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數(shù)控加工中心刀具管理系統(tǒng)
日期：2009年11月09 來源：沈陽第一機(jī)床廠 關(guān)鍵字：加工中心
1．刀具管理的重要性
隨著社會化大生產(chǎn)的不斷發(fā)展，加工中心、數(shù)控車床、數(shù)控鏜／銑床等數(shù)控設(shè)備已經(jīng)越來越多地引入現(xiàn)代機(jī)械加工的企業(yè)當(dāng)中。隨之而來的是大批的數(shù)控刀具出現(xiàn)在生產(chǎn)的第-線，成為數(shù)控加工中的主要角色。
在加上中心、柔性制造單元和柔性制造系統(tǒng)籌自動化加工設(shè)備中，不但每臺加上中心有自身的刀庫，而且在系統(tǒng)中通常還配有一個總刀庫一一中心刀庫。如果需要，還可在每臺機(jī)床旁設(shè)置／J具緩沖存儲柵。在中心刀庫巾，主要是存放不經(jīng)常使用的某工序的特殊刀具及各種刀具的備用刀具，以便當(dāng)?shù)毒邠p壞時，能及時換上新刀具。在一個具有5～8臺機(jī)床的柔性自動化加工系統(tǒng)中，可能需要配備1000把刀具以上，這取加工中心決于加丁零件的品種和數(shù)量。即使一臺加工中心自身的刀庫，少則十幾把刀具，多則幾十把甚至一百多把刀具。
每把刀具都包括兩種信息：一種是刀具描述信息，即靜態(tài)信息，如刀具識別編碼和幾何參數(shù)等；另一種是刀具狀態(tài)信息，即動態(tài)信息，如刀具所在位置、刀具累計(jì)使用次數(shù)、刀具剩余壽命(min)、刀具刃磨次數(shù)等。所以，與刀具有關(guān)的信息量很大。要將這些大量的刀具及有關(guān)信息管理好，必須有一個完善的計(jì)算機(jī)刀具管理系統(tǒng)，才能解決多品種零件加工對刀具的需求。
2．刀具管理的任務(wù)
刀具管理就是及時而準(zhǔn)確地對指定的機(jī)床提供適用的刀具，以便在維持較好的設(shè)備利用宰的情況下，生產(chǎn)出所需數(shù)量的合格零件。因此，刀具管理最重要的準(zhǔn)則是：刀具供加工中心應(yīng)及時，通過時間短，刀具儲存量少，組織費(fèi)用少。柔性自動化加工系統(tǒng)中的刀具管理包括以下幾個方面。
(1)刀具室的控制與管理。刀具首先在刀具室內(nèi)與刀夾裝配成刀具組件，并在調(diào)刀儀上調(diào)好尺寸，然后編碼待用。根據(jù)加工零件需要，調(diào)用相應(yīng)的刀具組件井分配給機(jī)床。應(yīng)按自動加工系統(tǒng)的需要，對刀具的庫存量進(jìn)行控制，使刀具冗余量最小。
(2)刀具的分配與傳輸。刀具的分配是根據(jù)零件加工工藝過程和加工系統(tǒng)作業(yè)調(diào)度計(jì)劃及刀具分配策略決定的。第1種刀具分配策略，是一批零件使用一組刀具，當(dāng)加工完一批零件后一組刀具全部更換。這種簫略使加工系統(tǒng)刀具庫存量很大，但控制軟件簡單。第2種刀具分配策略，可以幾種零件使加工中心用—‘組刀具，在成組技術(shù)基礎(chǔ)上確定一組零件所需的刀具，加工完畢后所有刀具送回刀具室。這種策略可減少刀具庫存量，但需要比較復(fù)雜的控制軟件。
當(dāng)然，根據(jù)具體情況，還可以采用其他刀具分配策略，如加丁某幾種零件后，保留適用于下幾種零件加工的刀具，而取走其余刀具，再補(bǔ)充必要的刀具，以便進(jìn)行以后幾種零件加工。
這樣可大人減少刀只庫存量，但控制軟件更加復(fù)雜。關(guān)于刀具的傳輸，人的自動化加工系統(tǒng)采用無人小車(AGV)，而小的系統(tǒng)則用機(jī)械手和高架傳送帶等。
(3)刀具的監(jiān)控。在加工過程中，應(yīng)對刀具狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控和對刀具的切削時間進(jìn)行累計(jì)，當(dāng)達(dá)到規(guī)定的使用耐用度晌，刀具要重磨或更換。當(dāng)發(fā)生／J具破損時，機(jī)床應(yīng)立即停車，并發(fā)出報警信號，以便操作人員及時處理。
(4)刀具信息的處理。處理／J具各種靜、動態(tài)信息，使這些信息在機(jī)床、刀具室、主控計(jì)算機(jī)之間傳輸，有些動態(tài)信息必須在加丁系統(tǒng)運(yùn)行時不斷進(jìn)行修改。刀具標(biāo)準(zhǔn)化問題加工中心也是刀具管理的重要任務(wù)，應(yīng)結(jié)合加工工藝過程的標(biāo)準(zhǔn)化統(tǒng)一考慮以卜問題：
