TW201806683A

TW201806683A - 工具機刀具管理系統與方法

Info

Publication number: TW201806683A
Application number: TW105126657A
Authority: TW
Inventors: 鄭志平; 麥朝創
Original assignee: 財團法人工業技術研究院
Priority date: 2016-08-19
Filing date: 2016-08-19
Publication date: 2018-03-01
Also published as: US10209702B2; TWI610738B; US20180052442A1

Abstract

一種工具機刀具管理系統，包括：讀取單元，根據刀具編碼，讀取類別參數；接收單元，以預定週期接收即時歷程資訊；儲存單元，記錄刀具編碼、類別參數與即時歷程資訊；處理單元，根據類別參數與即時歷程資訊，執行一權重演算以取得一結果；以及控制單元，根據結果，發送控制指令，例如停止使用等。

Description

工具機刀具管理系統與方法

本揭露主要關於一種工具機刀具管理系統與方法，特別是一種針對工具機刀具靜態與動態資訊之即時管理系統與方法。

工具機所使用之各式刀具，其管理方式將直接關係著加工計畫之編排、執行與成效，對此通常只能採取靜態、分散之作法，但是如此不僅無法涵蓋到刀具之全壽期，使用過程中也極可能因為加工條件或參數變動時，無法即時估算與調整，因此造成了無謂之浪費或損失，進而影響了生產之效率與成本之管控。

因此一種兼顧工具機刀具靜態與動態資訊之即時集中管理系統與方法便顯得格外重要與迫切。

本揭露提供了一種工具機刀具管理系統，包括：讀取單元，根據刀具編碼，讀取類別參數；接收單元，以預定週期接收即時歷程資訊；儲存單元，記錄刀具編碼、類別參數與即時歷程資訊；處理單元，根據類別參數與即時歷程資訊，執行一權重演算以取得一結果；以及控制單元，根據結果，發送控制指令。

本揭露提供了另一種工具機刀具管理系統，包括：網路介面，根據刀具編碼讀取類別參數，並以預定週期接收即時歷程資訊；儲存單元，記錄刀具編碼、類別參數與即時歷程資訊；處理單元，根據類別參數與即時歷程資訊，執行一權重演算以取得一結果；以及控制單元，根據結果，經網路介面發送控制指令。

本揭露再提供一種工具機刀具管理方法，步驟包括：根據刀具編碼，讀取類別參數；以預定週期接收即時歷程資訊；根據類別參數與即時歷程資訊，執行一權重演算以取得一結果；判斷結果是否符合一條件，若是則發送控制命令，若否則繼續接收步驟。

以下之說明提供了許多不同的實施例、或是例子，用來實施本揭露之不同特徵。以下特定例子所描述的元件和排列方式，僅用來精簡的表達本揭露，其僅作為例子，而並非用以限制本揭露。

可理解的是，於下列各實施例之方法中的各步驟中，可於各步驟之前、之後以及其間增加額外的步驟，且於前述的一些步驟可被置換、刪除或是移動。

圖1為本揭露之一工具機刀具管理系統10的系統架構圖。工具機刀具管理系統10舉例包括處理單元11、讀取單元12、接收單元13、儲存單元14及網路介面16；其中處理單元11例如是具備數學運算與邏輯判斷能力之處理器；讀取單元12例如是具備讀取各類編碼或資料之裝置、埠口或界面；接收單元13例如是接收各式感測訊號之裝置、埠口或界面；儲存單元14例如是儲存各類資料或資訊之固定或移動之媒體或電路；控制單元15例如是發送各式驅動設備控制訊號之電路；網路介面16則例如是各式網路通訊之介面電路。

圖1中顯示本揭露另一工具機刀具管理系統20，舉例包括處理單元21、儲存單元24、控制單元25與網路介面26；其中處理單元21、儲存單元24、控制單元25及網路介面26之類別與功能都可選擇性地相同或相近於上述處理單元11、儲存單元14、控制單元15與網路介面16。

圖2為本揭露之一工具機刀具管理系統10的實施布置圖，舉例顯示將該系統10裝設或整合於一控制器1中，與控制器1中既有之部件，例如處理器、通訊模組、儲存模組、輸出入模組與顯示器等都得以選擇性地協同實施或沿用。控制器1連接並控制工具機3之所有運作，因此該系統10也即具備對工具機3相同之控制能力。

圖2中也顯示一工具機刀具管理系統20裝設或整合於一遠端主機2中，同理與遠端主機2中既有之部件也得以協同實施或沿用。遠端主機2可與單一或多數之控制器1以網路介面16(26)進行連接，如圖2虛線，以集中實施資料或資訊之收集、發送、處理與管理之作業。

