机床的过程监测与自适应控制的制作方法

本公开总的涉及数控机床中的过程的监测和自适应控制。

背景技术：

可编程逻辑控制器(PLC)用于许多不同类型机床的自动化。由PLC控制的机床可以向PLC提供输入信号，而PLC则基于这些输入信号向机床提供控制信号。虽然PLC可用于多种任务，但机床(如金属切削用机床)的运动通常经由使用数控(NC)或计算机数控(CNC)来实现。机床的运动可以例如经由可执行程序或由操作者输入的命令沿着多个轴进行控制。例如，可以经由机床上的专用用户界面或经由连接到机床的计算机直接输入命令。可执行程序例如可以经由连接到机床的计算机被提供到机床。

机床可以在运行期间被监测，并且可以被自适应地控制，以提高性能。如果在操作期间检测到不希望的状态或事件，则可以将控制信号提供到机床，以使机床适当地响应。如果例如检测到刀具破损，则可以向机床的操作者发出警报，并且可以通过自动地从工件撤回刀具来中断经由刀具和工件的相互作用来执行的减成法(subtractive process)。监测机床的操作并对检测到的事件或状态提供适当的响应可防止对机床、机床的刀具和/或工件的损坏，可延长机床和/或机床的刀具的寿命，可减少制造时间，和/或可提高所制造产品的质量。

技术实现要素：

防止对机床、机床的刀具和/或工件的损坏，延长机床和/或机床的刀具的寿命，减少制造时间和/或提高所制造产品的质量将是有利的。为了更好地解决这些问题中的一个或多个问题，提供了具有在独立权利要求中限定的特征的方法和控制系统。还提供了相关计算机程序、计算机程序包、计算机可读存储装置和系统。优选实施例在从属权利要求中限定。

因此，根据第一方面，提供了一种方法。这种方法在控制系统中执行。控制系统包括可编程逻辑控制部分，所述可编程逻辑控制部分被构造用以控制机床的操作。控制系统还包括数控部分，所述数控部分被构造用以控制机床的刀具和工件之间的相对运动。该方法包括评估由可编程逻辑控制部分接收的与第一条件有关的输入信号。输入信号包括关于刀具的状态的信息，或关于经由刀具和工件的相互作用来执行的减成法的状态的信息。该方法包括响应于满足第一条件的输入信号，向数控部分提供该信息。

刀具或减成法的状态可以指示机床未以最佳方式操作，并且因此机床的操作可以优选地进行修改。如何对刀具或减成法的特定状态作出最佳响应可能会因环境而异，并且可能在制造或安装机床时尚是未知的。机床和/或刀具的特性例如可能以机床制造商未预测到的方式随时间变化，或机床可能以新类型的刀具操作。对给定状态的最合适的响应也可能取决于当前正在制造的物体的几何形状或材料。因此，允许机床的操作者指定机床如何响应刀具或减成法的特定状态可能是有利的。

在许多机床中，由可编程逻辑控制器(PLC)控制对许多或预定状态(例如，诸如刀具破损等关键事件)的响应。机床制造商通常在PLC中包含如何响应这些状态的指令(或命令或程序)。这些指令可以例如包括主轴旋转的立即停止，发出警报的信号和数控读取器禁止，以防止刀具进一步运动。PLC中的程序或指令对于机床的操作者来说可能很难甚至不可能编辑，而数控部分中的程序可能容易地由操作者编辑，例如经由布置在机床上的用户界面来编辑。向数控部分提供关于刀具或减成过程的状态的信息(响应于满足第一条件的输入信号)允许数控部分中的程序提供对该状态的响应。数控部分中的这种程序例如可以由操作者编辑，以基于当前环境和/或基于操作者的偏好来提供定制响应。因此，将关于刀具或减成法的状态的信息提供到数控部分(响应于满足第一条件的输入信号)允许改进机床操作，这可防止对机床、对刀具和/或对工件损坏，并且/或者能够使得制造时间减少，制造产品的质量提高，和/或机床和/或刀具的使用寿命延长。

输入信号(由可编程逻辑控制部分接收的)可以包括关于刀具的状态的信息，经由刀具和工件的相互作用来执行的减成法的状态的信息，或刀具和减成法两者的状态的信息。

刀具的状态可以是例如刀具破损、刀具磨损或刀具缺失。刀具磨损可指示刀具已磨损并应更换(或应以不同的主轴转速、深度或进刀速度运行，直至被更换)。

刀具的状态可以例如是刀具所经受的温度或力、或刀具的振动。刀具的状态可以例如是刀具的温度、力或振动超过阈值或处在特定范围内。

减成法的状态可以例如包括诸如主轴速度、切削深度和/或进刀速度的切削数据，或可以包括与刀具和工件之间的相互作用相关的其它参数。

减成法的状态可以是例如错误的切削数据。错误的切削数据可指示当前采用的切削数据，例如主轴转速、切削深度和/或进刀速度不适合用于该刀具。当前采用的切削数据可能例如不符合由刀具制造商指定的推荐切削数据。

