何谓数控加工中心刀具管理

数控加工中心刀具管理

日期：2009年11月09 来源：沈阳第一机床厂关键字：加工中心

1．刀具管理的重要性

随着社会化大生产的不断发展，加工中心、数控车床、数控镗／铣床等数控设备已经越来越多地引入现代机械加工的企业当中。随之而来的是大批的数控刀具出现在生产的第-线，成为数控加工中的主要角色。

在加上中心、柔性制造单元和柔性制造系统筹自动化加工设备中，不但每台加上中心有自身的刀库，而且在系统中通常还配有一个总刀库一一中心刀库。如果需要，还可在每台机床旁设置／J具缓冲存储栅。在中心刀库巾，主要是存放不经常使用的某工序的特殊刀具及各种刀具的备用刀具，以便当刀具损坏时，能及时换上新刀具。在一个具有5～8台机床的柔性自动化加工系统中，可能需要配备1000把刀具以上，这取加工中心决于加丁零件的品种和数量。即使一台加工中心自身的刀库，少则十几把刀具，多则几十把甚至一百多把刀具。

每把刀具都包括两种信息：一种是刀具描述信息，即静态信息，如刀具识别编码和几何参数等；另一种是刀具状态信息，即动态信息，如刀具所在位置、刀具累计使用次数、刀具剩余寿命(min)、刀具刃磨次数等。所以，与刀具有关的信息量很大。要将这些大量的刀具及有关信息管理好，必须有一个完善的计算机刀具管理系统，才能解决多品种零件加工对刀具的需求。

2．刀具管理的任务

刀具管理就是及时而准确地对指定的机床提供适用的刀具，以便在维持较好的设备利用宰的情况下，生产出所需数量的合格零件。因此，刀具管理最重要的准则是：刀具供加工中心应及时，通过时间短，刀具储存量少，组织费用少。柔性自动化加工系统中的刀具管理包括以下几个方面。

(1)刀具室的控制与管理。刀具首先在刀具室内与刀夹装配成刀具组件，并在调刀仪上调好尺寸，然后编码待用。根据加工零件需要，调用相应的刀具组件井分配给机床。应按自动加工系统的需要，对刀具的库存量进行控制，使刀具冗余量最小。

(2)刀具的分配与传输。刀具的分配是根据零件加工工艺过程和加工系统作业调度计划及刀具分配策略决定的。第1种刀具分配策略，是一批零件使用一组刀具，当加工完一批零件后一组刀具全部更换。这种箫略使加工系统刀具库存量很大，但控制软件简单。第2种刀具分配策略，可以几种零件使加工中心用—‘组刀具，在成组技术基础上确定一组零件所需的刀具，加工完毕后所有刀具送回刀具室。这种策略可减少刀具库存量，但需要比较复杂的控制软件。

当然，根据具体情况，还可以采用其他刀具分配策略，如加丁某几种零件后，保留适用于下几种零件加工的刀具，而取走其余刀具，再补充必要的刀具，以便进行以后几种零件加工。

这样可大人减少刀只库存量，但控制软件更加复杂。关于刀具的传输，人的自动化加工系统采用无人小车(AGV)，而小的系统则用机械手和高架传送带等。

(3)刀具的监控。在加工过程中，应对刀具状态进行实时监控和对刀具的切削时间进行累计，当达到规定的使用耐用度晌，刀具要重磨或更换。当发生／J具破损时，机床应立即停车，并发出报警信号，以便操作人员及时处理。

(4)刀具信息的处理。处理／J具各种静、动态信息，使这些信息在机床、刀具室、主控计算机之间传输，有些动态信息必须在加丁系统运行时不断进行修改。刀具标准化问题加

工中心也是刀具管理的重要任务，应结合加工工艺过程的标准化统一考虑以卜问题：

①尽可能使用通用刀具，少用特殊的非标准刀具：

②使用不重磨刀片，采用标准的模块化的刀夹装置；

③使用可调刀具，以减少刀具的种类。

3．刀具系统的管理过程

(1)自动换刀刀库中刀具的管理

在单台加工中心上加丁零件时，也必须准确无误地从刀库中取出所需的刀具。从刀库中选刀的方式，一般可分为顺序选择和任意选择两种：

①顺序选择方式。将预调整的刀具组件按加工的工序依次插人刀库中，加工时，根据数控指令，依次用机械手从刀库中取出刀具，每次换刀时刀库依次转动一个刀座位置。这种方式，刀库驱动控制非常简单，但刀库中的任一把刀具在零件整个加工中不能重复使用。

②任意选择方式。仟意选择方式是预先把刀库中的加工中心每把刀具(或刀座)都进行编码，刀库运转中，每把刀具都经过识别装置接受识别。当某一把刀具的编码与数控指令代码相符时，刀具识别装置即发出信号，令刀库将该把刀具输送到换刀装置，等待机械手取出使用。这种方式的优点是刀具可以重复使用，减少了刀具库存量，刀库也可相应小些，但刀库驱动控制比较复杂。

(2)刀具的识别

在数控加工的刀具管理中，刀具识别非常重要。从原理上看，可以有多种不同的方法来实现刀具的识别，分为接触式识别和非接触式识别两种。图7—l所示为采用接触式识别方法的钻头夹头。

