智能化刀具管理方法及系统与流程

本发明涉及自动化加工
技术领域：
，更具体地说，它涉及一种智能化刀具管理方法及系统。
背景技术：
：在利用数控机床对工件进行自动化加工过程中，根据所要加工工件的结构及精度参数，需要用到不同的刀具。在对工件进行切削加工过程中，根据工艺步骤的进程，机床根据设定程序使用不同的刀具进行加工。由于切削加工时刀具的刀刃部分会产生磨损损耗，在连续切削的工况下，刀具在使用至临近设定寿命时间后就需要更换；在不连续切削的工况下，刀具在使用一段时间完成设定工序后便会被更换。更换后的刀具本身还具备一定时长的使用寿命，如果能够更好更充分地利用好上述刀具剩余的使用寿命，无疑将会大大降低工件加工的成本。为此，专利号为cn201910487314.1的中国专利，提出了一种铝合金缸盖生产用刀具使用寿命管理方法及系统，其主要的方案在于事先设定刀具最大使用次数，而后确定刀具的剩余使用次数，最后判断剩余使用次数是否等于0，若剩余使用次数等于0则意味着上述刀具的使用寿命完结。显然，上述方案的本质是将刀具的使用寿命与刀具的使用次数相关联，针对的是对同等性质的工件进行相同工艺的加工，必须如此才能保证每次切削使用后刀具的磨损程度相一致。而实际生产中，刀具可能会应用于不同工件、不同工序的切削，而且在使用特定次数后，就正在加工工件的某一设定待加工位置而言上述刀具可能再也不能满足切削要求，但是，上述刀具可能仍然能够用于加工上述工件的其他部位甚至是加工其它工件。显然，当前的刀具管理方法或系统还没有最大化的利用好刀具的使用寿命，还存有许多待优化之处。技术实现要素：针对实际运用中刀具使用寿命不充分，导致刀具利用率低，增加工件加工生产成本的问题，本发明目的一在于提出一种智能化刀具管理方法，其能够根据刀具本身的使用寿命以及切削不同工件或完成不同工序所对应的磨损量，计算刀具在剩余寿命范围内所能够完成的工序或切削量，并且不断挖掘磨损后的刀具能够完成切削工艺的类别，尽可能的将磨削后的刀具应用到其他工序或工件的切削加工中，尤其实现对刀具的最大化利用，降低生产成本。基于上述智能化刀具管理方法，本发明还在于保护一种智能化刀具管理系统，具体方案如下：一种智能化刀具管理方法，包括：对各刀具进行编号并存储；计算并存储各刀具对应于不同工件的不同切削工序的切削磨损量；测定各刀具当前对应于不同工件的不同切削工序的剩余磨损量并与所述刀具编号关联存储；分析待加工工件及加工过程中所需的切削工序，计算得到所需刀具以及切削磨损量；基于上述所需刀具及切削磨损量，查找剩余磨损量与切削磨损量之差最小的刀具及其对应编号并推荐使用；根据上述切削工序消耗的切削磨损量，更新所述对应编号的刀具的剩余磨损量并存储。通过上述技术方案，在利用刀具对工件进行加工之前，会预先分析整个切削工序所要用到的刀具以及刀具对应的切削磨损量，而后查找剩余磨损量与上述切削磨损量之差最为接近的刀具对工件进行加工处理，由此可以对一些刀具进行二次甚至是多次使用，提升刀具的利用率，降低工件的加工成本。进一步的，对应于不同工件的不同切削工序的切削磨损量，由实验测得或由理论推导得到；所述切削磨损量与剩余磨损量中磨损量包括刀刃的角度损失、厚度损失以及宽度损失中的至少一种。进一步的，所述计算并存储各刀具对应于不同工件的不同切削工序的切削磨损量，包括：检测待加工工件以及刀具的材料特性；分析切削工序中刀具与工件之间的相对运动方式；计算采用所述刀具并基于上述运动方式加工上述待加工工件时刀具的切削磨损率；基于上述切削磨损率以及切削工序所需的时间，计算得到所述切削磨损量。