圖3為本揭露之一工具機刀具管理方法之實施流程圖，請配合圖2，其中實施情境為：當一刀具4被裝設於工具機3上進行加工之前，該刀具4上之刀具編碼將先被掃瞄讀取，如步驟S1，根據此唯一之刀具編碼，讀取單元12將至儲存單元14或連線到儲存單元24中讀取相關聯之類別參數，此類別參數舉例包括了刀具型式類別、刀具規格類別、刀具壽命類別或刀具使用基值類別等，此些類別記載了該刀具4非即時之固定或靜態之資料，如步驟S2。

當完成取得類別參數而開始加工後，接收單元13將以預定週期t，例如100ms，自控制器1接收工具機3各驅動軸(未圖示)之軸電流值，或自裝設於工具機3上各部位之感測器(未圖示)所測得之振動量，此些軸電流值與振動量都屬於動態之即時歷程資訊之一部分，並與當次加工之條件有關，例如切削深度、進給速度等，不同之條件將影響刀具4剩餘壽命時間之長短。

當處理單元11完成取得類別參數與週期性更新之即時歷程資訊，或當處理器21完成取得類別參數與自網路傳回之週期性更新之即時歷程資訊後，便進行一權重演算，如步驟S4，此演算是為求得刀具剩餘壽命時間Tr，而該時間Tr是由總壽命時間T減去先前已累計使用時間Ta與當次即時使用時間Trt而得，例如下列公式1；其中總壽命時間T、已累計使用時間Ta均是儲存於刀具壽命類別中，而即時使用時間Trt是根據儲存於刀具使用基值類別中之軸電流基值Ib與振動量基值Vb、包含於即時歷程資訊中之軸電流值I與振動量V及預定週期t而求得，例如下列公式2；其中軸電流基值是指正常加工條件下之平均軸電流值，而振動量基值是指正常加工條件下某部位之平均振動量，以上均為固定值。所謂刀具使用基值類別，會根據刀具材料、製程類別與工件材料，而提供出不同的基值數值，例如高速鋼材料的鑽頭，用來鑽削鋁材或是鐵材，刀具使用的基值將有所不同。

公式1：

公式2：，其中Ii與Vi為第i週期之軸電流值與振動量；t為一週期之時間，例如100ms；n為週期數。

公式2中雖同時以軸電流值與振動量對其基值比值之乘積做為權重因數，但實際上可改取其中任一項即可，並不影響演算結果；公式2表示當加工不正常時，軸電流值I或振動量V增大，即時使用時間Trt也隨之增大，而剩餘壽命時間Tr則縮短，亦即是刀具壽命縮短；反之，當刀具4空轉時，軸電流值I與軸電流基值之比值甚低，即時使用時間Trt趨於零，刀具壽命則不縮短。

當處理單元11(21)完成權重演算後將取得一結果，此結果至少包括刀具4之剩餘壽命時間Tr，若該時間Tr為零或即將為零，如步驟S51，即使當次加工尚未結束，如步驟S52，處理單元11(21)將令控制單元15(25)發送一控制指令，例如停止使用，到控制器1或通知操作者停機更換刀具4，如步驟S6，並同時將該時間Tr更新或覆寫到儲存單元14(24)之已累計使用時間Ta，且加註使用壽命終了避免誤用，如步驟S7。但若該時間Tr不為零且當次加工已結束時，則控制單元14(24)也將發送停止使用之控制指令並通知更換工件或卸下刀具4以待下次加工，時間Tr也將同時更新或覆寫到時間Ta，反之則持續接收即時歷程資訊以再執行權重演算直至加工結束，如步驟3。

當一次加工終了而刀具剩餘壽命時間Tr仍不為零時，儲存單元14(24)將更新已累計使用時間Ta，使得刀具4無論歷經不同工具機或工件，其總壽命時間T將被充分且精準地使用而不虞浪費，該刀具於全壽期中所有靜態與動態資訊都能及時地於資料管理中顯現，遠端主機2之刀具管理系統20更能集中接收、儲存、演算與控制多把刀具4於多部工具機3，進而掌握使用歷程與即時狀態，確實達到了最初工具機刀具動靜態資訊管理之目的。

綜上所述，本揭露之工具機刀具管理系統與方法能藉由遠端主機對多部工具機上多把刀具進行靜態與動態資訊即時之集中管理，不僅能充分掌握各刀具使用情況，而且亦能充分發揮其全壽期內之使用效益，完善地解決當前刀具管理之缺失。

本揭露雖以各種實施例揭露如上，然而其僅為範例參考而非用以限定本揭露的範圍，任何熟習此項技藝者，在不脫離本揭露之精神和範圍內，當可做些許的更動與潤飾。因此上述實施例並非用以限定本揭露之範圍，本揭露之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

