CN106249697A - 具备工具寿命管理功能的数值控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具备工具寿命管理功能的数值控制装置。该数值控制装置与加工条件关联地确定表示消耗机床所具备的工具的寿命的程度的消耗系数，根据该确定的消耗系数和各个程序块的工具使用量，来计算到各个程序块为止所消耗的工具寿命即累积消耗寿命。如果从加工程序读入的程序块的指令是工具更换指令，则根据累积消耗寿命从工具中选择到下一次工具更换指令之前工具寿命不耗尽的工具。

Description

具备工具寿命管理功能的数值控制装置

技术领域

本发明涉及一种数值控制装置，特别涉及一种具有根据加工条件管理工具寿命的功能的数值控制装置。

背景技术

一般，在机床中使用的工具随着加工所使用的时间经过刀尖会磨损而切削阻力增加，如果磨损加剧则加工精度恶化，不能够维持工件所要求的预定加工精度，从而达到该工具的寿命。

作为与工具寿命相关的现有技术，在日本特开2003-308106号公报以及国际公开2000/012260号公报中公开一种技术，即根据加工条件等在加工前预测在执行了加工程序时所消耗的工具寿命。进行加工的作业者使用上述现有技术，在刀库内准备具有比因加工而消耗的工具寿命长的寿命的工具，从而能够避免在加工过程中工具寿命耗尽的情况。

工具寿命的消耗速度根据冷却剂浓度、pH、温度、机内温度等加工条件而变化。因此当预测工具寿命时(即加工开始前)所设想的加工条件与实际运行时的加工条件不同时，或者在运行的过程中加工条件发生了变化时，会有工具寿命比预测更快地被消耗，在加工过程中工具的寿命耗尽的情况，即使使用了上述日本特开2003-308106号公报以及国际公开2000/012260号公报中公开的技术也不能够解决该问题。

发明内容

因此本发明的目的在于提供一种能够进行根据加工条件考虑了工具寿命的加工控制的数值控制装置。

本发明的数值控制装置根据从加工程序读入的程序块的指令，控制具备工具的机床来加工工件。该数值控制装置具备：工具数据存储部，其存储将上述工具和上述工具的寿命关联起来的工具数据；加工条件数据存储部，其存储将加工时的加工条件和消耗系数关联起来的加工条件数据，该消耗系数表示该加工条件下的工具的消耗工具寿命的程度；程序运行部，其根据上述加工程序来控制上述机床；工具使用量计算部，其计算上述加工程序的各个程序块中的上述工具的使用量；消耗系数确定部，其根据通过上述加工程序进行加工时的加工条件，参照上述加工条件数据存储部来确定消耗系数；以及寿命消耗量计算部，其根据上述工具使用量计算部计算出的各个程序块中的上述工具的使用量、上述消耗系数确定部确定出的消耗系数，计算到各个程序块为止所消耗的工具寿命即累积消耗寿命。并且，将上述程序运行部构成为，在从上述加工程序读入的程序块的指令是工具更换指令的情况下，根据上述累积消耗寿命，从上述工具数据存储部中存储的工具中选择到下一次工具更换指令之前工具寿命没有耗尽的工具。

上述消耗系数确定部在基于上述加工程序的运行过程中加工条件变化的情况下，确定基于该变化后的加工条件的最新的消耗系数，另外，上述寿命消耗量计算部根据上述最新的消耗系数重新计算到各个程序块为止所消耗的工具寿命即累积消耗寿命，上述数值控制装置还具备：寿命枯竭程序块确定部，其在能够根据重新计算出的上述累积消耗寿命预测出正在使用的工具的工具寿命到下一次工具更换指令之前耗尽的情况下，确定正在使用的上述工具的工具寿命耗尽的上述加工程序的程序块；以及运行停止程序块确定部，其确定从上述程序运行部正在执行的上述加工程序的程序块到上述寿命枯竭程序块确定部所确定的正在使用的上述工具的工具寿命耗尽的上述加工程序的程序块为止的区间内的、能够安全地停止加工运行的程序块。