①盡可能使用通用刀具，少用特殊的非標(biāo)準(zhǔn)刀具：
②使用不重磨刀片，采用標(biāo)準(zhǔn)的模塊化的刀夾裝置；
③使用可調(diào)刀具，以減少刀具的種類。
3．刀具系統(tǒng)的管理過程
(1)自動換刀刀庫中刀具的管理
在單臺加工中心上加丁零件時，也必須準(zhǔn)確無誤地從刀庫中取出所需的刀具。從刀庫中選刀的方式，一般可分為順序選擇和任意選擇兩種：
①順序選擇方式。將預(yù)調(diào)整的刀具組件按加工的工序依次插人刀庫中，加工時，根據(jù)數(shù)控指令，依次用機(jī)械手從刀庫中取出刀具，每次換刀時刀庫依次轉(zhuǎn)動一個刀座位置。這種方式，刀庫驅(qū)動控制非常簡單，但刀庫中的任一把刀具在零件整個加工中不能重復(fù)使用。
②任意選擇方式。仟意選擇方式是預(yù)先把刀庫中的加工中心每把刀具(或刀座)都進(jìn)行編碼，刀庫運(yùn)轉(zhuǎn)中，每把刀具都經(jīng)過識別裝置接受識別。當(dāng)某一把刀具的編碼與數(shù)控指令代碼相符時，刀具識別裝置即發(fā)出信號，令刀庫將該把刀具輸送到換刀裝置，等待機(jī)械手取出使用。這種方式的優(yōu)點(diǎn)是刀具可以重復(fù)使用，減少了刀具庫存量，刀庫也可相應(yīng)小些，但刀庫驅(qū)動控制比較復(fù)雜。
(2)刀具的識別
在數(shù)控加工的刀具管理中，刀具識別非常重要。從原理上看，可以有多種不同的方法來實(shí)現(xiàn)刀具的識別，分為接觸式識別和非接觸式識別兩種。圖7—l所示為采用接觸式識別方法的鉆頭夾頭。
在夾頭前端組裝了一些表示刀具編碼的環(huán)，稱為數(shù)碼環(huán)，預(yù)先規(guī)定大直徑的數(shù)碼環(huán)為“廣，小直徑為“o”。數(shù)碼環(huán)司以是大直徑或小直徑的，圖中有5個數(shù)碼環(huán)，故有2’：32種組合情況，即32種刀具編碼。圖示編碼為11010，刀庫儲存量越多，則數(shù)碼環(huán)數(shù)日也越多。在刀庫附近有一接觸式刀具識別裝置，從其中伸出與數(shù)碼環(huán)數(shù)量相等的幾個觸針。根據(jù)觸針與數(shù)碼環(huán)接觸與甭，即可判斷數(shù)碼環(huán)是大直徑的，還足小加工中心直徑的。每個觸針與一個繼電器連接。當(dāng)數(shù)碼環(huán)為大直徑時，與觸針接觸，繼電器通電，其數(shù)碼為“1”：當(dāng)數(shù)碼環(huán)足小直徑時，與觸針不接觸，繼電器不通電，其數(shù)碼為“0”。只有當(dāng)各繼電器讀出的數(shù)碼與所需刀具的數(shù)碼一致時，／J庫才由抑制裝置操縱自動停止，然后被機(jī)械手取出／J具并輸送到機(jī)床主軸上，從而實(shí)現(xiàn)自動換刀。
近年來，條形碼U／‘泛地應(yīng)用于刀具識別技術(shù)中，這是因?yàn)闂l形碼可以在很小的尺寸范圍內(nèi)容納極高密度的信息，而旺易于實(shí)現(xiàn)信息識別的自動化。所謂條形碼，足指一組印在淺色襯底上的、深色的、粗細(xì)不同的條形碼符。實(shí)際上是采用國際上通用的編碼方法，通過K條形線條的某種排列組合而得出—定含義的編碼。條形碼識別系統(tǒng)由光源、條形碼標(biāo)記、光敏元件和讀出控制電路組成，如圖7—2所示，當(dāng)識別裝置加工中心中光源發(fā)出的光線別向桂動的刀具上的條形碼標(biāo)記時，由于條形碼標(biāo)記上的線條本身粗細(xì)不同、線條間隙寬窄不同和襯底的反射串不同，就會產(chǎn)生強(qiáng)弱小同的反射光，井經(jīng)聚光鏡聚焦在光敏元件上，不同強(qiáng)弱的反射光使光敏元件輸出的信號電流人小也隨之不同。這—電流信號送入讀出控制電路后，經(jīng)放大、整形，最終轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，將其送入計(jì)‘算機(jī)或其他邏輯電路中作必要的處琿，即可實(shí)現(xiàn)刀具的識別。這種識別方法是在非接觸狀態(tài)下工作的，不會由于磨損和接觸不良而造成故障，因而工作可靠。
