CN116117596A - 一种切削参数与刀具寿命精准管控的方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种切削参数与刀具寿命精准管控的方法及系统，属于切削刀具的寿命管理领域。在严格管控加工参数的基础上，基于零件、加工工步与切削参数制定的刀具寿命，能够进行精确的剩余寿命计算，提醒及时换刀。通过该方法能够整体监控整个车间所有设备上的所有刀具的使用情况，相比传统模式每人看管几台机床，仅需1人就能管控数百台机床数万把刀具的使用情况。能够依据零件加工履历表记录零件加工过程每个工步使用的具体刀具以及当时的加工参数执行情况，便于工艺人员分析质量问题与改进工艺参数，促进工艺持续提升。本发明提出的方法，相比传统寿命管理模式大大提升寿命管理的精细度，提高刀具利用率，减少刀具异常带来的零件质量问题。

Description

一种切削参数与刀具寿命精准管控的方法及系统

技术领域

本发明属于切削刀具的寿命管理领域，涉及一种切削参数与刀具寿命精准管控的方法及系统。

背景技术

刀具是零件机加工过程中重要因素，很大程度决定了加工质量、效率与成本。切削过程中刀具会不断磨损，因此需要定期对刀具进行刃磨或更换，避免因刀具磨损、断裂造成零件加工质量波动。因此需要制定合理的刀具寿命，并在寿命到期前进行刃磨或更换。而刀具寿命控制异常复杂，由于刀具仅在加工时磨损，因此不能简单的按照时间计算。

目前行业内通常按照加工零件数量计算，而加工车间往往需要加工几十数百种零件，同一把刀具加工不同零件，由于加工材质、切削量、切削速度、进给等不同，寿命内能够加工的零件数量是不一样的。同时由于产线设置与计划安排，加工一个零件往往需要多台机床，每台仅加工部分工序，而加工同一个工件的不同部位由于切削参数的差异寿命亦有不同。因此仅按照加工零件数量计算的方法也比较粗略，而对刀具寿命管理的粗放甚至不加管理，会严重影响加工质量、效率与成本。使用时间过长，会造成刀具寿命后期加工质量下降，发生断刀甚至会造成工件报废。使用时间过短，刀具的利用率低，频繁更换刀具成本大幅提升。刀具寿命的合理管控需要考虑具体刀具在加工的具体零件甚至具体部位以及应用的切削参数，而机加车间往往是几十甚至几百台机床使用数千至数万把刀具加工数百种零件，在此情况下想要实现刀具寿命精准控制的难度极高。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中需要考虑具体刀具在加工的具体零件甚至具体部位以及应用的切削参数，而机加车间往往是几十甚至几百台机床使用数千至数万把刀具加工数百种零件，在此情况下想要实现刀具寿命精准控制的难度高的问题，提供一种切削参数与刀具寿命精准管控的方法及系统。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

本发明提出的一种切削参数与刀具寿命精准管控的方法，包括如下步骤：

获取结构化刀具清单、刀具履历表信息和刀具加工参数采集表；

根据结构化刀具清单和刀具加工参数采集表，获取刀具的加工工步；

根据结构化刀具清单获取当前加工工步的刀具预设寿命，根据刀具履历表信息获取刀具原有剩余寿命；

根据刀具预设寿命和刀具原有剩余寿命，获取刀具剩余寿命、剩余加工件数及剩余加工时间，实现刀具寿命的精准管控。

优选地，获取刀具剩余寿命的方法如下：

刀具剩余寿命＝(原有剩余寿命-(1/刀具预设寿命S))*100％。

优选地，获取刀具剩余加工件数的方法如下：

剩余加工件数＝刀具百分比寿命*当前工步刀具预设寿命。

优选地，获取剩余加工时间的方法如下：

剩余加工时间＝剩余加工件数*工步加工时间。

优选地，根据上机刀具明细表获得切削参数标准值，根据刀具加工参数采集表获得切削参数实时值；

当切削参数实时值大于切削参数标准值，加工机器报警；

当切削参数实时值小于等于切削参数标准值，加工机器正常工作。

优选地，结构化刀具清单包括加工一个零件使用的设备型号、加工的工序流程、每个工序需执行的工步，以及每个工步需使用的刀位号、刀具型号、对刀长度、对刀半径、刀具预设寿命和切削参数标准值。