根据本发明，根据实时变化的加工条件而更换为具有必要的工具寿命的工具，从而能够避免加工过程中工具寿命耗尽的问题。

另外，即使在加工条件大幅变化且工具的寿命耗尽的情况下，也能够在将运行时间为最长的程序块的位置安全地停止加工运行。

附图说明

通过参照附图说明以下的实施例，能够明确本发明的上述以及其他目的、特征。在这些附图中：

图1A是说明本发明的数值控制装置所具备的最佳寿命工具选择功能的概要的图。

图1B是说明本发明的数值控制装置所具备的停止程序块检测功能的概要的图。

图2是本发明第一实施方式的数值控制装置的功能框图。

图3是说明本发明的立铣刀工具的工具使用量的图。

图4是说明本发明的丝锥工具的工具使用量的图。

图5是表示图2的数值控制装置的加工条件数据存储部的例子的图。

图6是说明本发明的累积消耗寿命的图。

图7是表示图2的数值控制装置的工具数据存储部的例子的图。

图8是本发明第二实施方式的数值控制装置的功能框图。

图9是说明本发明第二实施方式的数值控制装置的动作的图。

具体实施方式

首先，使用图1A说明本发明的数值控制装置所具备的1个功能(最佳寿命工具选择功能)。

将冷却剂浓度/pH/温度、机内温度等各种加工条件和表示该加工条件的工具寿命的消耗速度的消耗系数作为加工条件数据库预先保持在内部存储器中，当在基于加工程序的加工运行中指令了工具更换(T编码)时，在后台对到下一次工具更换之前的程序块计算工具的使用量(切削时间、切削长度、钻孔/功丝的次数等)，同时测量加工条件(冷却剂浓度/pH/温度、机内温度等)并参照上述加工条件数据库来计算消耗系数。然后，根据计算出的工具的使用量和消耗系数来计算工具寿命的消耗量。然后，检索具有比计算出的工具寿命的消耗量高的工具寿命的工具，并将当前的工具更换为该检索出的工具。

另外，使用图1B说明本发明的数值控制装置所具备的其他功能(停止程序块检测功能)。

测量在加工运行中根据程序块的指令和信号等发生变化的加工条件，将根据变化后的加工条件计算出的消耗系数与上次的工具更换时计算出的消耗系数进行比较(参照图1B的<1>)。当最新测量到的加工条件的消耗系数变得比上次的工具更换时计算出的消耗系数大时，使用最新测量到的加工条件的消耗系数来计算到下一次工具更换之前的剩余程序块所消耗的工具寿命(消耗寿命)。并且，当判定到下一次工具更换之前在中途寿命耗尽时(参照图1B的<2>)，继续加工运行直到在非切削程序块(快进程序块和辅助功能等)内位于最后的非切削程序块的位置为止，并且在该非切削程序块的位置暂时停止加工运行(参照图1B的<3>)，上述非切削程序块位于从当前执行中的程序块到寿命耗尽的程序块的位置之间。

首先，使用图2～图7说明本发明的数值控制装置的第一实施方式。该数值控制装置具有基于工具寿命的消耗量的最佳寿命工具选择功能。

图2是该实施方式的数值控制装置的功能框图。该数值控制装置1具备程序运行部10、工具使用量计算部11、消耗系数确定部12、寿命消耗量计算部13、工具数据存储部20以及加工条件数据存储部21。

程序运行部10读入存储在存储器(未图示)中的加工程序，按照该读入的加工程序的程序块的指令来进行机床的控制。该程序运行部10如果读入包括工具更换指令(T编码指令)的程序块，则预读从该读入的程序块到指令下一次工具更换的程序块之间的程序块，指令工具使用量计算部11(后述)计算出在基于该预读出的程序块的指令的工件加工中所消耗的工具寿命。

工具使用量计算部11如果从程序运行部10接受指令，则计算在基于程序运行部10预读出的各程序块的指令的工具加工中使用的“工具使用量”。根据工具的种类以切削时间、切削长度、钻孔/功丝的次数等计量值来表示“工具使用量”。