(3)柔性制造系統(tǒng)刀具的管理
在柔性制造系統(tǒng)中，刀具管理的方法主要是在該系統(tǒng)的中央控制系統(tǒng)十建立刀具數(shù)據(jù)文件，其主要內(nèi)容包括刀具編碼、刀具名稱、刀具大小識別號、刀具耐用度、刀位號、加工中心刀具補(bǔ)償類型、刀尖半徑、刀具半徑、刀具長度及其公差、切削用量和刀具監(jiān)測信息等。其中，刀具編碼是刀具管理最基本、最重要的信息，是接個加工系統(tǒng)中刀具識別的依據(jù)。每一把刀具必須占有且只能占有一組編碼，用于計(jì)算機(jī)識別刀具。通過編碼就可查出刀具的尺寸、耐用度及其在系統(tǒng)內(nèi)的位置。這種編碼不影響刀具在機(jī)床刀庫或中央刀庫的存放位置。至于編碼的方法，各種加丁系統(tǒng)均根據(jù)具體情況而定。
加工系統(tǒng)運(yùn)行時，通過不斷修改預(yù)定的刀具數(shù)據(jù)文件和調(diào)刀儀把刀具的實(shí)際參數(shù)輸入后，就町建立一套刀具的實(shí)際數(shù)據(jù)文件，存儲于十央控制系統(tǒng)的中央刀具數(shù)據(jù)庫中，再由中央控制系統(tǒng)通知各加丁中心實(shí)現(xiàn)刀具在加工系統(tǒng)各部分之間的傳送并進(jìn)行加工。通過加工系統(tǒng)控制終端顯示的菜單，采用人機(jī)對話形式，加工中心實(shí)現(xiàn)刀具在整個加工系統(tǒng)運(yùn)行中的管琿過程。
科學(xué)的刀具管理能為用戶節(jié)省可觀的刀具費(fèi)用，因此，開發(fā)刀具管理技術(shù)和相關(guān)的軟件、硬件已成為刀具制造商的業(yè)務(wù)范圍，并由此將有關(guān)刀具正確使用的知識、數(shù)據(jù)和信息傳遞給用戶。
Walter公司的TDM刀具管理軟件，可從工件材料、庫存、切削參數(shù)、刀具壽命、采購供應(yīng)等不同方面對刀具進(jìn)行全面管理。日研公司的TMSWindows刀具管理系統(tǒng)，包括刀具自動識別(m)的功能。Kennametal公司推出的供用戶存放和管理刀具的TOOL BOSS刀具柜，包括一千刀具柜管理軟件，機(jī)床操作者憑個人使用的密碼通過屏幕引導(dǎo)可打開相應(yīng)的抽屜．領(lǐng)取一定數(shù)量的刀片或刀具，刀具管珥人員叼根據(jù)加工的需要事先設(shè)置各機(jī)床操作者領(lǐng)取的刀具品種、規(guī)格、數(shù)量及其最低的庫存量，相關(guān)的各級管理人員憑設(shè)置的權(quán)限不同層次和密碼可進(jìn)入該系統(tǒng)的不同層次，了解有關(guān)的數(shù)據(jù)，系統(tǒng)還司連接到公司的局域網(wǎng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，并町與供應(yīng)商聯(lián)網(wǎng)加工中心，及時補(bǔ)充消耗的刀具。該公司的系統(tǒng)可以減少資金占用率，(最多時)可減少90％、減少刀具倉儲成本50％，減少內(nèi)部刀具管胛費(fèi)用近90％。
德國Walter公司的TDM easy軟件，向用戶推薦該公司的各類刀具加工小同千件材料時的切削參數(shù)。Walter公司的TDM刀具管理軟件具有縮短計(jì)劃時間、使調(diào)整時間和工序間斷時間降至最低、減少刀具種類、促進(jìn)刀具標(biāo)準(zhǔn)化、減少刀具庫存，以及對刀具訂貨進(jìn)行控制的功能等。Sandvik Coromm~t公司開發(fā)的Auto TAS刀具管理軟件，有11個集成模塊。該軟件可為該公司提供3000多種刀具的CAD模型(幾何尺寸、檢測、裝配)，可自動選擇該公司樣本與電子樣本中的刀具使用，提供各種刀具的庫存位置、成本、供應(yīng)商、切削性能、刀具壽命及要加工工件的加工中心信息。AutoTAS刀具管理軟件還提供刀具庫存管理、購買、統(tǒng)計(jì)分析，報表，刀具室計(jì)劃與質(zhì)量控制等功能。Mapal公司推出的全球刀具管理系統(tǒng)可為用戶提供正確的刀具品種和數(shù)量，可為用戶建立服務(wù)部，負(fù)責(zé)刀具的重磨、調(diào)整、發(fā)放等業(yè)務(wù)，幫助用戶分析、評價加下過程等。
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