减成法的状态可以例如涉及过程颤振，即刀具和/或工件的加工振动。

减成法的状态可以是例如工件缺失，以及刀具和工件之间实际上没有相互作用。

减成法的状态可以例如涉及刀具和工件的相互作用的结果，诸如工件的当前几何形状或表面光洁度。

减成法的状态可以例如是工件的当前几何形状处在公差范围内(即，工件的实现的几何形状是可接受的)，并且减成法因此可以中断。

所述信息可以例如以可以指示刀具或减成过程的状态的多个位的形式提供。

所述信息例如可以作为输入提供(响应于满足第一条件的输入信号)到正被数控部分执行的计算机程序，或作为输入提供到被指定的计算机程序，该计算机程序将由数控部分执行。

所述信息例如可以以与由可编程逻辑控制部分接收到的格式相同的格式或以不同(变换的)格式被提供(或转发)到数控部分。

所述信息例如可以通过指定数控部分的一个或多个内部变量的一个或多个值而被提供到数控部分。

在一些实施例中，整个输入信号都可被提供(或转发)到数控部分，而在其它实施例中，只有部分输入信号可被转发到数控部分。

可编程逻辑控制部分例如可以是用于机床的逻辑控制的数字计算机。

可编程逻辑控制部分可以例如是用于机床的逻辑控制的控制系统的软件部分(或部分)。

可编程逻辑控制部分可以例如是可编程逻辑控制器(PLC)或可编程逻辑继电器(PRL)。

数控部分可以例如被构造用以控制刀具和/或工件沿着一个或多个轴线的运动。

数控部分例如可以被布置用以控制用于提供刀具和/或工件的平移和/或旋转的一个或多个伺服机构。

数控部分可以例如是数控内核(NCK)。

数控部分可以例如执行计算机化的数控(CNC)。

数控部分可以例如是控制系统的软件部分(或部分)。

刀具可以例如被布置用以减成法制造，例如切削、钻孔、铣削、车削、铰孔、攻丝(threading)或磨削。

工件可以例如是刀具被布置用以与之相互作用的物体。

工件可以例如包括金属、木材、聚合物材料或复合材料。

该方法可以例如在可编程逻辑控制部分(其可以例如是PLC)中执行。

可编程逻辑控制部分和数控部分可以例如是两个分开的(或物理上可区分的)设备、电路或单元。

可编程逻辑控制部分和数控部分可以例如是两个逻辑上分开的(或逻辑上可区分的)控制系统的部分或部。

根据一些实施例，包括在输入信号中的信息可指示刀具破损、刀具磨损、刀具缺失、工件缺失、错误的切削数据、刀具所经受的温度、刀具所经受的力、刀具振动、过程颤动(即刀具和/或工件的加工振动)或工件的当前几何形状。

应理解，刀具所经受的温度的指示可以例如是特定温度值、温度范围或温度超过阈值的指示。

应理解，刀具所经受的力的指示可以例如是特定力大小、力大小间隔或力的大小超过阈值的指示。

应理解，刀具振动(或过程颤动)的指示可以例如是特定值、范围或振动(或颤动)的大小值超过阈值的指示。

应理解，工件的当前几何形状的指示可以例如包括当前获得的特定几何形状的指示，或当前获得的工件几何形状处在公差范围内的指示(即，所实现的工件几何形状是可以接受的)，并且因此，减成法可中断。

刀具磨损可指示刀具已磨损并应更换(或应以不同的主轴转速、深度或进刀速度运行，直至更换)。

错误的切削数据可指示当前采用的切削数据，诸如主轴转速、切削深度和/或进刀速度不适合用于该刀具。当前采用的切削数据可能例如不符合由刀具制造商指定的推荐切削数据。

根据一些实施例，该方法可以进一步包括评估与第二条件有关的输入信号。该方法可以进一步包括响应于满足第二条件的输入信号：触发由数控部分执行的计算机程序的中断，在数控部分中指定待由控制系统执行的计算机程序，以及将该信息作为输入提供到所指定的计算机程序。

对于刀具的一些状态或减成法的一些状态(例如刀具损坏)，控制系统的快速响应可以是优选的。触发由数控部分执行的计算机程序的中断，并且在数控部分中指定待执行的计算机程序允许对输入信号所指示的状态进行快速响应。

如上所述，与PLC中的指令(或命令或程序)相比，数控部分中的计算机程序可更易于由机床的操作者编辑。数控部分中的指定的程序例如可以是由机床的操作者提供的定制程序，从而引起控制系统对由输入信号指示的状态提供适当的响应。

将该信息作为输入提供到所指定的程序可允许所指定的程序(例如由机床操作者提供的定制程序)区分不同的状态并决定如何响应，而不是在存储在控制部分的其它部分(或由其执行的)中(诸如可编程逻辑控制部分中)的程序中作出这种区分。以这种方式，在更容易编辑的数控部分中布置了更多的控制，这有助于对由输入信号指示的状态提供更充分的响应。

所指定的计算机程序可以是例如包括许多命令或指令，而不是仅包括单个命令或指令(诸如“将刀具沿着轴线X移动距离D”)的数控程序。

所指定的计算机程序可以例如包括与刀具的相应状态或减成法的相应状态相关联的子程序。所指定的计算机程序可以例如使用接收到的信息作为输入来选择待执行的一个或多个子程序，以便提供适合于由输入信号指示的特定状态的响应。

中断可以例如经由控制部分的物理实现的中断功能(诸如专用中断端口)，或经由软件实现的中断功能来触发。

中断例如能够使得刀具和/或工件的已经启动的动作在完成之前中止，使得可以尽快地执行指定的程序。可替选地是，可以允许在执行指定的程序之前完成已启动的动作。

所指定的计算机程序可以例如被存储在数控部分中。

所指定的计算机程序可以例如被指定为待由数控部分执行。

根据一些实施例，所述方法可包括响应于包括在输入信号中的、指示来自一组预定状态中的状态的所述信息：触发由数控部分执行的计算机程序的中断，在数控部分中指定待由控制系统执行的计算机程序，并将该信息作为输入提供到所指定的计算机程序。

该组预定状态可包括刀具破损、刀具磨损、刀具缺失、工件缺失、错误的切削数据、刀具所经受的温度超过阈值、刀具所经受的力超过阈值、刀具振动超过阈值、过程颤动超过阈值，或工件的几何形状处在公差范围内。