例如，当工具是立铣刀工具的情况下，通过切削时间和切削长度等来计量工具的使用量。

图3是通过切削时间计量立铣刀工具的使用量的例子。

当通过切削时间进行计量时，对于各切削指令(G01等)根据工具进行移动的坐标位置和进给速度来计算切削时间。

另一方面，当工具是丝锥工具时，根据功丝次数来计量工具的使用量。

图4是通过功丝次数来计量丝锥工具的使用量的例子。

当通过功丝次数进行计量时，按照执行功丝指令(G84等)的次数来计数功丝次数。

消耗系数确定部12从数值控制装置或机械所具备的周边设备或传感器等取得当前的冷却剂浓度/pH/温度、机内温度等加工条件，并根据该取得的加工条件、通过工具更换指令而选择出的工具种类以及存储在加工条件数据存储部21中的加工条件数据来确定工具的消耗系数。

图5是表示数值控制装置1的加工条件数据存储部21中存储的加工条件数据的例子。

在该加工条件数据存储部21中存储多个将冷却剂浓度/pH/温度、机内温度等加工条件和表示在各加工条件中使用工具时的工具寿命的消耗速度的“消耗系数”关联起来的加工条件数据。

“消耗系数”在作为基准的加工条件中为1.0，加工条件越严酷(冷却剂浓度高、高温等)值变得越大。各加工条件的消耗系数能够作为该加工条件的工具寿命的消耗速度和基准加工条件的消耗速度之间的比。可以通过实验等来预先求出该消耗系数，也可以收集与过去使用的工具的使用实际成绩相关的数据，并根据各个加工时的加工条件、材质和形状等信息通过统计处理来计算该消耗系数。将这样求出的消耗系数作为与加工条件关联起来的工具的每个种类的加工数据保存到加工条件数据存储部21中。

寿命消耗量计算部13根据工具使用量计算部11所计量的各程序块的每个指令的工具使用量、消耗系数确定部12所确定的消耗系数，来计算在从这次的工具更换到下一次的工具更换的区间内的各个程序块所消耗的工具寿命(消耗寿命)，并且通过不断累积该计算出的消耗寿命来计算到各程序块为止所消耗的累积消耗寿命。该寿命消耗量计算部13按照下述公式(1)预测在执行该区间内的程序块时所消耗的工具寿命。另外，在设置在未图示的内部存储器(RAM等)中的区域内存储计算出的各程序块的消耗寿命。

消耗的工具寿命(消耗寿命)＝工具的使用量×消耗系数……(1)

图6是表示在使用丝锥工具时的工具更换区间内的工具消耗寿命的例子的图。

如图6所示，寿命消耗量计算部13根据工具使用量计算部11计量出的每个指令的工具使用量，来计算各程序块的累积工具使用量。这里，当消耗系数确定部12所确定的消耗系数为1.5时，对寿命消耗量计算部13计算出的累积工具使用量乘以1.5，从而能够最终预测到下一次工具更换时间点之前工具的寿命消耗9.0次的情况。

寿命消耗量计算部13将预测到的、到下一次工具更换之前所消耗的工具寿命通知给程序运行部10。接收到下一次工具更换之前所消耗的工具寿命的通知的程序运行部10在从基于工具更换指令(T编码指令)的相同种类的工具中选择工具时，从存储在工具数据存储部20中的工具中选择具有比从寿命消耗量计算部13接收到通知的到下一次工具更换之前所消耗的工具寿命长的工具寿命的工具。其结果为，通过数值控制装置所控制的机床能够到下一次工具更换之前寿命没有耗尽地进行加工。另外，在该阶段中，当在工具数据存储部20中没有登录具有比到下一次工具更换之前所消耗的工具寿命长的工具寿命的工具时，将没有适当的工具的情况作为警告通知给用户即可。

图7是存储在工具数据存储部20中的工具数据的例子。

关于工具数据，如图7所示，针对各个工具，与工具编号关联地存储工具的种类、工具尺寸等数据、与工具种类对应的剩余工具寿命、工具的位置(自动工具更换装置的情况)等。

程序运行部10如图6说明的那样，如果在更换到丝锥工具时区间内的消耗寿命(剩余工具寿命)是9次以上，则在收到寿命消耗量计算部13的通知时，参照工具数据存储部20，并选择丝锥工具即消耗寿命为9次以上的工具(工具位置4的工具)。另外，在工具的选择中，也可以具有预先决定的比例或寿命值这样的余量而选择工具。