优选地，通过在每把刀具上增加RFID芯片或二维码信息，获取刀具履历表信息。

优选地，刀具履历表信息包括刀具唯一码、切削参数实时值和刀具剩余寿命。

本发明提出的一种切削参数与刀具寿命精准管控的系统，包括：

刀具信息获取模块，所述刀具信息获取模块用于获取结构化刀具清单、刀具履历表信息和刀具加工参数采集表；

加工工步获取模块，所述加工工步获取模块用于根据结构化刀具清单和刀具加工参数采集表，获取刀具的加工工步；

刀具寿命获取模块，所述刀具寿命获取模块用于根据结构化刀具清单获取当前加工工步的刀具预设寿命，根据刀具履历表信息获取刀具原有剩余寿命；

刀具寿命检测模块，所述刀具寿命检测模块用于根据刀具预设寿命和刀具原有剩余寿命，获取刀具剩余寿命、剩余加工件数及剩余加工时间，实现刀具寿命的精准管控。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明提出的一种切削参数与刀具寿命精准管控的方法，能够依据零件加工履历表记录零件加工过程每个工步使用的具体刀具以及当时的加工参数执行情况，便于工艺人员分析质量问题与改进工艺参数，促进工艺持续提升。在严格管控加工参数的基础上，基于零件、加工工步与切削参数制定的刀具寿命，能够进行精确的剩余寿命计算，提醒及时换刀，实现刀具寿命精准控制。通过该方法能够整体监控整个车间所有设备上的所有刀具的使用情况，相比传统模式每人看管几台机床，仅需1人就能管控数百台机床数万把刀具的使用情况。

进一步地，考虑了设备差异、零件差异、加工工步差异、切削参数差异等因素，能够精确管控刀具寿命，相比传统寿命管理模式大大提升寿命管理的精细度，提高刀具利用率，减少刀具异常带来的零件质量问题。

进一步地，实现加工过程切削参数的严格管控，现场加工参数与工艺不符能够实时报警，提醒现场技术人员关注，保证加工过程严格受控。

本发明提出的一种切削参数与刀具寿命精准管控的系统，通过将系统划分为刀具信息获取模块、加工工步获取模块、刀具寿命获取模块和刀具寿命检测模块，采用模块化思想使各个模块之间相互独立，方便对各模块进行统一管理。

附图说明

为了更清楚的说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1为本发明的切削参数与刀具寿命精准管控的方法流程图。

图2为本发明的切削参数与刀具寿命精准管控的方法整体流程图。

图3为本发明的结构化刀具清单图。

图4为本发明的切削参数与刀具寿命监控模块图。

图5为本发明的切削参数与刀具寿命精准管控的系统图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“水平”、“内”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，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，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。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，若出现术语“水平”，并不表示要求部件绝对水平，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本发明实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

本发明提出的一种切削参数与刀具寿命精准管控的方法，如图1所示，包括如下步骤：

S1、获取结构化刀具清单、刀具履历表信息和刀具加工参数采集表；

结构化刀具清单包括加工一个零件使用的设备型号、加工的工序流程、每个工序需执行的工步，以及每个工步需使用的刀位号、刀具型号、对刀长度、对刀半径、刀具预设寿命和切削参数标准值。

通过在每把刀具上增加RFID芯片或二维码信息，获取刀具履历表信息。

刀具履历表信息包括刀具唯一码、切削参数实时值和刀具剩余寿命。

S2、根据结构化刀具清单和刀具加工参数采集表，获取刀具的加工工步；

S3、根据结构化刀具清单获取当前加工工步的刀具预设寿命，根据刀具履历表信息获取刀具原有剩余寿命；

S4、根据刀具预设寿命和刀具原有剩余寿命，获取刀具剩余寿命、剩余加工件数及剩余加工时间，实现刀具寿命的精准管控。

获取刀具剩余寿命的方法如下：

刀具剩余寿命＝(原有剩余寿命-(1/刀具预设寿命S))*100％。

获取刀具剩余加工件数的方法如下：

剩余加工件数＝刀具百分比寿命*当前工步刀具预设寿命。

获取剩余加工时间的方法如下：

剩余加工时间＝剩余加工件数*工步加工时间。

根据上机刀具明细表获得切削参数标准值，根据刀具加工参数采集表获得切削参数实时值；

当切削参数实时值大于切削参数标准值，加工机器报警；

当切削参数实时值小于等于切削参数标准值，加工机器正常工作。

如图2所示，具体包括如下步骤：

步骤1、结构化刀具清单用于定义加工一个零件使用的设备型号，加工的工序流程及每个工序需执行的工步，以及每个工步需使用的刀位号、刀具型号、对刀长度、对刀半径、刀具预设寿命及切削参数标准值。此处刀具预设寿命指的是该把刀具按照此处规定的切削参数加工该工步对应零件特征能够使用的次数，比如该工步为钻孔，此处寿命定义的是该把钻头按照切削参数仅加工该零件指定位置的一组孔，能够加工的零件数量，如加工该零件另一工步仍需使用该把钻头，可以按照另一工步要加工的具体内容及切削参数设定不同的加工寿命，如图3所示。