应理解，该组预定状态可以例如包括以下状态中的一个或多个(或全部)：刀具破损、刀具磨损、刀具缺失、工件缺失、错误的切削数据、刀具所经受的温度超过阈值、刀具所经受的力超过阈值、刀具振动超过阈值、过程颤动超过阈值，以及工件的当前几何形状处在公差范围内。

例如，该组预定状态中的状态可能需要控制系统的快速响应。响应于这些状态而提供的动作的类型例如可以由机床的操作者通过数控部分中的指定的计算机程序来定制。

根据一些实施例，数控部分中的指定的计算机程序可以包括指令，其用于控制机床中断运动(例如，刀具和/或工件的旋转或平移)，从工件撤回刀具(或刀具的切削刃)、从刀具(或刀具的切削刃)撤回工件，用姊妹刀具替换刀具，将刀具移向相机，用以评估，将工件移向相机，用以评估，触发相机的运动，以评估刀具，触发相机的运动，以评估工件，或改变切削数据。

应理解，数控部分中的指定的计算机程序可以例如包括用于控制机床执行以下动作中的一个或多个(或全部)的指令：中断运动，从工件撤回刀具，从刀具撤回工件，用姊妹刀具替换刀具，将刀具移向相机，用以评估，将工件移向相机，用以评估，触发相机的运动，以评估刀具，触发相机的运动，以评估工件，以及改变切削数据。

使用相机的光学评估例如可以用来确定刀具是否需要更换或用来确定工件的几何形状是否处在公差范围内。

相机的运动(用于评估刀具或工件)可以例如经由使用机器人来提供。

所指定的程序可以例如包括用于处理相应预定状态的子程序(或子例程)。例如，可以基于作为输入提供到所指定的程序的信息来选择适当的子程序。

在由输入信号指示的状态是刀具破裂、刀具磨损或刀具缺失的情况下，所指定的程序可以例如使机床中断刀具的一个或多个运动、从工件撤回刀具(或刀具的切削刃)，然后用姊妹刀具替换该刀具。

在由输入信号指示的状态是工件缺失的情况下，所指定的程序可以例如使机床暂停并通知操作者，然后可以触发机器人将新工件移动到适当的位置，以便减成法制造。

在输入信号指示的状态是错误的切削数据的情况下，所指定的程序例如可能会导致机床更改切削数据。诸如主轴转速、切削深度或进刀速度等切削数据可以例如改变为针对当前采用的刀具和操作条件推荐的值。

根据一些实施例，数控部分中的指定的计算机程序可以是可编辑数控程序(或NC程序)。

数控程序例如可以由机床的操作者诸如经由机床的用户界面或经由连接到机床的个人计算机来编辑。

与许多PLC程序不同的是，数控程序可以例如不被机床制造商锁定以防止被编辑。

根据一些实施例，该方法可以进一步包括评估与第三条件有关的输入信号。该方法还可以包括响应于满足第三条件的输入信号，将可编程逻辑控制部分中的计算机程序的至少一部分指定为待由控制系统以该信息作为输入来执行。

以该信息作为输入来执行(响应于满足第三条件的输入信号)可编程逻辑控制部分中的计算机程序的至少一部分允许该程序提供对刀具或减成法的状态的响应。可编程逻辑控制部分中的程序可以例如已经由机床制造商提供，以提供对特定状态或事件的响应，这些响应可以优选地不被机床的操作者编辑。程序在可编程逻辑控制部分中提供的这些响应例如对于机床的安全操作而言可能是关键的，且因此可以通过将这些响应的控制布置在可编程逻辑控制部分而不是数控部分中的可编辑程序中来防止对这些响应编辑。通过这种方式保持机床的安全操作，而机床的操作仍然可以由机床的操作者经由数控部分中的程序来定制。

除了与第一条件有关的评估和与第二条件有关的评估之外，与第三条件有关的输入信号的评估例如也可以作为明确的第三评估步骤来执行。可替选地是，与第三个条件有关的评估可能是隐含的。在输入信号不满足第一和第二条件中的任何一个的情况下，输入信号例如可以自动满足第三条件。

响应于满足第三条件的输入信号，可编程逻辑控制部分中的计算机程序的所述至少一部分例如可以被指定为由可编程逻辑控制部分以该信息作为输入来执行。

可编程逻辑控制部分中的计算机程序的所述至少一部分可以例如包括用于控制机床中断运动和/或用姊妹刀具替换刀具的指令。

根据一些实施例，该方法可包括响应于输入信号满足第三条件：通过变换输入信号的至少一部分来生成中间信号，并且指定可编程逻辑控制部分中的计算机程序的所述至少一部分，该至少一部分将由控制系统以中间信号作为输入执行。

不同可编程逻辑控制部分中的计算机程序可适合用于接收不同数据格式的数据。在将输入信号作为输入提供到可编程逻辑控制部分中的计算机程序(的至少一部分)之前，将接收到的输入信号的至少一部分进行变换允许接收到的输入信号以与作为输入提供到其它可编程逻辑控制部分的信号相同的数据格式进行接收。使用共同数据格式向不同的可编程逻辑控制部分发送信号有助于可编程逻辑控制部分与其它设备之间的通信，所述其它设备诸如为被构造用以监测机床的操作并且向可编程逻辑控制部分提供关于机床的状态的信息的系统。

根据一些实施例，输入信号的所述至少一部分可以包括联合地用信号表示刀具的状态或经由刀具和工件的相互作用来执行的减成法的状态的位。中间信号可以包括多个位，其独立地用信号表示刀具的状态或经由刀具和工件的相互作用来执行的减成法的状态是否与相应的预定状态一致。

