在线工具精度管理系统设计研究

雍君 戴佐俊 温平平

(1.江苏创源电子有限公司，江苏苏州 215200;2.北京创源微致软件有限公司，北京 100000)

近年来，随着市场竞争的白热化，越来越多的制造企业为了促进工作效率提升，减少制造成本，进行了刀具的一体管理，通过精准的管理进一步实现资源的优化配置，在同类企业中获得了差异化的竞争优势[1]。还有部分企业投入了大量的人力物力，开发了适合自己产品需要的刀具管理软件，比如，瑞典的Sandvik公司、美国Cincinnati Milacron公司、英国CTMS公司、德国的ZollerZ公司等，上述道具管理系统一方面可以统筹管理配套刀具信息和数控机床，另一方面还能在上位机管理软件中有效为相关管理人员提供强有力的辅助支撑，确保其可以对根据相关要求，规范化调运管理和进行刀具配置，在系统现场控制模块中根据管理参数，将将刀具状态检测算法集成到其中，精准检测刀具的状态，智能化、动态化管理数控机床刀具[2]。然后这些软件就存在价格高昂，绝大多数企业都无法接受。较国外刀具管理系统，国内在这方面起步较晚，主要是超精密对刀方法基础上，借助对刀装置、机床配套CCD来识别刀具轮廓或特征，对刀具特征位置相对于机床的绝对坐标进行确定，随后再依托缩小的轴向进给量逼近工件初始表面，当作品的初始表面被控制在特定深度并且所有新材料暴露时，机械工具可以自动识别受控制表面的位置坐标，然后在再输入刀后完成精确的控制。为此，我们结合自身需求，借鉴国外优秀经验，开发了刀具在线对刀管理系统，在线对刀工具调节软件被集成到一个集成机中，自动启动集成机器，设备信息由我们公司开发的IOT平台中央监控。机器的MAC代码连接到机器的工具以提供安全性，并且记录操作寄存器，从而使系统的构建更为完善。舒适的一个机器可以放置在CNC工具的一侧，这对现场操作者是方便的。实现刀具状态的精确检测。

1 在线工具精度管理系统功能特性

在线工具精度管理系统可以精准确定刀具在机床坐标系中的位置，在开始切削之前测量尺寸，并在机床运行期间检查刀具损坏。对刀系统可以方便地安装在加工中心和数控车削中心上，实现自动化操作[3]。可以大大减少机床的停机时间，大大提高效率；可以精确测量刀具长度和直径；自动进行刀具位置偏置计算和修正，消除手动设定误差；可以进行序中刀具破损检测，大大提高加工精度，降低废品率。

(1)通用性好：采用加工中心标准对刀测头，几乎适用于所有加工中心。

(2)安装方便：超小型工作台安装，能非常方便安装在加工中心上。

(3)精度高：测量精度小于1.0μm，实现精确的刀具长度和直径测量。

(4)可靠性高：可检测旋转刀具而不会造成刀具或测针用损，测针有弱保护，可防止发生碰撞时损坏测头，防护等级高能够在恶劣的加工环境下工作。

2 系统主要技术参数和使用要求

第一，使用范围。在线对刀系统需与DNC系统配合使用，其中，DNC系统通过PROXY与机床通信，获取机床信息，而在线对刀负责读取机床信息，上传对刀程序至机床。

第二，使用者要求。由于机床的专业性，需要使用者掌握计算机基本操作知识，CNC机床操作知识。

图1 系统登陆首页

图2 对刀主页面

第三，运行环境要求，硬件设备：(1)在线对刀系统针对CNC机床设计，现已在FANUC、Mitsubishi 机床上顺利运行。(2)只有配备了对刀仪的机床设备，方可使用。

第四，必备软件：(1)需在创源DNC系统中运行。(2)服务器操作系统：ubuntu。(3)客户端软件：chrome浏览器。

3 操作方式

3.1 系统主界面

系统首页如图1所示。

系统登陆时注意，该页面自动加载，页面包含CNC机床的号码与该一体机的序列号，序列号必须与机床绑定，设置方式如下：

进入dnc系统，选择dnc，选择机床管理；

双击想要绑定的机床，修改机床信息中的序列号为一体机首页中mCube序列号；

为使用在线对刀系统软件，将机床信息中的对刀仪状态修改为已安装，点击保存；

连接成功后，页面自动加载该机床的信息。

3.2 用户登陆

用户登陆方式为刷卡登陆，刷卡后，页面自动显示用户的信息，用户登陆首页默认显示该用户的信息、用户被分配的生产任务信息。新用户卡信息在系统中并无记录，添加用户信息可以在关联的OA系统中修改。

3.3 在线对刀主页面

点击在线对刀，进入在线对刀软件的主页面，如图2所示。

在线对刀是通过一个标准刀具计算出以对刀仪中心为原点的相对坐标(XYZ)，以这个坐标为基准，基于标准刀具的长度参数，计算机床内所有刀具的长度。

3.4 对刀-标准参数

图3 获取刀具信息

在使用系统的过程中首先进行XY轴的校准，点击XY轴位置右侧的位置设定，系统设置了20秒用作现场人员手动移动刀具，现场操作人员将标准刀具安装至指定刀位，手动将标准刀具移植贴近对刀仪中心圆点位置，此时在线对刀系统读到了刀具的相对位置(这里显示虚拟数据，并不准确)，确定信息无误，点击确认更新：此时，XY轴的校准成功，进行Z轴校准。

3.5 对刀-刀具参数

在进行信息校准时，使用已知刀长的标准刀具，如图3所示。

点击Z轴校准，(注意：为避免误操作，当XY轴信息中有空值时，Z轴校准按钮不可用)页面弹窗需求刀具的信息，此时可以扫描刀柄的二维码，读取刀具的刀补参数信息，然后选择刀具所安装的刀位号码，点击下一步，此时对刀系统会自动生成一个“SETUP”+“机床号”.NC的nc程序。

3.6 在线对刀

当XYZ轴信息均存在时，系统显示另一个TAB页，在线对刀，并自动切换至此页面。点击开始对刀，弹窗提示刀具安装的位置，将需要对刀的刀具安装至刀位，可一次安装多个，系统不限定一次安装的最大数量，由现场CNC刀位数决定。将刀具安装至指定刀位，在页面中选择刀位后，点击确定。在线对刀程序自动生成对刀的nc程序，命名规则为“TOOl”+“机床号”.NC，并上传至对应cnc内存，现场操作人员手动运行该程序，实现对应的所有刀位的对刀。运行完毕之后，刀具的信息全部记录在机床中，现场人员可以手动查看对应的刀具情况，对刀完成。

4 结语

一言以蔽之，作为先进制造技术的基础，机械加工是制造过程中最关键的环节，基于问高生产率、低成本的基础下最大限度地保障产品质量是其基本目标。纵观当前由于产品质量问题，所造成的返修品，次品、废品经济损失高达产品指的10%～15%，大大的加剧了企业的成本，采用在线精度管理系统可以在程度上规避上述情况的发生，这种系统使用刀尖作为测头，可简化测量系统结构，降低测量成本。采用该系统在加工前进行工件的装夹找正，可简化工装夹具，节省夹具费用，缩短辅助工时，提高加工效率。该系统在加工中或加工后可对工件直径进行在线测量，并能根据测量结果修改加工程序，对加工误差进行补偿，提高加工精度。