通过上述技术方案，可以较为准确的得到各种材质的刀具在加工不同材质的待加工工件时，对应于不同的加工方式所产生的切削磨损率，最终根据上述切削磨损率以及各个切削工序所需的时间，计算出完成上述切削工序后刀具的磨损量，上述计算规则适用于刀具角度、宽度及厚度的磨损量计算。进一步的，所述测定各刀具当前对应于不同工件的不同切削工序的剩余磨损量包括：检测并存储刀具当前的几何角度、厚度以及宽度；基于各刀具对应于不同工件的不同切削工序的切削磨损量，计算得到当前刀具对应于不同工件的不同切削工序的最大可使用次数n；分别计算并存储当前刀具对应于不同工件的不同切削工序使用1-n次后的剩余几何角度、厚度以及宽度。通过上述技术方案，以各刀具为基础，存储上述刀具对应于不同工件的不同切削工序所能完成的切削次数，即直接以可用频次表示上述刀具的剩余磨损量，直观简单，便于快速筛选出适合于当前切削工序的刀具。进一步的，所述智能化刀具管理方法还包括：综合分析多个待加工工件及加工过程中所需的切削工序，计算得到所需刀具以及完成上述各切削工序刀具对应的切削磨损量；对应于同种类型的刀具，根据待加工工件的加工顺序以及切削工序的先后顺序，确定上述类型刀具的使用数量以及使用顺序，刀具使用顺序确定方法步骤如下：c1,选择一刀具，获取上述刀具当前剩余磨损量，设定为a；c2,获取当前切削工序所需的切削磨损量，设定为b；c3,计算上述刀具完成当前切削工序后剩余磨损量并更新存储；c4,依次查阅后续各切削工序中上述刀具对应的切削磨损量，确定上述刀具下一次使用时所对应切削工序并存储，确定标准为kmin=a-b-x,其中，x为上述刀具下一次使用时所对应的切削磨损量，kmin为上述刀具完成下一次切削工序后的剩余磨损量，选择kmin为正数且最小时所对应的x，查询得到对应于上述x的切削工序，即上述刀具下一次使用时所对应切削工序；c5，重复上述步骤c3-c4，直至无法查阅到x满足kmin为正数；c6，将上述步骤c1中的刀具所对应的切削工序加以排序，生成上述刀具的使用顺序并将其与刀具编号关联存储；刀具使用数量的确定方法为：基于上述刀具使用顺序确定方法步骤c1-c6，直至多个待加工工件加工过程中对应于同种类型刀具的切削工序全部对应有设定编号的刀具，计算并输出上述方法步骤c1-c6的循环次数，即为刀具使用数量。通过上述技术方案，以多个待加工工件为基础，由于加工各个待加工工件的切削工序存在不同，种类丰富的切削工序也为刀具的多次使用提供了更为充分的选择。上述方案，在对多个待加工工件进行加工前便分析安排好各个切削工序所对应的刀具，能够实现单个刀具使用寿命的最大化利用。一种智能化刀具管理方法，包括：对各刀具进行编号并存储；计算并存储各刀具对应于不同工件的不同切削工序的切削磨损率；测定各刀具当前对应于不同工件的不同切削工序的剩余切削寿命并与所述刀具编号关联存储；分析待加工工件及加工过程中所需的切削工序，计算得到所需刀具以及对应的切削时间；基于所需刀具及切削时间，查找剩余切削寿命与切削时间之差最小的刀具及其对应编号并推荐使用；根据上述切削工序消耗的切削时间，更新所述对应编号刀具的剩余切削寿命。通过上述技术方案，以刀具对应于不同工件的不同切削工序的磨损率为基础，得到刀具对应于不同工件的不同切削工序的使用寿命，根据各个切削工序所持续的时间推算出使用寿命的消耗值，当完成一项切削工序后便能够得到刀具的剩余切削寿命，以切削时间为单位，计算简单直接。