当前在诸如PLC的可编程逻辑控制部分中采用的许多计算机程序适合于以位(或标志)的形式接收输入，该位或标志独立地用信号表示当前状态是否与相应的预定状态一致。例如，位(或标志)的值“1”可指示当前状态与和该位相关联的预定状态一致，并且“0”可指示当前状态不与和该位相关联的预定状态一致。虽然这种数据格式可以是透明的且易于实现，但它需要相对大量的位(每个预定状态需要一位)。具有联合地用信号表示状态的位的数据格式在位上是更加有效的。例如，联合信令允许四个位用信号表示16个不同的状态，而不是只有4个不同的状态。因此，使用这种联合信令格式来将输入信号传输到控制系统增加了可以通过信号向控制系统发送状态的速度。这允许控制系统更快地响应刀具或减成法的状态。

根据一些实施例，可编程逻辑控制部分中的指定的程序可以被锁定以免被编辑。

例如，可以防止机床的操作者编辑可编程逻辑控制部分中的指定程序，而来自机床制造商的维修技术人员可以使用密码、密钥或专用数据端口来规避或禁用这个锁定。通过这种方式，过于重要而不能被最终用户编辑的程序(例如安全关键程序)将保持安全不被篡改，而授权人员仍可进行编辑。

可编程逻辑控制部分中的指定的程序可以例如被密码保护。

可编程逻辑控制部分中的指定的程序例如可以仅通过专用数据端口进行编辑。

根据一些实施例，输入信号可以经由诸如现场总线的工业网络来接收。现场总线可以提供快速数据传输，允许控制部分快速响应由输入信号指示的状态。

根据第二方面，提供了一种包括用于执行根据第一方面的任何实施例的方法的指令的计算机程序。计算机程序可以例如包括用于使计算机执行根据第一方面的任何实施例的方法的指令。

以上针对根据第一方面方法的特征呈现的优点通常对于根据第二方面的计算机程序的对应特征可以是有效的。

应明白，计算机程序可以例如包括多个子程序，并且计算机程序的存储可以例如分布在多个存储器设备、盘、服务器和/或硬盘驱动器上。

根据第三方面，提供了一种计算机程序包，包括根据第二方面的任何实施例的计算机程序以及用于监测系统中的补充计算机程序。监测系统包括用于从至少控制系统或刀具接收数据的输入部分，以及用于向控制系统提供数据的输出部分。补充计算机程序包括用于执行补充方法的指令，补充方法包括通过基于由输入部分接收的数据估计刀具的状态或经由刀具和工件的相互作用来执行的减成法的状态来获得估计的状态。补充方法包括将关于估计的状态的信息提供到输出部分，以经由输入信号传送(或传输)到控制系统。

以上针对根据第一方面方法的特征呈现的优点通常对于根据第三方面的计算机程序包的对应特征可以是有效的。

应明白，输入部分可以例如从控制系统和刀具两者接收数据。

除了估计刀具的状态或经由刀具和工件的相互作用来执行的减成法的状态之外，监测系统还可以例如估计机床的总体设备效率(OEE)。监测系统可以例如估计机床的正常工作时间和停机时间。

计算机程序包的不同部分(或部)可以例如存储在分开的位置处，例如存储在不同的存储设备或存储器中。计算机程序和补充计算机程序可以例如存储在分开的位置处，例如存储在不同的存储设备或存储器中。

监测系统的输出部分可以例如包括现场总线接口。

根据第四方面，提供了存储根据第二方面的任何实施例的计算机程序或存储根据第三方面的任何实施例的计算机程序包的计算机可读存储装置。

以上针对根据第一方面方法的特征呈现的优点通常对于根据第四方面的计算机可读存储装置的对应特征可以是有效的。

计算机可读存储装置可以例如是计算机可读介质。计算机可读存储装置可以例如是非临时性计算机可读介质。

根据第四方面的计算机可读存储装置可以例如被认为是包括具有用于执行根据第一方面的任何实施例的方法的指令的计算机可读装置(或计算机可读介质)的计算机程序产品的一部分。

计算机可读存储装置可以例如被设置在单个存储器设备、盘、服务器或硬盘驱动器中。

计算机可读存储装置可以例如包括分布在分开的位置的多个部分(或部)。计算机可读存储装置的这多个部分可以例如存储计算机程序包(或计算机程序和补充计算机程序)的相应部分。

计算机可读存储装置可以例如包括分布在不同存储器设备、盘、服务器和/或硬盘驱动器中的多个部分(或部)。

根据第五方面，提供了一种控制系统。控制系统包括可编程逻辑控制部分和数控部分，所述可编程逻辑控制部分被构造用以控制机床的操作，所述数控部分被构造用以控制机床的刀具和工件之间的相对运动。可编程逻辑控制部分被构造用以接收包括关于刀具的状态或经由刀具和工件的相互作用来执行的减成法的状态的信息的输入信号。可编程逻辑控制部分被构造用以评估关于第一条件的输入信号，并且响应于满足第一条件的输入信号，将所述信息提供到数控部分。

根据第五方面的控制系统的可编程逻辑控制部分可以例如适合于执行根据第一方面的任何方法。

以上针对根据第一方面方法的特征给出的优点通常对于根据第五方面的控制系统的对应特征可以是有效的。

根据第六方面，提供了一种系统(或组合系统)。该系统(或组合系统)包括根据第五方面的任何实施例的控制系统，以及监测系统。监测系统被构造用以从至少控制系统或刀具接收数据。监测系统被构造用以通过基于接收到的数据估计刀具的状态或经由刀具与工件的相互作用来执行的减成法的状态来获得估计的状态。监测系统被构造用以基于估计的状态生成输入信号，并将输入信号提供到控制系统。