步骤2、刀具实物管理模块：刀具实物管理模块主要用于管理车间内所有实物刀具，针对每把刀具建立刀具履历表，包括刀具唯一码、切削参数实时值和刀具剩余寿命三列。同时需要在每把刀具上增加RFID芯片或二维码信息，通过二维码信息或芯片能够读取到刀具履历表信息。

步骤3、刀具上机管理模块：该模块主要用于管理刀具使用、上机等内容。通过该模块能够获知每把刀具安装的具体设备与刀位号。

1)获取刀具清单：在零件加工前，按照零件号获取刀具清单；

2)刀具准备：按照刀具清单中刀具型号准备所有需要使用的刀具；

3)刀具装配：对于需要组合的刀具，按照刀具清单中的刀具BOM(刀片、刀柄、附件等)进行组装，并按照刀具清单中规定的刀长、半径进行对刀；

4)刀具上机：将准备好的刀具按照刀具清单中的刀位号安装在机床刀具库中备用，并将刀位号写入刀具履历表；

5)建立上机刀具明细表：依据每台加工设备，汇总该台设备上所有刀具的刀具履历表，形成上机刀具明细表，明细表与设备编号、设备型号关联，表中主要包含加工零件编号、刀位号、刀具唯一码、切削参数标准值、切削参数实时值、刀具剩余寿命三列信息。将所有设备的上机刀具明细表汇总即为车间上机刀具明细表，上述明细表为车间管理刀具的主要工具。

步骤4、加工参数采集模块：该模块主要用于采集加工过程参数，模块与每台加工设备联网，采集加工过程参数，形成加工参数采集表，主要包括：设备编号、设备型号、加工零件编号、当前刀位号、转速、进给等切削参数及采集时间。

步骤5、切削参数与刀具寿命监控模块：该模块主要用于监控实施切削参数是否符合工艺要求，监控刀具寿命情况，出现参数超差或刀具寿命不足及时预警。

1)、读取当前设备上传的加工参数采集表，获得加工零件编号；

2)、建立零件加工履历表：依据加工零件编号与设备型号获取结构化刀具清单，在每个工步原有的刀位号、刀具型号、刀具预设寿命及切削参数标准值后增加刀具唯一码、切削参数实时值与刀具剩余寿命三列，形成零件加工履历表；依据刀位号匹配至具体的工步，将实时切削参数与切削参数标准值对比，出现超差及时报警，避免切削参数使用不当对加工质量与刀具寿命的影响；

其中，读取上机刀具明细表，依据刀位号与结构化刀具清单进行匹配，获得切削参数标准值，自加工参数采集表获得切削参数实时值；

3)、如图4所示，计算刀具剩余寿命：

第一、取刀具履历表中的剩余寿命值，每把刀具初次上机初始寿命设置为1；

第二、刀具上机开始加工后，依据上传的加工参数采集表，识别当前设备加工的零件编号、当前刀位号，即可获得当前使用的具体刀具及加工的工步；

第三、当上传的加工采集表中当前刀位号发生变化时，说明上一工步加工完成，切换至下一刀位号执行下一工步；

第四、此时依据完成工步的刀位号在结构化刀具清单中读取该工步规定的刀具预设寿命S，该寿命为仅加工该工步理论能使用的件数，如S＝5000，代表该把刀仅加工该工步能够加工5000件零件；

第五、该工步完成后，需要在刀具原有剩余寿命上-(1/5000)，即每个工步完成后，计算刀具百分比寿命：

刀具剩余寿命＝(原有剩余寿命-(1/刀具预设寿命S))*100％

第六、剩余加工件数和剩余加工时间的获取：

剩余加工件数＝刀具百分比寿命*当前工步刀具预设寿命剩余加工时间＝剩余加工件数*工步加工时间

以上获得的为刀具百分比寿命，将此值更新至刀具履历表、上机刀具明细表与零件加工履历表。在新刀具上机时，按照刀具上机管理模块中流程更新上机刀具明细表与零件加工履历表。