进一步的，所述切削磨损率包括刀刃的角度磨损率、厚度磨损率以及宽度磨损率中的至少一种。进一步的，所述测定各刀具当前对应于不同工件的不同切削工序的剩余切削寿命包括：检测刀具端部外轮廓并计算外轮廓上各切线与刀具轴向所成的角度；基于上述角度所在范围，沿刀具的轴向将刀具端部划分为多个分段；基于上述各个分段的角度获取上述各分段适用的工件以及加工工序；基于上述分段长度及其对应的不同工件的不同切削工序的切削磨损率，确定刀具各分段的剩余切削寿命；或检测并存储各刀具当前具有的角度、厚度以及宽度；获取并存储各刀具对应于不同工件的不同切削工序的角度磨损率、厚度磨损率以及宽度磨损率；基于各刀具对应于不同工件的不同切削工序的切削磨损率，计算得到当前刀具对应于不同工件的不同切削工序的最大可切削时间，即所述剩余切削寿命。通过上述技术方案，根据刀具的角度剩余量推算针对于各个角度的剩余切削寿命，即同一刀具在使用一段时间后，其对应的切削工序及磨损率会发生变化，通过计算分析上述变化，能够使得刀具剩余切削寿命的计算更为准确，也能够及时调整上述刀具对应的适用工序。一种智能化刀具管理系统，包括:刀具识别单元，配置为用于识别并输出刀具编号并采集刀具的角度、宽度以及厚度数据；刀具磨损率存储单元，配置为用于存储各个刀具对应于不同工件的不同切削工序时的磨损率；刀具剩余寿命计算单元，配置为接收刀具的角度、宽度以及厚度数据，并基于上述磨损率计算得到所述刀具对应于不同工件的不同切削工序时的剩余切削寿命；刀具信息存储单元，配置为用于关联存储各刀具的编号以及对应于不同工件的不同切削工序时的剩余切削寿命；智能匹配单元，根据待加工工件以及加工过程中所需的切削工序，匹配对应的刀具并输出刀具编号；更新单元，配置为接收智能匹配单元输出的刀具编号，并根据所述刀具磨损率存储单元以及刀具剩余寿命计算单元的输出结果，更新所述刀具信息存储单元。通过上述技术方案，将各个刀具信息进行存储，而后根据待加工工件以及切削工序，查找到最适宜的刀具进行加工，最大化的利用刀具的使用寿命。进一步的，所述智能匹配单元包括：常规运算模块，配置为与刀具信息存储单元数据连接，用于接收并计算各刀具剩余切削寿命与切削工序所需刀具的切削时间之间的差值并将上述差值进行排序，输出最小差值对应的刀具信息；和/或智能处理模块，配置为用于实施如前所述的智能化刀具管理方法步骤c3-c6。与现有技术相比，本发明的有益效果如下：（1）通过在利用刀具对工件进行加工之前，预先分析整个切削工序所要用到的刀具以及刀具对应的切削磨损量，而后查找剩余磨损量与上述切削磨损量之差最为接近的刀具对工件进行加工处理，由此可以对一些刀具进行二次甚至是多次使用，提升刀具的利用率，降低工件的加工成本；（2）通过以多个待加工工件为基础，由于加工各个待加工工件的切削工序存在不同，种类丰富的切削工序也为刀具的多次使用提供了更为充分的选择。上述方案，在对多个待加工工件进行加工前便分析安排好各个切削工序所对应的刀具，能够实现单个刀具使用寿命的最大化利用。附图说明图1为智能化刀具管理方法的示意图（以切削磨损量计算刀具剩余寿命）；图2为计算刀具切削磨损量的方法示意图；图3为计算刀具剩余磨损量的方法示意图；图4为智能化刀具管理方法的示意图（以切削磨损率计算刀具剩余寿命）；图5为分角度计算刀具剩余切削寿命的示意图；图6为智能化刀具管理系统功能单元的简化示意图。