10/20‧‧‧工具機刀具管理系統
11/21‧‧‧處理單元
12‧‧‧讀取單元
13‧‧‧接收單元
14/24‧‧‧儲存單元
15/25‧‧‧控制單元
16/26‧‧‧網路介面
1‧‧‧控制器
2‧‧‧遠端主機
3‧‧‧工具機
4‧‧‧刀具
S1~S7‧‧‧步驟
T‧‧‧總壽命時間
Ta‧‧‧已累計使用時間
Trt‧‧‧即時使用時間
Tr‧‧‧剩餘壽命時間
I‧‧‧軸電流值
Ib‧‧‧軸電流基值
V‧‧‧振動量
Vb振動量基值

圖1為本揭露之工具機刀具管理系統的系統架構圖。圖2為本揭露之工具機刀具管理系統的實施佈置圖。圖3為本揭露之工具機刀具管理方法之的實施流程圖。

Claims

一種工具機刀具管理系統，適用於至少一刀具，包括：讀取單元，根據該刀具之刀具編碼，讀取該刀具之類別參數；接收單元，以預定週期接收該刀具之即時歷程資訊；儲存單元，記錄該刀具編碼、該類別參數與該即時歷程資訊；處理單元，根據該類別參數與該即時歷程資訊，執行一權重演算以取得一結果；以及控制單元，根據該結果，發送控制指令。
如申請專利範圍第1項所述之工具機刀具管理系統，其中該即時歷程資訊至少包括軸電流值與預定部位之振動量。
如申請專利範圍第1項所述之工具機刀具管理系統，其中該類別參數至少包括刀具壽命類別與刀具使用基值類別。
如申請專利範圍第1項所述之工具機刀具管理系統，其中該結果至少包括該刀具之剩餘壽命時間(Tr)。
如申請專利範圍第1項所述之工具機刀具管理系統，其中該權重演算是以該刀具之總壽命時間(T)減去已累計使用時間(Ta)與即時使用時間(Trt)。
如申請專利範圍第5項所述之工具機刀具管理系統，其中該即時使用時間是指以該軸電流值或該振動量分別對軸電流基值或振動量基值之比值之任一與該預定週期之乘積之總和。
如申請專利範圍第1項所述之工具機刀具管理系統，其中該控制指令至少包括停止使用。
如申請專利範圍第1項所述之工具機刀具管理系統，其中更包括網路介面，以自外部接收該類別參數、對外部發送該即時歷程資訊與該結果。
一種工具機刀具管理系統，適用於至少一刀具，包括：網路介面，接收並根據該刀具之刀具編碼，以讀取該刀具之類別參數，及以預定週期接收該刀具之即時歷程資訊；儲存單元，記錄該刀具編碼、該類別參數與該即時歷程資訊；處理單元，根據該類別參數與該即時歷程資訊，執行一權重演算以取得一結果；以及控制單元，根據該結果，經該網路介面發送控制指令。
如申請專利範圍第9項所述之工具機刀具管理系統，其中該即時歷程資訊至少包括軸電流值與預定部位之振動量。
如申請專利範圍第9項所述之工具機刀具管理系統，其中該類別參數至少包括刀具壽命類別與刀具使用基值類別。
如申請專利範圍第9項所述之工具機刀具管理系統，其中該結果至少包括該刀具之剩餘壽命時間(Tr)。
如申請專利範圍第9項所述之工具機刀具管理系統，其中該權重演算是以該刀具之總壽命時間(T)減去已累計使用時間(Ta)與即時使用時間(Trt)。
如申請專利範圍第13項所述之工具機刀具管理系統，其中該即時使用時間是指以該軸電流值或該振動量分別對軸電流基值或振動量基值之比值之任一與該預定週期之乘積之總和。
如申請專利範圍第9項所述之工具機刀具管理系統，其中該控制指令至少包括停止使用。
一種工具機刀具管理方法，適用於至少一刀具，步驟包括：根據該刀具之刀具編碼，讀取該刀具之類別參數；以預定週期接收該刀具之即時歷程資訊；根據該類別參數與該即時歷程資訊，執行一權重演算以取得一結果；判斷該結果是否符合一條件，若是則發送控制命令，若否則繼續該接收步驟。
如申請專利範圍第16項所述之工具機刀具管理方法，其中該即時歷程資訊至少包括軸電流值與預定部位之振動量。
如申請專利範圍第16項所述之工具機刀具管理方法，其中該類別參數至少包括刀具壽命類別與刀具使用基值類別。
如申請專利範圍第16項所述之工具機刀具管理方法，其中該結果至少包括該刀具之剩餘壽命時間(Tr)。
如申請專利範圍第16項所述之工具機刀具管理方法，其中該權重演算是以該刀具之總壽命時間(T)減去已累計使用時間(Ta)與即時使用時間(Trt)。
如申請專利範圍第20項所述之工具機刀具管理方法，其中該即時使用時間是指以該軸電流值或該振動量分別對軸電流基值或振動量基值之比值之任一與該預定週期之乘積之總和。
如申請專利範圍第16項所述之工具機刀具管理方法，其中該控制指令至少包括停止使用。