在線工具精度管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究

雍君 戴佐俊 溫平平

(1.江蘇創(chuàng)源電子有限公司，江蘇蘇州 215200;2.北京創(chuàng)源微致軟件有限公司，北京 100000)

近年來，隨著市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的白熱化，越來越多的制造企業(yè)為了促進(jìn)工作效率提升，減少制造成本，進(jìn)行了刀具的一體管理，通過精準(zhǔn)的管理進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)資源的優(yōu)化配置，在同類企業(yè)中獲得了差異化的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)[1]。還有部分企業(yè)投入了大量的人力物力，開發(fā)了適合自己產(chǎn)品需要的刀具管理軟件，比如，瑞典的Sandvik公司、美國(guó)Cincinnati Milacron公司、英國(guó)CTMS公司、德國(guó)的ZollerZ公司等，上述道具管理系統(tǒng)一方面可以統(tǒng)籌管理配套刀具信息和數(shù)控機(jī)床，另一方面還能在上位機(jī)管理軟件中有效為相關(guān)管理人員提供強(qiáng)有力的輔助支撐，確保其可以對(duì)根據(jù)相關(guān)要求，規(guī)范化調(diào)運(yùn)管理和進(jìn)行刀具配置，在系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)控制模塊中根據(jù)管理參數(shù)，將將刀具狀態(tài)檢測(cè)算法集成到其中，精準(zhǔn)檢測(cè)刀具的狀態(tài)，智能化、動(dòng)態(tài)化管理數(shù)控機(jī)床刀具[2]。然后這些軟件就存在價(jià)格高昂，絕大多數(shù)企業(yè)都無法接受。較國(guó)外刀具管理系統(tǒng)，國(guó)內(nèi)在這方面起步較晚，主要是超精密對(duì)刀方法基礎(chǔ)上，借助對(duì)刀裝置、機(jī)床配套CCD來識(shí)別刀具輪廓或特征，對(duì)刀具特征位置相對(duì)于機(jī)床的絕對(duì)坐標(biāo)進(jìn)行確定，隨后再依托縮小的軸向進(jìn)給量逼近工件初始表面，當(dāng)作品的初始表面被控制在特定深度并且所有新材料暴露時(shí)，機(jī)械工具可以自動(dòng)識(shí)別受控制表面的位置坐標(biāo)，然后在再輸入刀后完成精確的控制。為此，我們結(jié)合自身需求，借鑒國(guó)外優(yōu)秀經(jīng)驗(yàn)，開發(fā)了刀具在線對(duì)刀管理系統(tǒng)，在線對(duì)刀工具調(diào)節(jié)軟件被集成到一個(gè)集成機(jī)中，自動(dòng)啟動(dòng)集成機(jī)器，設(shè)備信息由我們公司開發(fā)的IOT平臺(tái)中央監(jiān)控。機(jī)器的MAC代碼連接到機(jī)器的工具以提供安全性，并且記錄操作寄存器，從而使系統(tǒng)的構(gòu)建更為完善。舒適的一個(gè)機(jī)器可以放置在CNC工具的一側(cè)，這對(duì)現(xiàn)場(chǎng)操作者是方便的。實(shí)現(xiàn)刀具狀態(tài)的精確檢測(cè)。

1 在線工具精度管理系統(tǒng)功能特性

在線工具精度管理系統(tǒng)可以精準(zhǔn)確定刀具在機(jī)床坐標(biāo)系中的位置，在開始切削之前測(cè)量尺寸，并在機(jī)床運(yùn)行期間檢查刀具損壞。對(duì)刀系統(tǒng)可以方便地安裝在加工中心和數(shù)控車削中心上，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化操作[3]?？梢源蟠鬁p少機(jī)床的停機(jī)時(shí)間，大大提高效率；可以精確測(cè)量刀具長(zhǎng)度和直徑；自動(dòng)進(jìn)行刀具位置偏置計(jì)算和修正，消除手動(dòng)設(shè)定誤差；可以進(jìn)行序中刀具破損檢測(cè)，大大提高加工精度，降低廢品率。