以上针对根据第一方面方法的特征给出的优点通常对于根据第六方面的系统的对应特征可以是有效的。

应理解，监测系统可以例如从控制系统和刀具两者接收数据。

除了估计刀具的状态或经由刀具与工件的相互作用来执行的减成法的状态之外，监测系统还可以例如估计机床的总体设备效率(OEE)。监测系统可以例如估计机床的正常工作时间和停机时间。

监测系统可以例如包括用于向控制系统提供输入信号的现场总线接口。

附图说明

下面将更详细地并且参考附图描述示例实施例，其中：

图1是根据实施例的用于监测和控制机床的系统的总体方框图；

图2是根据实施例的在图1中示出的系统的控制系统中执行的方法的流程图；

图3是图1中所示的系统的数控部分中的示例计算机程序的概述图；

图4是在图1中所示的系统的监测系统中执行的补充方法的流程图；以及

图5示出根据实施例的存储包括用于执行图2中所示的方法的指令的计算机程序的计算机可读存储装置，以及存储包括用于执行图2和4中所示的方法的指令的计算机程序包的计算机可读存储装置。

所有附图都是示意性的，并且通常仅示出为了阐明相应实施例而必需的部件，而其它部件可以被省略或仅仅提出。

具体实施方式

图1是根据实施例的用于监测和控制机床200的系统100的总体方框图。

机床200包括刀具210，刀具210被布置为与安装在机床200中的工件220相互作用。刀具210例如可以被布置用于减成法制造，例如切削、车削、钻孔、铣削、铰孔、攻丝或磨削。例如，刀具210可以被布置用于经由与包括金属、木材、聚合物材料或复合材料的工件220相互作用来执行减成法制造。刀具210可以例如被布置用于金属切削。

系统100包括控制系统110和监测系统120。控制系统110包括可编程逻辑控制部分111和数控部分112。

可编程逻辑控制部分111被构造用以控制机床200的操作。可编程逻辑控制部分111可以从机床200接收一个或多个输入信号130。从机床200接收的输入信号130可以是数字和/或模拟输入信号并且可以例如包括关于水平高度、压力、温度和/或位置的信息。可编程逻辑控制部分111可以向机床200发送一个或多个控制信号140，诸如用于控制机床200执行诸如开始、停止、填充、清空和/或改变的操作的模拟和/或数字信号。

数控部分112被构造用以经由控制信号150来控制刀具210和工件220之间的相对运动。数控部分112可以例如通过向一个或多个伺服电机和马达和/或伺服马达(图1中未示出)发送控制信号150来控制刀具210和/或工件220的运动。由数控部分112控制的运动可以包括沿着一个或多个轴线的平移和/或围绕一个或多个轴线的旋转。数控部分112可以例如控制刀具210的主轴速度、切削深度和/或进刀速度。

数控部分112可以例如从机床200接收反馈信号160，使得数控部分112可以始终了解刀具210和/或工件220的实际轴位置。在一些实施例中，数控部分112可以依赖来自机床200的经由可编程逻辑控制部分111的反馈，并且可以例如不直接从机床200接收任何反馈信号160。

控制系统110可以例如被安装在机床200处，或可以与机床200分开布置。控制系统110例如可以经由一个或多个电线或电缆或经由无线连接而被连接到机床200。

控制系统110可以例如包括用户界面113，机床200的操作者可以通过用户界面113监测机床200的操作和/或控制机床200的操作。用户界面113例如可以被安装在控制系统110中，或可以与控制系统110分开布置。用户界面113可以例如经由一个或多个电线或电缆或经由无线连接而被连接到控制系统110。

用户界面113可以例如允许机床200的操作者编辑或添加待由数控部分112执行的数控程序。数控程序例如可以用诸如G代码的编程语言编写。

待由数控部分112执行的数控程序例如可以被存储在布置在数控部分112中的存储器114中或被存储在控制系统110的共享存储器115中。还可以设想下列实施例，其中采用连接到控制系统110的外部存储器(图1中未示出)来存储数控程序。

数控部分112可以例如包括用于执行数控程序的处理器116。在一些实施例中，数控部分112可以在控制系统110的共享处理器117中执行数控程序。

数控部分112可以例如是数控内核(NCK)。

可编程逻辑控制部分111例如可以是可编程逻辑控制器(PLC)或可编程逻辑继电器(PRL)。

可编程逻辑控制部分111例如可以被布置成用于执行以一种或多种标准IEC 61131-3编程语言编写的计算机程序。可编程逻辑控制部分111例如可以被布置用于执行以梯形逻辑编程语言或指令表编程语言编写的计算机程序。

可编程逻辑控制部分111例如可以包括用于存储待由可编程逻辑控制部分111执行的一个或多个计算机程序的存储器118。在一些实施例中，可以在控制系统110的共享存储器115中存储待由可编程逻辑控制部分111执行的计算机程序。还可以设想下列实施例，其中连接到控制系统110的外部存储器(图1中未示出)被用于存储待由可编程逻辑控制部分111执行的计算机程序。

可编程逻辑控制部分111例如可以包括用于执行计算机程序的处理器119。在一些实施例中，可编程逻辑控制部分111可以在控制系统110的共享处理器117中执行计算机程序。

与数控部分112中的数控程序相反，可以防止机床200的操作者编辑可编程逻辑控制部分111中的计算机程序。例如，可编程逻辑控制部分111中的程序的编辑可能需要密码或密钥，或可能仅经由控制系统110的专用输入端口来执行。机床制造商可能例如已经在可编程逻辑控制部分111中提供可以只能由授权的维修技术人员编辑的程序，而数控部分112中的程序可以由机床的操作者编辑。

下面将参考图2进一步描述可编程逻辑控制部分111的操作。

监测系统120包括输入部分121、输出部分122和处理部分123。输入部分121被构造用以接收来自控制系统110的数据170和/或来自刀具210的数据180。输出部分122被构造用以提供输出190，该输出190作为输入信号190被提供到控制系统110的可编程逻辑控制部分111。

