高效的刀具管理软件解决方案.docx

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高效的刀具管理软件解决方案

高效的刀具管理软件解决方案ToolExpert

　　现代的制造车间以数控机床为主，配置各种CAD/CAM、PDM和ERP系统，由于各系统之间相互独立，导致数据无法交换，形成信息孤岛，数据需要重复输入现象严重，信息沟通多通过纸质文件进行，效率低下，而且制造文件的版本控制难以实现。

据统计，制造车间NC机床的利用率只有30%。

如果能通过一个数据平台，把制造相关的各种信息统一起来，数据能够无缝地进行交换，数控设备的利用率可以提高到70%～80%。

　　一、概述

　　现代的制造车间以数控机床为主，配置各种CAD/CAM、PDM和ERP系统，由于各系统之间相互独立，导致数据无法交换，形成信息孤岛，数据需要重复输入现象严重，信息沟通多通过纸质文件进行，效率低下，而且制造文件的版本控制难以实现。

据统计，制造车间NC机床的利用率只有30%。

如果能通过一个数据平台，把制造相关的各种信息统一起来，数据能够无缝地进行交换，数控设备的利用率可以提高到70%～80%。

　　针对以上问题，由Spring公司开发的数控刀具管理系统ToolExpert拥有一套成熟的解决方案。

例如，用户企业可能拥有至少5台数控加工中心，在机械加工过程中存在下列问题：

车间操作员将20%时间花在了切削刀具上;16%的生产计划因为缺少合适的刀具而停止;40%~80%的管理时间浪费在无效的刀具搜索;30%~60%的刀具库存没有被有效地管理等。

而在生产车间，一切环节都围绕着机械加工流程展开，如何实现与机械加工各环节的信息化自动管理，成为缩短加工工时与提高生产能力的关键。

ToolExpert作为一个数据平台，集成车间现有系统，从工艺编程开始，涉及了整个生产流程，包括计划排产、刀具库房管理、对刀仪数据接口、机床程序传输与监控、机床卸载刀具、刀具报废或修磨处理、刀具消耗统计以及刀具采购与订单接收管理。

该系统采用C/S结构，客户端只需一次安装，后期的更新与维护在server端完成，维护简单方便。

在sever安装有核心数据库，用于管理生产相关数据。

　　在数控车间内，通过基础核心数据库，对刀具相关部件、量具、夹具和程序等信息进行管理，集成CAD/CAM、PDM和ERP等系统，数据通过ToolExpert平台进行无缝传输，共享信息，提高及时性，避免了重复数据输入。

ToolExpert负责管理以刀具为核心的整个生产过程，包括工艺编程、刀具查找、库房管理（刀具、夹具和量具）、理论装配与物理装配、计划排产、车间备刀、上传/卸载程序、刀具消耗分类统计、刀具使用预测以及采购申请与接收订单。

ToolExpert的设计理念是帮助用户实现生产工艺和生产线的全面自动化管理。

优化工艺，监控和管理数字化车间的所有活动，基本功能模块包括：

工艺;车间准备;CNC机床准备;库存管理/分析。

ToolExpert负责管理所有与刀具相关的工作流程，ToolExpert的功能模块如图1所示。

　　二、工艺部门——标准化的刀具查询功能

　　为减少产品生产过程的等待时间，ToolExpert能够分析和识别刀具需求。

为满足工艺需要，ToolExpert将车间积累的经验知识转化为核心数据库。

ToolExpert能够帮助用户在没有足够工艺经验的情况下做出合理的决策，可以提供给用户直观的、多搜索模块的查询功能，如图2所示。

　　ToolExpert的搜索模块包括：

几何特征、切削条件、加工类型、材料（刀具材料、工件材料）以及刀柄类型等。

　　1.工具管理（刀具相关部件、量具和夹具）

　　ToolExpert可定制模块允许用户根据本公司自己的编码规则，来定制软件内部刀具分类及描述参数，从而能够根

据用户需求来定制分类与参数，并创建刀具数据库，如图3所示。

采购申请、订单接收以及采购明细可以通过下列软件实现：

ToolExpert，或者使用用户公司的ERP系统，如图4所示。

　　除此以外，ToolExpert还能够管理每个工作现场的库房，如图5所示。

　　2.多标准搜索库

　　通过检索切削刀具尺寸特征、切削材料特征，ToolExpert能够为用户提供满足加工要求的合适刀具，能够为用户提供满足加工要求的切削参数，并能够实时监控所有刀具的进/出库状态。