这样，在该实施方式的数值控制装置中，不在加工开始前而是在每次进行工具更换时预测工具的消耗寿命，并选择具有比预测的消耗寿命长的工具寿命的工具，因此能够避免在加工过程中工具的寿命耗尽的问题。

接着，使用图8以及图9说明本发明的数值控制装置的第二实施方式。

上述第一实施方式的数值控制装置具有以下功能，即根据工具更换时的加工条件来预测到下一次工具更换时所消耗的工具寿命，选择具有比该预测到的消耗寿命长的工具寿命的工具。另一方面，该第二实施方式的数值控制装置具有以下功能，即使在由于加工过程中加工条件大幅变化而工具寿命耗尽的情况下，也能够在将运行时间设为最长的程序块的位置安全地停止。

图8是该实施方式的数值控制装置的功能框图。

数值控制装置1除了具备与上述第一实施方式(参照图2的功能框图)相同的结构即程序运行部10、工具使用量计算部11、消耗系数确定部12、寿命消耗量计算部13、工具数据存储部20以及加工条件数据存储部21，还具备寿命枯竭程序块确定部14、运行停止程序块确定部15以及显示装置16。

消耗系数确定部12在程序运行部10进行的加工运行中，从数值控制装置或机械所具备的周边设备、传感器等取得冷却剂浓度/pH/温度、机内温度等加工条件，并监视该取得的加工条件的变化。当所取得的加工条件在超过预先确定的阈值的范围内发生变化时，根据该变化后的当前加工条件、通过工具更换指令进行选择的工具的种类以及存储在加工条件数据存储部21中的加工条件数据，来确定工具的消耗系数，并将该确定的消耗系数和上次工具更换时所取得的消耗系数进行比较。

并且，当基于当前的加工条件的消耗系数变得比在上次工具更换时所取得的消耗系数大时，消耗系数确定部12指令寿命消耗量计算部13根据基于当前的加工条件的最新的消耗系数来计算各程序块的消耗寿命。

寿命消耗量计算部13根据消耗系数确定部12所确定的最新的消耗系数，对于从当前执行中的程序块到下一次工具更换的程序块的区间内的各个程序块，在工具更换时由工具使用量计算部11读出记录在内部存储器中的每个程序块的消耗寿命，并按照下述公式(2)来重新计算基于各个程序块的指令的消耗寿命。

剩余的各个程序块的消耗寿命＝工具更换时的各个程序块的消耗寿命×

(最新的消耗系数÷工具更换时的消耗系数)……(2)

然后，寿命消耗量计算部13将通过上述公式(2)重新计算的各个程序块的消耗寿命与当前执行中的程序块的前一个程序块的累积消耗寿命相乘，由此在重新计算了到当前执行中的程序块以后的各个程序块为止所消耗的累积消耗寿命之后，指令寿命枯竭程序块确定部14预测当前使用中的工具寿命枯竭的程序块。

寿命枯竭程序块确定部14根据寿命消耗量计算部13重新计算的累积消耗寿命，判定到下一次工具更换的程序块为止的累积消耗寿命是否在当前正在使用工具的工具寿命以下。当到下一次工具更换的程序块为止的累积消耗寿命为当前正在使用工具的剩余工具寿命以下时，到下一次工具更换之前当前正在使用工具的工具寿命没有耗尽，所以什么也不做而直接继续加工。

这里，当到下一次工具更换的程序块为止的累积消耗寿命比当前正在使用的工具寿命长时，即在当前正在使用的工具的工具寿命到下一次工具更换之前耗尽时，如图9所示，寿命枯竭程序块确定部14从当前执行中的程序块按顺序比较累积消耗寿命和当前正在使用的工具的工具寿命，由此确定正在使用的工具的工具寿命耗尽的程序块，并指令运行停止程序块确定部15根据该确定的程序块来确定运行停止的程序块。