刀具210例如可以包括被布置用以将数据180传输到监测系统120的输入部分121的无线发射器(图1中未示出)。

控制系统110和监测系统120可以例如是物理上可区分的设备或可以被实现为单个设备内的不同软件应用。控制系统110和监测系统120可以例如经由应用编程接口(API)彼此连接在一起。

监测系统120例如可以实现为个人计算机中的软件或诸如控制系统110的用户界面113的操作面板。现在将参照图4描述监测系统120的操作。

图4是在监测系统120中执行的示例方法500的流程图。方法500可以被认为是补充方法，因为它补充了在控制系统110中执行的方法。

补充方法500包括通过基于由输入部分121接收的数据估计刀具210的状态或经由刀具210和工件220的相互作用来执行的减成法的状态来获得510估计的状态。

由输入部分121接收的数据可以是来自控制系统110的数据170、来自刀具210的数据180，或这两种类型的数据的组合。也可以设想下列实施例，其中由输入部分121接收的数据可以包括来自其它源的数据，例如来自与机床200分开布置的传感器的数据，并且该传感器被布置用以监测机床200、刀具210和/或工件220。

从控制系统110接收的数据170例如可以包括由控制系统110从机床200接收的信号130和/或160中的至少一些，或可以基于由控制系统110从机床200接收的信号130和/或160。

控制系统110可以例如处理(或分析)从机床200接收的信号130和/或160，以确定或估计机床200内正在发生的事情。控制系统110可以例如估计机床200、刀具210和/或工件220的状态或条件。由监测系统120从控制系统110接收的数据170可以例如包括由控制系统110估计的这种状态。

由监测系统120从刀具210接收的数据180可以是来自布置在刀具210中的一个或多个传感器(图1中未示出)的数据。从刀具210接收的数据180可以例如包括刀具210的标识或类型，或在机床200操作期间刀具210(或刀具210的切削刃)所经受的温度或力。

监测系统120的处理部分123处理(或分析)由输入部分121接收的数据，以估计刀具210的状态或经由刀具210与工件220的相互作用来执行的减成法的状态。

刀具210的状态可以例如是刀具210所经受的温度或力，或刀具210的振动。刀具210的状态可以例如是刀具210的温度、力或振动超过阈值或处在特定范围内。刀具210的状态可以例如是刀具210破损，刀具210磨损或刀具210丢失。

经由刀具210和工件220的相互作用来执行的减成法的状态可以例如包括诸如当前主轴速度、切削深度和/或进刀速度的切削数据，或可以包括与刀具210和工件220之间的相互作用有关的其它参数，诸如在减成法期间从工件210移除的切屑的形状和/或厚度。

减成法的状态可以是例如错误的切削数据。错误的切削数据可以指示当前采用的切削数据，例如主轴转速、切削深度和/或进刀速度不适合用于刀具210。当前采用的切削数据可能例如不符合由刀具210制造商指定的推荐切削数据。

减成法的状态可以例如涉及过程颤动，即刀具210和/或工件220的加工振动。

减成法的状态可以是例如工件缺失并且实际上在刀具210和工件220之间没有相互作用。

减成法的状态可以例如涉及刀具210和工件220的相互作用的结果，诸如工件220的当前几何形状或表面光洁度。减成法的状态可以例如是工件220的当前几何形状处在公差范围内(即，工件220的所达到的几何形状是可接受的)，并且减成法因此可以中断。

监测系统120例如可以访问对于控制系统110而言不可用的数据，诸如从刀具210接收的数据180或来自刀具210的制造商的推荐切削数据，并且因此可以能够作出对刀具210的状态或减成法的状态的更精确的估计。

监测系统120例如可以包括(或访问)比控制系统110更强大的计算资源，并且因此可以能够作出对刀具210的状态或减成法的状态的更精确的估计。

应理解，处理部分123可以例如是单个处理单元或可以包括分布在不同位置处的多个处理资源。换句话说，获得510估计的状态的步骤可以经由使用任何类型的处理装置(诸如经由云计算)或多或少地在任何地方执行。

获得510估计的状态的步骤可以例如包括评估与指示刀具210和/或减成法的相应状态的多个条件C₁-C_N有关的接收的数据170和/或180。

在监测系统120中执行的补充方法500还包括向输出部分122提供520关于估计的状态的信息，以经由输入信号190向控制系统110中的可编程逻辑控制部分111传输。

图2是根据实施例的在控制系统110中执行的方法300的流程图。方法300例如可以在控制系统110的可编程逻辑控制部分111中执行(或由其执行)。

方法300包括评估310由可编程逻辑控制部分111(例如，可编程逻辑控制器，PLC)接收的、与一个或多个条件有关的输入信号190。如上文参考图4所述的那样，输入信号190包括关于刀具210的状态的信息或关于经由刀具210和工件220的相互作用来执行的减成法的状态的信息。

如果输入信号190满足第一条件，则方法300可以通过向数控部分112(例如数字控制器NC或数控内核NCK)提供320信息来进行。

输入信号190例如可以是包括指示刀具210或减成法的状态的多个位的数字信号。第一条件可以例如对应于表示大于或小于阈值的数字的位，或表示处于特定间隔内的数字的位。

整个输入信号190可以例如都被转发到数控部分112。可选地是，可仅将包括关于状态的信息的输入信号190的一部分转发到数控部分112。在一些实施例中，仅提供输入信号190的一部分用于评估310，并且因此一旦评估310已经被执行就可以忽略(或丢弃)该部分信号。

该信息例如可以以与其在输入信号190中被接收到的格式相同的格式被提供320到数控部分112。可替选地是，该信息可以在被提供到数控部分112之前被转换成不同的格式。