附图标记：1、刀具识别单元；2、刀具磨损率存储单元；3、刀具剩余寿命计算单元；4、刀具信息存储单元；5、智能匹配单元。具体实施方式为了最大化的对数控机床的刀具使用寿命加以利用，本发明目的一提出了一种智能化刀具管理方法。下面结合实施例及图对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方式不仅限于此。应当指出的是，下述方法步骤可以选择性地执行；下述步骤不限于本文规定的具体顺序；下述步骤可以按不同的顺序执行；下述步骤可以同时进行。一种智能化刀具管理方法，如图1所示，包括如下步骤：s1、对各刀具进行编号并存储；s2、计算并存储各刀具对应于不同工件的不同切削工序的切削磨损量；s3、测定各刀具当前对应于不同工件的不同切削工序的剩余磨损量并与所述刀具编号关联存储；s4、分析待加工工件及加工过程中所需的切削工序，计算得到所需刀具以及切削磨损量；s5、基于上述所需刀具及切削磨损量，查找剩余磨损量与切削磨损量之差最小的刀具及其对应编号并推荐使用；s6、根据上述切削工序消耗的切削磨损量，更新所述对应编号的刀具的剩余磨损量并存储。上述步骤s1中，详述的，将上述各个刀具按照种类以及精度进行分类，而后按照不同的类目对刀具进行编号，形成树状的编号体系，例如类型a的刀具，包括大小为b/c/d三个类型的刀具，则上述刀具的编号分别为ab/ac/ad，以此类推，将一个大类的刀具按照类目整合存储。上述步骤s2中，对应于不同工件的不同切削工序的切削磨损量，由实验测得或由理论推导得到，通常情况下，刀具的生产制造商会给出参考的数值。所述切削磨损量与剩余磨损量中磨损量包括刀刃的角度损失、厚度损失以及宽度损失中的至少一种。上述刀具角度是用来确定刀具切削部分几何形状的重要参数，当其损失程度超过设定值后，便会对工件加工精度造成影响。详述的，所述步骤s2，计算并存储各刀具对应于不同工件的不同切削工序的切削磨损量，如图2所示，包括：s21、检测待加工工件以及刀具的材料特性；s22、分析切削工序中刀具与工件之间的相对运动方式；s23、计算采用所述刀具并基于上述运动方式加工上述待加工工件时刀具的切削磨损率；s24、基于上述切削磨损率以及切削工序所需的时间，计算得到所述切削磨损量。上述步骤s21中，刀具以及待加工工件的材料特性可以通过来料数据或实验检测得到，而步骤s22中，刀具与待加工工件的运动方式，如二者的相对运动速率、相对运动方向等，上述运动方式对刀具的磨损率有着重要影响。步骤s24中，根据上述步骤中获取的数据，可以较为准确地计算出各个刀具对应于不同工件的不同切削工序的切削磨损量。上述步骤s4中，分析待加工工件及加工过程中所需的切削工序，可以由计算机自动完成，亦可以采用人工计算分析的方式完成。例如何种切削工序对应何种刀具等，最终确认刀具及其切削磨损量。上述步骤s5中，查找剩余磨损量与上述切削磨损量之差最为接近的刀具对工件进行加工处理，由此可以对一些刀具进行二次甚至是多次使用，提升刀具的利用率，降低工件的加工成本。上述步骤s3中，所述测定各刀具当前对应于不同工件的不同切削工序的剩余磨损量，如图3所示，包括：s31，检测并存储刀具当前的几何角度、厚度以及宽度；s32，基于各刀具对应于不同工件的不同切削工序的切削磨损量，计算得到当前刀具对应于不同工件的不同切削工序的最大可使用次数n；s33，分别计算并存储当前刀具对应于不同工件的不同切削工序使用1-n次后的剩余几何角度、厚度以及宽度。