运行停止程序块确定部15从寿命枯竭程序块确定部14所确定的正在使用的工具的工具寿命耗尽的程序块追溯程序块的执行顺序，将快进程序块等非切削程序块确定为运行停止程序块，并指令程序运行部10在该确定的运行停止程序块的位置停止加工运行，并且通过在显示装置16突出显示警告消息、寿命耗尽的程序块以及运行停止程序块，由此将该情况通知给用户。

图9是说明消耗系数从1.5变化为3.0时的数值控制装置1的动作的图。

图9中，根据工具更换时的加工条件确定消耗系数为1.5，到下一次工具更换之前所消耗的工具寿命为20.0秒，因此选择工具寿命为25.0秒的工具(参照图9的<1>)。之后，消耗系数确定部12检测加工条件的变化，并根据变化后的加工条件来确定最新的消耗系数为3.0(参照图9的<2>)。该确定的最新的消耗系数比在上次工具更换时所确定的消耗系数要大，因此通过寿命消耗量计算部13进行所消耗的工具寿命的重新计算。

另外，寿命枯竭程序块确定部14预测当前正在使用的工具的工具寿命(25秒)到下一次工具更换之前耗尽，并确定正在使用的工具的寿命耗尽的程序块(参照图9的<3>)。之后，运行停止程序块确定部15确定能够安全地停止加工运行的运行停止程序块(参照图9的<4>)，对程序运行部10进行指令，由此能够使加工运行在运行停止程序块的位置安全停止。

这样，在该实施方式的数值控制装置中，即使当加工过程中加工条件大幅变化而工具的寿命耗尽时，也能够在将运行时间设为最长的程序块的位置使加工运行安全停止。

以上，说明了本发明的实施方式，但是本发明不限于上述实施方式的例子，也能够通过增加适当的变更以各种方式来实施。

例如，在上述实施方式中，表示了立铣刀工具和丝锥工具的例子，但是关于其他的工具，也能够通过管理适合该工具的工具使用量和工具寿命来适用本发明。

Claims (2)

1.一种数值控制装置，根据从加工程序读入的程序块的指令，控制具备工具的机床来加工工件，其特征在于，

该数值控制装置具备：

工具数据存储部，其存储将上述工具和上述工具的寿命关联起来的工具数据；

加工条件数据存储部，其存储将加工时的加工条件和消耗系数关联起来的加工条件数据，该消耗系数表示该加工条件下的工具的消耗工具寿命的程度；

程序运行部，其根据上述加工程序来控制上述机床；

工具使用量计算部，其计算上述加工程序的各个程序块中的上述工具的使用量；

消耗系数确定部，其根据通过上述加工程序进行加工时的加工条件，参照上述加工条件数据存储部来确定消耗系数；以及

寿命消耗量计算部，其根据上述工具使用量计算部计算出的各个程序块中的上述工具的使用量、上述消耗系数确定部确定出的消耗系数，计算到各个程序块为止所消耗的工具寿命即累积消耗寿命，

将上述程序运行部构成为，在从上述加工程序读入的程序块的指令是工具更换指令的情况下，根据上述累积消耗寿命，从上述工具数据存储部中存储的工具中选择到下一次工具更换指令之前工具寿命不耗尽的工具。

2.根据权利要求1所述的数值控制装置，其特征在于，

上述消耗系数确定部在基于上述加工程序的运行过程中加工条件发生了变化的情况下，确定基于该变化后的加工条件的最新的消耗系数，

上述寿命消耗量计算部根据上述最新的消耗系数重新计算到各个程序块为止所消耗的工具寿命即累积消耗寿命，

上述数值控制装置还具备：

寿命枯竭程序块确定部，其在能够根据重新计算出的上述累积消耗寿命预测出正在使用的工具的工具寿命到下一次工具更换指令之前耗尽的情况下，确定正在使用的上述工具的工具寿命耗尽的上述加工程序的程序块；以及

运行停止程序块确定部，其确定从上述程序运行部正在执行的上述加工程序的程序块到上述寿命枯竭程序块确定部所确定的正在使用的上述工具的工具寿命耗尽的上述加工程序的程序块为止的区间内的、能够安全地停止加工运行的程序块。