该信息例如可以通过指定数控部分112的一个或多个内部变量的值而被提供320到数控部分112。

以下情景举例说明了可以如何采用向数控部分112提供/转发320信息的能力。当写入数控程序时，机床200的编程者或操作者可能不知道最佳主轴速度。为了在机床中提供最佳主轴转速，主轴转速可能必须根据操作者在编写NC程序时尚未知的条件进行调整。例如可以使用以下语法：

N10 M6 T10 D1

N20 M3 S2000 F500

N30 G04 F0.2

N40 M3 S＝2000+(VARIABLE2)F500

编程者或操作者可以假设将来操作的最佳主轴转速为2000rpm(“S2000”)。在监测系统120发现不同的主轴转速可能更好的情况下，监测系统120可以经由输入信号190向控制系统110用信号表示状态“错误的切削数据”或“主轴转速太低”，并且还可以经由输入信号190指示主轴转速如何调整。由于包括在输入信号190中的信息可以由可编程逻辑控制部分111通过指定在数控程序中所采用的变量“VARIABLE2”提供320到数控部分112，所以监测系统120可以经由输入信号190引起主轴速度的变化。由此，可以相应地调节主轴转速(“S＝2000+(VARIABLE2)”)。

与操作者可能不能修改的PLC中的程序相比，上述数控程序可以由机床200的操作者编辑或定制。

如果输入信号190满足第二条件，则向数控部分112提供320信息的步骤之前是触发330由数控部分112执行的计算机程序的中断，以及在数控部分112中指定340待由控制系统110执行的计算机程序的步骤。如果输入信号190满足第二条件，则可以将该信息作为输入提供320到数控部分112中的指定的计算机程序。

输入信号190可以例如是包括多个位的数字信号。例如，第二条件可以对应于表示大于或小于阈值的数字的位，或表示处于特定间隔内的数字的位。

以下情景举例说明了如何使用由数控部分112执行的触发330中断计算机程序的能力。在需要根据编程者或操作者在编写/写入第一数控程序时尚未知的因素来调整主轴速度的情况下，可以在机床200的操作期间通过中断第一数控程序并开始改变主轴速度的第二数控程序，然后跳回到第一数控程序，以用新的主轴速度继续操作机床200来调节主轴速度。例如，可以在第一个数控程序中使用以下语法：

N10 M6 T10 D1

N20 M3 S2000 F500

监测系统120可以检测/确定不同的主轴速度是最佳的并且可以经由输入信号190用信号表示“错误的主轴速度”。这可以引起第一数控程序的中断的触发330以及第二数控程序(包含可执行动作)的指定，该第二数控程序将与下列信息一起执行，该信息被存储在用以找到正确的动作类型的第一变量(“VARIABLE1”)中以及包含由监测系统120确定的最优主轴速度的第二变量(“VARIABLE2”)中。换句话说，包括在输入信号190中的信息可以经由这两个变量提供320到数控部分112。第二数控程序可以包括例如根据以下语法的可执行动作类型：

IF VARIABLE1＝＝1GOTOF N10

GOTOF N30

N10 M3 S＝VARIABLE2

GOTOF N20

N20

REPOSA

M17

N30

RET

与操作者可能不能修改的PLC中的程序相比，第二数控程序可以由机床200的操作者编辑或定制。当在这种情况下触发中断时，与不触发中断的第一种情况相比，可以对由输入信号190用信号表示的状态提供更快的响应。

第二数控程序是以下参考图3所述的计算机程序400的示例。

如果输入信号190满足第三条件(第三条件例如可以对应于第一和第二条件都不满足)，则方法300可以不通过将信息提供320到数控部分112来进行。相反，方法300可以通过以下步骤进行，即：在可编程逻辑控制部分111中指定350计算机程序的一部分，以由控制系统110将该信息作为输入来执行。

例如，如果需要调节主轴转速，如在上述场景中所述的那样，则这可以由监测系统120经由输入信号190用信号表示，并且可编程逻辑控制部分111可以决定(基于与第三条件相关的输入信号190的评估)设置新的主轴转速本身，而不是将信息从输入信号190转发到数控部分112，以调节主轴转速。

计算机程序可以例如已经由机床制造商包括在可编程逻辑控制部分111中，以提供对主轴转速的调节。

在机床200的操作者没有提供用于主轴进刀调节的定制数控程序的情况下，或在调节主轴速度(对于机床200的至少某个特定状态来说)被认为太重要(或安全关键)而不能由机床200的操作者定制的情况下，主轴速度的调节可以例如由可编程逻辑控制部分111提供。

作为输入提供到可编程逻辑控制部分111中的所指定的计算机程序的信息可以在作为输入提供到所指定的计算机程序之前被变换。例如，如果输入信号190满足第三条件，则方法300可以通过变换输入信号190来生成360中间信号，然后指定350可编程逻辑控制部分111中的计算机程序的这一部分，以便由控制系统110以中间信号作为输入来执行。

输入信号190例如可以是包括多个位的数字信号，这些位一起表示对应于刀具210的状态或经由刀具210和工件220的相互作用来执行的减成法的状态的数字。换句话说，可以采用联合信令格式，其中多个位一起指示状态。

通过变换360输入信号190而获得的中间信号可以包括多个位，该多个位独立地表示刀具210的状态或减成法的状态是否与相应的预定状态一致。换句话说，这些位可以与相应的预定状态相关联，并且每个单独的位都可以用作指示与其相关联的预定状态是否最近在机床200中发生过的标志。