上述技术方案以各刀具为基础，存储上述刀具对应于不同工件的不同切削工序所能完成的切削次数，即直接以可用频次表示上述刀具的剩余磨损量，直观简单，便于快速筛选出适合于当前切削工序的刀具。进一步优化的，所述智能化刀具管理方法还包括：综合分析多个待加工工件及加工过程中所需的切削工序，计算得到所需刀具以及完成上述各切削工序刀具对应的切削磨损量；对应于同种类型的刀具，根据待加工工件的加工顺序以及切削工序的先后顺序，确定上述类型刀具的使用数量以及使用顺序，刀具使用顺序确定方法步骤如下：c1,选择一刀具，获取上述刀具当前剩余磨损量，设定为a；c2,获取当前切削工序所需的切削磨损量，设定为b；c3,计算上述刀具完成当前切削工序后剩余磨损量并更新存储；c4,依次查阅后续各切削工序中上述刀具对应的切削磨损量，确定上述刀具下一次使用时所对应切削工序并存储，确定标准为kmin=a-b-x,其中，x为上述刀具下一次使用时所对应的切削磨损量，kmin为上述刀具完成下一次切削工序后的剩余磨损量，选择kmin为正数且最小时所对应的x，查询得到对应于上述x的切削工序，即上述刀具下一次使用时所对应切削工序；c5，重复上述步骤c3-c4，直至无法查阅到x满足kmin为正数；c6，将上述步骤c1中的刀具所对应的切削工序加以排序，生成上述刀具的使用顺序并将其与刀具编号关联存储；刀具使用数量的确定方法为：基于上述刀具使用顺序确定方法步骤c1-c6，直至多个待加工工件加工过程中对应于同种类型刀具的切削工序全部对应有设定编号的刀具，计算并输出上述方法步骤c1-c6的循环次数，即为刀具使用数量。通过上述技术方案，如下表1所示：切削工序排序12345切削工序中切削磨损量占刀具完整寿命的比值40%35%60%20%40%匹配刀具ababb刀具使用次数11223刀具剩余磨损量60%65%0%45%5%表1从上表可以看到，以多个待加工工件为基础，由于加工各个待加工工件的切削工序存在不同，种类丰富的切削工序也为刀具的多次使用提供了更为充分的选择。上述方案，在对多个待加工工件进行加工前便分析安排好各个切削工序所对应的刀具，能够实现单个刀具使用寿命的最大化利用。与上述刀具管理方法不同，本发明还提出了一种智能化刀具管理方法，如图4所示，包括：a1、对各刀具进行编号并存储；a2、计算并存储各刀具对应于不同工件的不同切削工序的切削磨损率；a3、测定各刀具当前对应于不同工件的不同切削工序的剩余切削寿命并与所述刀具编号关联存储；a4、分析待加工工件及加工过程中所需的切削工序，计算得到所需刀具以及对应的切削时间；a5、基于所需刀具及切削时间，查找剩余切削寿命与切削时间之差最小的刀具及其对应编号并推荐使用；a6、根据上述切削工序消耗的切削时间，更新所述对应编号刀具的剩余切削寿命。上述方法以刀具对应于不同工件的不同切削工序的磨损率为基础，得到刀具对应于不同工件的不同切削工序的使用寿命，根据各个切削工序所持续的时间推算出使用寿命的消耗值，当完成一项切削工序后便能够得到刀具的剩余切削寿命，以切削时间为单位，计算简单直接。步骤a2中，所述切削磨损率包括刀刃的角度磨损率、厚度磨损率以及宽度磨损率中的至少一种。