

机械手将卸下的扩展刀具放回机外刀库。如无机外卸刀请求，该步跳过。

换刀宏程序执行完成，数控机床继续执行数控加工程序。

本实施例提供的基于扩展刀库的机外换刀方法在常规柔性制造系统中增设扩展刀库，解决了柔性制造系统中，多零件柔性切换造成的机床刀库容量不足的问题。通过机外扩展刀库，几乎可以无限扩展机床刀库容量，以满足多种产品柔性混线生产下更多的对非常有刀具的需求。同时，多台机床共用一套非常用刀具，提高了非常用刀具的利用率，降低了刀具成本。在保证柔性制造系统机床利用率的基础上，大幅提高柔性度。

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 (10)

1.一种基于扩展刀库的机外换刀方法，所述方法用于柔性制造系统，所述柔性制造系统包括数控机床、工件自动储运系统和柔性制造控制系统，所述数控机床的机内刀库包括常用刀具，其特征在于，所述柔性制造系统还包括扩展刀库，所述扩展刀库中包括非常用刀具，所述方法包括：

响应于接收到的换刀指令，判断待切换刀具和当前主轴刀具属于常用刀具或非常用刀具；

根据所述待切换刀具和当前主轴刀具类型执行装刀，具体包括：

若所述待切换刀具和当前主轴刀具均属于非常用刀具，则通过扩展刀库执行卸刀和装刀；若所述待切换刀具属于非常用刀具，当前主轴刀具属于常用刀具，则通过机内刀库执行卸刀，通过扩展刀库执行装刀；若所述待切换刀具属于常用刀具，当前主轴刀具属于非常用刀具，则通过扩展刀库执行卸刀，通过机内刀库执行装刀；若所述待切换刀具和当前主轴刀具均属于常用刀具，则通过机内刀库执行卸刀和装刀。

2.如权利要求1所述的基于扩展刀库的机外换刀方法，其特征在于，所述判断待切换刀具和当前主轴刀具属于常用刀具或非常用刀具通过刀具的刀号来判别。

3.如权利要求2所述的基于扩展刀库的机外换刀方法，其特征在于，所述判断待切换刀具和当前主轴刀具属于常用刀具或非常用刀具具体包括：

将所述常用刀具按1到n-1的自然数进行编号，将所述扩展刀具以n+1作为编号起点进行编号，n为机内刀库最大刀具数量，n号设置为空刀；

判断待切换刀具编号及当前主轴刀具编号与n的大小确定所述刀具属于常用刀具或非常用刀具。

4.如权利要求1所述的基于扩展刀库的机外换刀方法，其特征在于，所述卸刀和装刀通过数控机床与导轨式机械臂配合实现。

5.如权利要求4所述的基于扩展刀库的机外换刀方法，其特征在于，先通过机内刀库执行卸刀，再通过扩展刀库执行装刀具体包括：机内刀库先执行当前主轴刀具刀号与n号交换，再通过数控机床与导轨式机械臂配合，抓取机外刀库刀具安装到机床主轴上；

先通过扩展刀库执行卸刀，再通过机内刀库执行装刀具体包括：先通过数控机床与导轨式机械臂配合，抓取机床主轴上的刀具放回到机外刀库对应库位上，机内刀库再执行n号与待换刀具刀号的交换。

6.如权利要求3所述的基于扩展刀库的机外换刀方法，其特征在于，若所述待切换刀具是非常用刀具，获取所述待切换刀具的实际刀具参数，根据待切换刀具的实际刀具参数与标准参数的差值在后续加工中对待切换刀具的实际刀具参数进行补偿。

7.如权利要求6所述的基于扩展刀库的机外换刀方法，其特征在于，所述柔性制造系统还包括刀具管理平台，所述刀具管理平台用于展示扩展刀库的刀具信息，所述刀具信息包括扩展刀号、刀具型号、库位号、刀具首测长度值和刀具首测直径值，所述扩展刀号为所述扩展刀具的编号。

8.如权利要求7所述的基于扩展刀库的机外换刀方法，其特征在于，当所述扩展刀库放满了非常用刀具时仍添加新的非常用刀具，按所述扩展刀号的编号方式创建新的刀具编号，并选择任一库位，将库位号与新的非常用刀具的编号绑定，并在扩展刀库上进行实物替换。

9.如权利要求6所述的基于扩展刀库的机外换刀方法，其特征在于，所述获取所述待切换刀具的实际刀具参数具体包括以下方式中任一种：

方式一，在离线机床上人工对刀测量刀具参数，所获参数信息由人工输入到每台机床对应刀号下的刀具参数记录中；

方式二，刀具安装在刀柄上后，通过机外对刀仪测量刀具长度和直径，所获参数信息传递给柔性制造控制系统保存，再由所述柔性制造控制系统更新所有机床对应刀号的刀具参数记录；

方式三，当刀具安装到机床主轴上后，在开始切屑前，先通过机内对刀仪重新测量刀具长度和直径，更新对应刀号的刀具参数。

10.如权利要求9所述的基于扩展刀库的机外换刀方法，其特征在于，所述刀具参数包括刀具长度形状值和直径形状值。

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