虽然联合信令在位上是更加有效的，但经由标志的相应状态的单独信令作为可编程逻辑控制器(PLC)的输入是常见的。在这两种数据格式之间提供变换(或翻译)允许使用在位上更加有效的格式，以传输到PLC，并且更常用的基于标志的格式作为至少一些PLC程序的输入，或作为PLC程序的至少一些部分的输入。

对由输入信号190指示的状态的快速响应对于延长刀具210的寿命或防止破裂刀具210对工件220或机床200的其它部分造成损伤可能是重要的。位上有效的传输格式可缩短控制系统110的响应时间。

例如，可以经由现场总线接收输入信号190，以提供快速的数据传输并且减少控制系统110对由输入信号190指示的状态的响应时间。

虽然现场总线可以提供特别快速的数据传输，但是也可以设想如下实施例，其中输入信号190可以经由其它手段诸如经由有线或无线连接来接收。输入信号190可以例如经由TCP/IP连接来接收。

在一些实施例中，监测系统120和控制系统110可以经由应用程序编程接口(API)彼此连接在一起。可以例如使用API将输入信号190从监测系统120提供到控制系统110。

一旦接收到输入信号190，则控制系统110可以例如提供确认。控制系统110(或可编程逻辑控制部分111)例如可以将输入信号190发送回给监测系统120，以确认接收到输入信号190。

图3是参考图1描述的系统100的数控部分112中的示例计算机程序400的概述图。在参考图2描述的方法300的步骤中，计算机程序400可以被指定340，以由控制系统110(或由数控部分112)执行，并且输入信号190(或其部分)可以作为输入被提供320到计算机程序400。例如，数控部分112的内部变量可以为基于输入信号190的指定值，然后这些内部变量可以被计算机程序400用作输入。

计算机程序400包括指令，其用于基于输入信号190(或基于在输入信号190的基础上指定的数控部分112中的变量)选择410待执行的适当子程序P₁-P_M。如上文参考图1和图2所述的那样，输入信号190包括关于刀具210的状态或经由刀具210和工件220的相互作用来执行的减成法的信息。子程序P₁-P_M包括用于响应于不同状态的指令。取决于由输入信号190指示的状态，由此选择一个或多个子程序P₁-P_M，以提供对所指示的状态的适当响应。响应可以经由控制信号150从数控部分112提供到机床200。

程序400可以例如包括多个行/列，其包括相应的可执行命令或指令。子程序P₁-P_M可以例如从计算机程序400中的相应行或位置开始。选择410适当的子程序P₁-P_M的步骤可以例如包括跳转到程序400中适当的子程序P₁-P_M开始所在的行或位置。

程序400可以例如包括相应的子程序P₁-P_M，以提供对诸如刀具破损、刀具磨损、刀具缺失、工件缺失以及错误的切削数据等状态的响应。

错误的切削数据可指示当前采用的切削数据，例如主轴速度、切削深度和/或进刀速度不适合用于刀具210。当前采用的切削数据可能例如不符合由刀具制造商指定的推荐切削数据。相关联的子程序P₁-P_M因此可以包括用于修改或调节诸如主轴速度、切削深度和/或进刀速度的切削数据的指令。

图5示出根据示例实施例的第一计算机可读存储装置600和第二计算机可读存储装置700。

第一计算机可读存储装置600存储包括用于执行参考图2描述的方法300的指令的计算机程序601。第一计算机可读存储装置(或计算机可读介质)600在此例示为将整个计算机程序601都存储在单个物理位置处的单个盘或存储器。第一计算机可读存储装置600可以例如被设置在单个服务器、硬盘驱动器、记忆棒、光盘(CD)或数字多功能光盘(DVD)上。还可以设想下列实施例，其中第一计算机可读存储装置600可以包括布置在分开的物理位置处并存储计算机程序601的相应部分的多个部分。计算机可读存储装置600的不同部分可以例如被设置在不同的服务器、硬盘驱动器、记忆棒、CD或DVD上。计算机程序601可以例如被存储在一个或多个服务器上，并且可以通过因特网下载到参考图1描述的控制系统110。

第二计算机可读存储装置700存储包括指令的计算机程序包，该指令用于执行参考图2和图4描述的方法300和500。第二计算机可读存储装置700包括布置在分开的物理位置处并存储计算机程序包的相应部分701和702的多个部分710和720。

第二计算机可读存储装置700的第一部分710可以例如存储包括用于执行参考图2描述的方法300的指令的计算机程序701。第二计算机可读存储装置700的第二部分720可以例如存储包括用于执行参考图4描述的补充方法400的指令的计算机程序702。第二计算机可读存储装置700的部分710和720可以例如被设置在不同的服务器、硬盘驱动器、记忆棒、CD或DVD上。计算机程序701和702可以例如被存储在不同的服务器上，并且可以通过因特网下载到参考图1描述的控制系统110和监测系统120。

本领域技术人员应明白，本发明决不限于上述优选实施例。相反，在所附权利要求书的范围内可以进行许多修改和变化。另外，通过研究附图、公开内容和所附权利要求书，本领域技术人员在实践所要求保护的本发明时能够理解和实现对所公开的实施例的变型。在权利要求书中，词语“包括”不排除其它元素或步骤，并且不定冠词“一”或“一个”不排除多个。本公开中提及的功能单元之间的任务划分不一定必需对应于划分为物理单元；相反，一个物理部件可能具有多个功能，并且一个任务可以通过几个物理部件以协作的方式而以分布式方式执行。计算机程序可以存储/分布在合适的介质上，诸如与其它硬件一起或作为其它硬件的一部分提供的光存储介质或固态介质，但也可以以其它形式分布，诸如经由互联网或其它有线或无线通信系统。在相互不同的从属权利要求中记载了一些措施这一事实并不表示这些措施的组合不能被有利地使用。权利要求书中的任何附图标记都不应被解释为限制其范围。