相应的，所述测定各刀具当前对应于不同工件的不同切削工序的剩余切削寿命包括：d1，检测刀具端部外轮廓并计算外轮廓上各切线与刀具轴向所成的角度；d2，基于上述角度所在范围，沿刀具的轴向将刀具端部划分为多个分段；d3，基于上述各个分段的角度获取上述各分段适用的工件以及加工工序；d4，基于上述分段长度及其对应的不同工件的不同切削工序的切削磨损率，确定刀具各分段的剩余切削寿命；或e1，检测并存储各刀具当前具有的角度、厚度以及宽度；e2，获取并存储各刀具对应于不同工件的不同切削工序的角度磨损率、厚度磨损率以及宽度磨损率；e3，基于各刀具对应于不同工件的不同切削工序的切削磨损率，计算得到当前刀具对应于不同工件的不同切削工序的最大可切削时间，即所述剩余切削寿命。对于上述方法步骤d1-d4，如图5所示，根据刀具的角度剩余量推算针对于各个角度的剩余切削寿命，即同一刀具在使用一段时间后，其适用的切削工序及磨损率会发生变化，通过计算分析上述变化，能够使得刀具剩余切削寿命的计算更为准确，也能够及时更新调整上述刀具对应的适用工序并对应存储。对于上述方法步骤e1-e3,以当前刀具所保有的剩余磨损量作为参考，推算出刀具的剩余切削寿命。为实现上述刀具管理方法，本发明还提出了一种智能化刀具管理系统，如图6所示，包括:刀具识别单元1、刀具磨损率存储单元2、刀具剩余寿命计算单元3、刀具信息存储单元4、智能匹配单元5以及更新单元。上述刀具识别单元1配置为用于识别并输出刀具编号并采集刀具的角度、宽度以及厚度数据。上述刀具识别单元1在实际应用中可配置为图像采集装置以及图像识别程序模块，通过图像采集装置，如摄像头等采集上述刀具的图像，而后利用图像识别程序模块便可以对上述图像加以分析，得到上述角度、宽度以及厚度数据。刀具磨损率存储单元2配置为用于存储各个刀具对应于不同工件的不同切削工序时的磨损率。刀具剩余寿命计算单元3配置为接收刀具的角度、宽度以及厚度数据，并基于上述磨损率计算得到所述刀具对应于不同工件的不同切削工序时的剩余切削寿命。刀具信息存储单元4配置为用于关联存储各刀具的编号以及对应于不同工件的不同切削工序时的剩余切削寿命。智能匹配单元5配置为根据待加工工件以及加工过程中所需的切削工序，匹配对应的刀具并输出刀具编号。更新单元配置为接收智能匹配单元5输出的刀具编号，并根据所述刀具磨损率存储单元2以及刀具剩余寿命计算单元3的输出结果，更新所述刀具信息存储单元4。上述刀具磨损率存储单元2以及刀具信息存储单元4可共享同一硬件存储介质，如硬盘等，上述数据信息也可以存储在云端服务器中，通过与现场设备的通信连接实现数据的上传查询下发。在一特定的实施方式中，上述各个功能模块均可通过现场处理器以及与之连接的外接存储器完成，如计算机、单片机模块或plc程控模块等，处理器连接输入输出界面实现待加工工件信息、所要进行的切削工序信息等信息数据的输入输出，并在通过处理器实现运算。上述技术方案将各个刀具信息进行存储，而后根据待加工工件以及切削工序，查找到最适宜的刀具进行加工，最大化的利用刀具的使用寿命。在刀具的匹配过程中，优化的，所述智能匹配单元5包括常规运算模块和/或智能处理模块。常规运算模块配置为与刀具信息存储单元4数据连接，用于接收并计算各刀具剩余切削寿命与切削工序所需刀具的切削时间之间的差值并将上述差值进行排序，输出最小差值对应的刀具信息。上述智能处理模块配置为用于实施如前所述的智能化刀具管理方法步骤c3-c6，其间数据调用、存储等具体实施方式在此不再赘述。以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本
技术领域：
的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。当前第1页1 2 3