(1)通用性好：采用加工中心標(biāo)準(zhǔn)對(duì)刀測(cè)頭，幾乎適用于所有加工中心。

(2)安裝方便：超小型工作臺(tái)安裝，能非常方便安裝在加工中心上。

(3)精度高：測(cè)量精度小于1.0μm，實(shí)現(xiàn)精確的刀具長(zhǎng)度和直徑測(cè)量。

(4)可靠性高：可檢測(cè)旋轉(zhuǎn)刀具而不會(huì)造成刀具或測(cè)針用損，測(cè)針有弱保護(hù)，可防止發(fā)生碰撞時(shí)損壞測(cè)頭，防護(hù)等級(jí)高能夠在惡劣的加工環(huán)境下工作。

2 系統(tǒng)主要技術(shù)參數(shù)和使用要求

第一，使用范圍。在線對(duì)刀系統(tǒng)需與DNC系統(tǒng)配合使用，其中，DNC系統(tǒng)通過PROXY與機(jī)床通信，獲取機(jī)床信息，而在線對(duì)刀負(fù)責(zé)讀取機(jī)床信息，上傳對(duì)刀程序至機(jī)床。

第二，使用者要求。由于機(jī)床的專業(yè)性，需要使用者掌握計(jì)算機(jī)基本操作知識(shí)，CNC機(jī)床操作知識(shí)。

圖1 系統(tǒng)登陸首頁

圖2 對(duì)刀主頁面

第三，運(yùn)行環(huán)境要求，硬件設(shè)備：(1)在線對(duì)刀系統(tǒng)針對(duì)CNC機(jī)床設(shè)計(jì)，現(xiàn)已在FANUC、Mitsubishi 機(jī)床上順利運(yùn)行。(2)只有配備了對(duì)刀儀的機(jī)床設(shè)備，方可使用。

第四，必備軟件：(1)需在創(chuàng)源DNC系統(tǒng)中運(yùn)行。(2)服務(wù)器操作系統(tǒng)：ubuntu。(3)客戶端軟件：chrome瀏覽器。

3 操作方式

3.1 系統(tǒng)主界面

系統(tǒng)首頁如圖1所示。

系統(tǒng)登陸時(shí)注意，該頁面自動(dòng)加載，頁面包含CNC機(jī)床的號(hào)碼與該一體機(jī)的序列號(hào)，序列號(hào)必須與機(jī)床綁定，設(shè)置方式如下：

進(jìn)入dnc系統(tǒng)，選擇dnc，選擇機(jī)床管理；

雙擊想要綁定的機(jī)床，修改機(jī)床信息中的序列號(hào)為一體機(jī)首頁中mCube序列號(hào)；

為使用在線對(duì)刀系統(tǒng)軟件，將機(jī)床信息中的對(duì)刀儀狀態(tài)修改為已安裝，點(diǎn)擊保存；

連接成功后，頁面自動(dòng)加載該機(jī)床的信息。

3.2 用戶登陸

用戶登陸方式為刷卡登陸，刷卡后，頁面自動(dòng)顯示用戶的信息，用戶登陸首頁默認(rèn)顯示該用戶的信息、用戶被分配的生產(chǎn)任務(wù)信息。新用戶卡信息在系統(tǒng)中并無記錄，添加用戶信息可以在關(guān)聯(lián)的OA系統(tǒng)中修改。

3.3 在線對(duì)刀主頁面

點(diǎn)擊在線對(duì)刀，進(jìn)入在線對(duì)刀軟件的主頁面，如圖2所示。

在線對(duì)刀是通過一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)刀具計(jì)算出以對(duì)刀儀中心為原點(diǎn)的相對(duì)坐標(biāo)(XYZ)，以這個(gè)坐標(biāo)為基準(zhǔn)，基于標(biāo)準(zhǔn)刀具的長(zhǎng)度參數(shù)，計(jì)算機(jī)床內(nèi)所有刀具的長(zhǎng)度。

3.4 對(duì)刀-標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)