在夹头前端组装了一些表示刀具编码的环，称为数码环，预先规定大直径的数码环为“广，小直径为“o”。数码环司以是大直径或小直径的，图中有5个数码环，故有2’：32种组合情况，即32种刀具编码。图示编码为11010，刀库储存量越多，则数码环数日也越多。在刀库附近有一接触式刀具识别装置，从其中伸出与数码环数量相等的几个触针。根据触针与数码环接触与甭，即可判断数码环是大直径的，还足小加工中心直径的。每个触针与一个继电器连接。当数码环为大直径时，与触针接触，继电器通电，其数码为“1”：当数码环足小直径时，与触针不接触，继电器不通电，其数码为“0”。只有当各继电器读出的数码与所需刀具的数码一致时，／J库才由抑制装置操纵自动停止，然后被机械手取出／J具并输送到机床主轴上，从而实现自动换刀。

近年来，条形码U／‘泛地应用于刀具识别技术中，这是因为条形码可以在很小的尺寸范围内容纳极高密度的信息，而旺易于实现信息识别的自动化。所谓条形码，足指一组印在浅色衬底上的、深色的、粗细不同的条形码符。实际上是采用国际上通用的编码方法，通过K条形线条的某种排列组合而得出—定含义的编码。条形码识别系统由光源、条形码标记、光敏元件和读出控制电路组成，如图7—2所示，当识别装置加工中心中光源发出的光线别向桂动的刀具上的条形码标记时，由于条形码标记上的线条本身粗细不同、线条间隙宽窄不同和衬底的反射串不同，就会产生强弱小同的反射光，井经聚光镜聚焦在光敏元件上，不同强弱的反射光使光敏元件输出的信号电流人小也随之不同。这—电流信号送入读出控制电路后，经放大、整形，最终转换成数字信号，将其送入计‘算机或其他逻辑电路中作必要的处珲，即可实现刀具的识别。这种识别方法是在非接触状态下工作的，不会由于磨损和接触不良而造成故障，因而工作可靠。

(3)柔性制造系统刀具的管理

在柔性制造系统中，刀具管理的方法主要是在该系统的中央控制系统十建立刀具数据文件，其主要内容包括刀具编码、刀具名称、刀具大小识别号、刀具耐用度、刀位号、加工中心刀具补偿类型、刀尖半径、刀具半径、刀具长度及其公差、切削用量和刀具监测信息等。

其中，刀具编码是刀具管理最基本、最重要的信息，是接个加工系统中刀具识别的依据。每一把刀具必须占有且只能占有一组编码，用于计算机识别刀具。通过编码就可查出刀具的尺寸、耐用度及其在系统内的位置。这种编码不影响刀具在机床刀库或中央刀库的存放位置。至于编码的方法，各种加丁系统均根据具体情况而定。

加工系统运行时，通过不断修改预定的刀具数据文件和调刀仪把刀具的实际参数输入后，就町建立一套刀具的实际数据文件，存储于十央控制系统的中央刀具数据库中，再由中央控制系统通知各加丁中心实现刀具在加工系统各部分之间的传送并进行加工。通过加工系统控制终端显示的菜单，采用人机对话形式，加工中心实现刀具在整个加工系统运行中的管珲过程。

科学的刀具管理能为用户节省可观的刀具费用，因此，开发刀具管理技术和相关的软件、硬件已成为刀具制造商的业务范围，并由此将有关刀具正确使用的知识、数据和信息传递给用户。

Walter公司的TDM刀具管理软件，可从工件材料、库存、切削参数、刀具寿命、采购供应等不同方面对刀具进行全面管理。日研公司的TMSWindows刀具管理系统，包括刀具自动识别(m)的功能。Kennametal公司推出的供用户存放和管理刀具的TOOL BOSS刀具柜，包括一千刀具柜管理软件，机床操作者凭个人使用的密码通过屏幕引导可打开相应的抽屉．领取一定数量的刀片或刀具，刀具管珥人员叼根据加工的需要事先设置各机床操作者领取的刀具品种、规格、数量及其最低的库存量，相关的各级管理人员凭设置的权限不同层次和密码可进入该系统的不同层次，了解有关的数据，系统还司连接到公司的局域网实现数据共享，并町与供应商联网加工中心，及时补充消耗的刀具。该公司的系统可以减少资金占用率，(最多时)可减少90％、减少刀具仓储成本50％，减少内部刀具管胛费用近90％。

德国Walter公司的TDM easy软件，向用户推荐该公司的各类刀具加工小同千件材料时的切削参数。Walter公司的TDM刀具管理软件具有缩短计划时间、使调整时间和工序间断时间降至最低、减少刀具种类、促进刀具标准化、减少刀具库存，以及对刀具订货进行控制的功能等。Sandvik Coromm~t公司开发的Auto TAS刀具管理软件，有11个集成模块。该软件可为该公司提供3000多种刀具的CAD模型(几何尺寸、检测、装配)，可自动选择该公司样本与电子样本中的刀具使用，提供各种刀具的库存位置、成本、供应商、切削性能、刀具寿命及要加工工件的加工中心信息。AutoTAS刀具管理软件还提供刀具库存管理、购买、统计分析，报表，刀具室计划与质量控制等功能。Mapal公司推出的全球刀具管理系统可为用户提供正确的刀具品种和数量，可为用户建立服务部，负责刀具的重磨、调整、发放等业务，帮助用户分析、评价加下过程等。