本发明提出的一种切削参数与刀具寿命精准管控的系统，如图5所示，包括刀具信息获取模块、加工工步获取模块、刀具寿命获取模块和刀具寿命检测模块；

所述刀具信息获取模块用于获取结构化刀具清单、刀具履历表信息和刀具加工参数采集表；

所述加工工步获取模块用于根据结构化刀具清单和刀具加工参数采集表，获取刀具的加工工步；

所述刀具寿命获取模块用于根据结构化刀具清单获取当前加工工步的刀具预设寿命，根据刀具履历表信息获取刀具原有剩余寿命；

所述刀具寿命检测模块用于根据刀具预设寿命和刀具原有剩余寿命，获取刀具剩余寿命、剩余加工件数及剩余加工时间，实现刀具寿命的精准管控。

本发明提出的一种切削参数与刀具寿命精准管控的方法，具有如下优点：1)实现加工过程切削参数的严格管控，现场加工参数与工艺不符能够实时报警，提醒现场技术人员关注，保证加工过程严格受控。2)在严格管控加工参数的基础上，基于零件、加工工步与切削参数制定的刀具寿命，能够进行精确的剩余寿命计算，提醒及时换刀。上述寿命计算方法中严格考虑了设备差异、零件差异、加工工步差异、切削参数差异等因素，能够精确管控刀具寿命，相比传统寿命管理模式大大提升寿命管理的精细度，提高刀具利用率，减少刀具异常带来的零件质量问题。3)通过该方法能够整体监控整个车间所有设备上的所有刀具的使用情况，相比传统模式每人看管几台机床，仅需1人就能管控数百台机床数万把刀具的使用情况。4)形成了零件加工履历表，能够依据该表记录零件加工过程每个工步使用的具体刀具以及当时的加工参数执行情况，便于工艺人员分析质量问题与改进工艺参数，促进工艺持续提升。5)可以设置刀具剩余寿命预警值，在刀具寿命小于预警值时报警，提醒及时换刀。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种切削参数与刀具寿命精准管控的方法，其特征在于，包括如下步骤：

获取结构化刀具清单、刀具履历表信息和刀具加工参数采集表；

根据结构化刀具清单和刀具加工参数采集表，获取刀具的加工工步；

根据结构化刀具清单获取当前加工工步的刀具预设寿命，根据刀具履历表信息获取刀具原有剩余寿命；

根据刀具预设寿命和刀具原有剩余寿命，获取刀具剩余寿命、剩余加工件数及剩余加工时间，实现刀具寿命的精准管控。

2.根据权利要求1所述的切削参数与刀具寿命精准管控的方法，其特征在于，获取刀具剩余寿命的方法如下：

刀具剩余寿命＝(原有剩余寿命-(1/刀具预设寿命S))*100％。

3.根据权利要求1所述的切削参数与刀具寿命精准管控的方法，其特征在于，获取刀具剩余加工件数的方法如下：

剩余加工件数＝刀具百分比寿命*当前工步刀具预设寿命。

4.根据权利要求1所述的切削参数与刀具寿命精准管控的方法，其特征在于，获取剩余加工时间的方法如下：

剩余加工时间＝剩余加工件数*工步加工时间。

5.根据权利要求1所述的切削参数与刀具寿命精准管控的方法，其特征在于，根据上机刀具明细表获得切削参数标准值，根据刀具加工参数采集表获得切削参数实时值；

当切削参数实时值大于切削参数标准值，加工机器报警；

当切削参数实时值小于等于切削参数标准值，加工机器正常工作。

6.根据权利要求1所述的切削参数与刀具寿命精准管控的方法，其特征在于，结构化刀具清单包括加工一个零件使用的设备型号、加工的工序流程、每个工序需执行的工步，以及每个工步需使用的刀位号、刀具型号、对刀长度、对刀半径、刀具预设寿命和切削参数标准值。

7.根据权利要求1所述的切削参数与刀具寿命精准管控的方法，其特征在于，通过在每把刀具上增加RFID芯片或二维码信息，获取刀具履历表信息。

8.根据权利要求7所述的切削参数与刀具寿命精准管控的方法，其特征在于，刀具履历表信息包括刀具唯一码、切削参数实时值和刀具剩余寿命。

9.一种切削参数与刀具寿命精准管控的系统，其特征在于，包括：

刀具信息获取模块，所述刀具信息获取模块用于获取结构化刀具清单、刀具履历表信息和刀具加工参数采集表；

加工工步获取模块，所述加工工步获取模块用于根据结构化刀具清单和刀具加工参数采集表，获取刀具的加工工步；

刀具寿命获取模块，所述刀具寿命获取模块用于根据结构化刀具清单获取当前加工工步的刀具预设寿命，根据刀具履历表信息获取刀具原有剩余寿命；

刀具寿命检测模块，所述刀具寿命检测模块用于根据刀具预设寿命和刀具原有剩余寿命，获取刀具剩余寿命、剩余加工件数及剩余加工时间，实现刀具寿命的精准管控。

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