在線工具精度管理系統設計研究

雍君 戴佐俊 溫平平

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

近年來，隨著市場競爭的白熱化，越來越多的制造企業為了促進工作效率提升，減少制造成本，進行了刀具的一體管理，通過精準的管理進一步實現資源的優化配置，在同類企業中獲得了差異化的競爭優勢[1]。還有部分企業投入了大量的人力物力，開發了適合自己產品需要的刀具管理軟件，比如，瑞典的Sandvik公司、美國Cincinnati Milacron公司、英國CTMS公司、德國的ZollerZ公司等，上述道具管理系統一方面可以統籌管理配套刀具信息和數控機床，另一方面還能在上位機管理軟件中有效為相關管理人員提供強有力的輔助支撐，確保其可以對根據相關要求，規范化調運管理和進行刀具配置，在系統現場控制模塊中根據管理參數，將將刀具狀態檢測算法集成到其中，精準檢測刀具的狀態，智能化、動態化管理數控機床刀具[2]。然后這些軟件就存在價格高昂，絕大多數企業都無法接受。較國外刀具管理系統，國內在這方面起步較晚，主要是超精密對刀方法基礎上，借助對刀裝置、機床配套CCD來識別刀具輪廓或特征，對刀具特征位置相對于機床的絕對坐標進行確定，隨后再依托縮小的軸向進給量逼近工件初始表面，當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，機械工具可以自動識別受控制表面的位置坐標，然后在再輸入刀后完成精確的控制。為此，我們結合自身需求，借鑒國外優秀經驗，開發了刀具在線對刀管理系統，在線對刀工具調節軟件被集成到一個集成機中，自動啟動集成機器，設備信息由我們公司開發的IOT平臺中央監控。機器的MAC代碼連接到機器的工具以提供安全性，并且記錄操作寄存器，從而使系統的構建更為完善。舒適的一個機器可以放置在CNC工具的一側，這對現場操作者是方便的。實現刀具狀態的精確檢測。

1 在線工具精度管理系統功能特性

在線工具精度管理系統可以精準確定刀具在機床坐標系中的位置，在開始切削之前測量尺寸，并在機床運行期間檢查刀具損壞。對刀系統可以方便地安裝在加工中心和數控車削中心上，實現自動化操作[3]。可以大大減少機床的停機時間，大大提高效率；可以精確測量刀具長度和直徑；自動進行刀具位置偏置計算和修正，消除手動設定誤差；可以進行序中刀具破損檢測，大大提高加工精度，降低廢品率。

(1)通用性好：采用加工中心標準對刀測頭，幾乎適用于所有加工中心。

(2)安裝方便：超小型工作臺安裝，能非常方便安裝在加工中心上。

(3)精度高：測量精度小于1.0μm，實現精確的刀具長度和直徑測量。

(4)可靠性高：可檢測旋轉刀具而不會造成刀具或測針用損，測針有弱保護，可防止發生碰撞時損壞測頭，防護等級高能夠在惡劣的加工環境下工作。

2 系統主要技術參數和使用要求

第一，使用范圍。在線對刀系統需與DNC系統配合使用，其中，DNC系統通過PROXY與機床通信，獲取機床信息，而在線對刀負責讀取機床信息，上傳對刀程序至機床。

第二，使用者要求。由于機床的專業性，需要使用者掌握計算機基本操作知識，CNC機床操作知識。

圖1 系統登陸首頁

圖2 對刀主頁面

第三，運行環境要求，硬件設備：(1)在線對刀系統針對CNC機床設計，現已在FANUC、Mitsubishi 機床上順利運行。(2)只有配備了對刀儀的機床設備，方可使用。

第四，必備軟件：(1)需在創源DNC系統中運行。(2)服務器操作系統：ubuntu。(3)客戶端軟件：chrome瀏覽器。

3 操作方式

3.1 系統主界面

系統首頁如圖1所示。

系統登陸時注意，該頁面自動加載，頁面包含CNC機床的號碼與該一體機的序列號，序列號必須與機床綁定，設置方式如下：

進入dnc系統，選擇dnc，選擇機床管理；

雙擊想要綁定的機床，修改機床信息中的序列號為一體機首頁中mCube序列號；

為使用在線對刀系統軟件，將機床信息中的對刀儀狀態修改為已安裝，點擊保存；

連接成功后，頁面自動加載該機床的信息。

3.2 用戶登陸

用戶登陸方式為刷卡登陸，刷卡后，頁面自動顯示用戶的信息，用戶登陸首頁默認顯示該用戶的信息、用戶被分配的生產任務信息。新用戶卡信息在系統中并無記錄，添加用戶信息可以在關聯的OA系統中修改。

3.3 在線對刀主頁面

點擊在線對刀，進入在線對刀軟件的主頁面，如圖2所示。

在線對刀是通過一個標準刀具計算出以對刀儀中心為原點的相對坐標(XYZ)，以這個坐標為基準，基于標準刀具的長度參數，計算機床內所有刀具的長度。

3.4 對刀-標準參數

圖3 獲取刀具信息

在使用系統的過程中首先進行XY軸的校準，點擊XY軸位置右側的位置設定，系統設置了20秒用作現場人員手動移動刀具，現場操作人員將標準刀具安裝至指定刀位，手動將標準刀具移植貼近對刀儀中心圓點位置，此時在線對刀系統讀到了刀具的相對位置(這里顯示虛擬數據，并不準確)，確定信息無誤，點擊確認更新：此時，XY軸的校準成功，進行Z軸校準。

3.5 對刀-刀具參數

在進行信息校準時，使用已知刀長的標準刀具，如圖3所示。

點擊Z軸校準，(注意：為避免誤操作，當XY軸信息中有空值時，Z軸校準按鈕不可用)頁面彈窗需求刀具的信息，此時可以掃描刀柄的二維碼，讀取刀具的刀補參數信息，然后選擇刀具所安裝的刀位號碼，點擊下一步，此時對刀系統會自動生成一個“SETUP”+“機床號”.NC的nc程序。

3.6 在線對刀

當XYZ軸信息均存在時，系統顯示另一個TAB頁，在線對刀，并自動切換至此頁面。點擊開始對刀，彈窗提示刀具安裝的位置，將需要對刀的刀具安裝至刀位，可一次安裝多個，系統不限定一次安裝的最大數量，由現場CNC刀位數決定。將刀具安裝至指定刀位，在頁面中選擇刀位后，點擊確定。在線對刀程序自動生成對刀的nc程序，命名規則為“TOOl”+“機床號”.NC，并上傳至對應cnc內存，現場操作人員手動運行該程序，實現對應的所有刀位的對刀。運行完畢之后，刀具的信息全部記錄在機床中，現場人員可以手動查看對應的刀具情況，對刀完成。

4 結語

一言以蔽之，作為先進制造技術的基礎，機械加工是制造過程中最關鍵的環節，基于問高生產率、低成本的基礎下最大限度地保障產品質量是其基本目標。縱觀當前由于產品質量問題，所造成的返修品，次品、廢品經濟損失高達產品指的10%～15%，大大的加劇了企業的成本，采用在線精度管理系統可以在程度上規避上述情況的發生，這種系統使用刀尖作為測頭，可簡化測量系統結構，降低測量成本。采用該系統在加工前進行工件的裝夾找正，可簡化工裝夾具，節省夾具費用，縮短輔助工時，提高加工效率。該系統在加工中或加工后可對工件直徑進行在線測量，并能根據測量結果修改加工程序，對加工誤差進行補償，提高加工精度。