圖3 獲取刀具信息

在使用系統(tǒng)的過程中首先進(jìn)行XY軸的校準(zhǔn)，點(diǎn)擊XY軸位置右側(cè)的位置設(shè)定，系統(tǒng)設(shè)置了20秒用作現(xiàn)場(chǎng)人員手動(dòng)移動(dòng)刀具，現(xiàn)場(chǎng)操作人員將標(biāo)準(zhǔn)刀具安裝至指定刀位，手動(dòng)將標(biāo)準(zhǔn)刀具移植貼近對(duì)刀儀中心圓點(diǎn)位置，此時(shí)在線對(duì)刀系統(tǒng)讀到了刀具的相對(duì)位置(這里顯示虛擬數(shù)據(jù)，并不準(zhǔn)確)，確定信息無誤，點(diǎn)擊確認(rèn)更新：此時(shí)，XY軸的校準(zhǔn)成功，進(jìn)行Z軸校準(zhǔn)。

3.5 對(duì)刀-刀具參數(shù)

在進(jìn)行信息校準(zhǔn)時(shí)，使用已知刀長(zhǎng)的標(biāo)準(zhǔn)刀具，如圖3所示。

點(diǎn)擊Z軸校準(zhǔn)，(注意：為避免誤操作，當(dāng)XY軸信息中有空值時(shí)，Z軸校準(zhǔn)按鈕不可用)頁面彈窗需求刀具的信息，此時(shí)可以掃描刀柄的二維碼，讀取刀具的刀補(bǔ)參數(shù)信息，然后選擇刀具所安裝的刀位號(hào)碼，點(diǎn)擊下一步，此時(shí)對(duì)刀系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)生成一個(gè)“SETUP”+“機(jī)床號(hào)”.NC的nc程序。

3.6 在線對(duì)刀

當(dāng)XYZ軸信息均存在時(shí)，系統(tǒng)顯示另一個(gè)TAB頁，在線對(duì)刀，并自動(dòng)切換至此頁面。點(diǎn)擊開始對(duì)刀，彈窗提示刀具安裝的位置，將需要對(duì)刀的刀具安裝至刀位，可一次安裝多個(gè)，系統(tǒng)不限定一次安裝的最大數(shù)量，由現(xiàn)場(chǎng)CNC刀位數(shù)決定。將刀具安裝至指定刀位，在頁面中選擇刀位后，點(diǎn)擊確定。在線對(duì)刀程序自動(dòng)生成對(duì)刀的nc程序，命名規(guī)則為“TOOl”+“機(jī)床號(hào)”.NC，并上傳至對(duì)應(yīng)cnc內(nèi)存，現(xiàn)場(chǎng)操作人員手動(dòng)運(yùn)行該程序，實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)的所有刀位的對(duì)刀。運(yùn)行完畢之后，刀具的信息全部記錄在機(jī)床中，現(xiàn)場(chǎng)人員可以手動(dòng)查看對(duì)應(yīng)的刀具情況，對(duì)刀完成。

4 結(jié)語

一言以蔽之，作為先進(jìn)制造技術(shù)的基礎(chǔ)，機(jī)械加工是制造過程中最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，基于問高生產(chǎn)率、低成本的基礎(chǔ)下最大限度地保障產(chǎn)品質(zhì)量是其基本目標(biāo)?？v觀當(dāng)前由于產(chǎn)品質(zhì)量問題，所造成的返修品，次品、廢品經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)產(chǎn)品指的10%～15%，大大的加劇了企業(yè)的成本，采用在線精度管理系統(tǒng)可以在程度上規(guī)避上述情況的發(fā)生，這種系統(tǒng)使用刀尖作為測(cè)頭，可簡(jiǎn)化測(cè)量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，降低測(cè)量成本。采用該系統(tǒng)在加工前進(jìn)行工件的裝夾找正，可簡(jiǎn)化工裝夾具，節(jié)省夾具費(fèi)用，縮短輔助工時(shí)，提高加工效率。該系統(tǒng)在加工中或加工后可對(duì)工件直徑進(jìn)行在線測(cè)量，并能根據(jù)測(cè)量結(jié)果修改加工程序，對(duì)加工誤差進(jìn)行補(bǔ)償，提高加工精度。