对于每一把刀具，用户通过ToolExpert都能够方便查看与之相关的ISO程序、相关物理装配以及物理装配在车间中的位置。

　　图5

　　3.ToolExpert理论装配

　　在进行CAM编程时，编程工程师选择理论刀具装配，编制不同部位的粗/精加工刀路时，都需要回答一系列问题，如刀具切削深度、装配总长等。

ToolExpert能够让用户的团队使用统一的模型标准，3D模型能够导出CAD/CAM软件直接读取的文件格式，如图6所示。

　　图6

　　针对每一把理论刀具装配，ToolExpert能够显示与之对应的ISO程序名称、相对应物理装配在车间中存放位置以及此装配的零部件列表等。

使用ToolExpert，工艺部门能够应用切削条件管理模块来积累加工经验知识。

　　4.ToolExpert物理装配

　　CAM工程师创建完理论装配后，现场刀具员开始准备实际的刀具物理装配。

从ToolExpert的角度看，刀具员开始组装刀具意味着物理装配生成。

每一次机床操作工提出装配申请时，ToolExpert首先查找此物理装配是否存在，及其具体存放位置。

　　使用ToolExpert，通过简单的界面（通过颜色来标识不同物理装配的状态），用户就能够查看各个物理装配的各种信息。

此模块能够统计每周、每月的刀具消耗情况，同时能够列出使用过与此物理装配的数控程序，如图7所示。

　　图7

　　ToolExpert具有很强的适应性，可以帮助不同的用户使用不同方式来进行识别，下面是一些常用的方法。

（1）使用条形码系统，直接使用ToolExpert的装配编码系统是一条途径，但是条形码系统会有一个问题：

使用过后的刀具装配，ToolExpert系统很难识别条形码，特别是在特殊的加工环境下（如水切割）。

（2）临时ID标签。

此方法被广泛使用，因为ToolExpert　允许用户随意指定刀具的ID号。

　　（3）在刀柄处添加电子传感器（如balluff芯片）。

这是最安全的解决方案，并且传感器能够与ToolExpert相通。

使用这种方式，用户不必在装配上写任何标记，就可以很方便地知道每把物理装配在车间的位置及其他信息。

　　（4）在刀具/装配上使用永久性ID号刻记。

　　（5）什么都不用，完全依赖ToolExpert。

举例来说，使用此物理的存放位置的架位代码来标记此物理装配代码，如果操作工完全遵守ToolExpert的使用规范，这是一套很安全的方式来跟踪所有物理装配，此方法被少数用户所使用。

　　ToolExpert不仅是一个刀具管理的数据库，其还提供了给操作工方法和准则，因此根据我们的经验，在数控程序的准备过程中，错误率会大大降低。

　　5.CAM接口

　　ToolExpert的理论装配，能够直接应用于其他CAD/CAM软件，如图8所示。

　　CAM工程师使用导出的刀具进行刀路编制，或者在ToolExpert中生成新的刀具装配，整个工厂使用唯一的刀具数据库。

　　6.其他文件

　　ToolExpert能够管理任何格式的文件，如2D草图、图片、pdf文件以及供应商文件等。

　　三、车间准备——定位和需求管理

　　1.计划准备

为了提出最优化的刀具需求，ToolExpert管理所有与生产订单相关联的生产计划。

使用估算/实际消耗，ToolExpert能够估算出统一批次或系列的生产订单的刀具消耗，如图9所示。

　　2.CAM准备

ToolExpert能够根据ISO代码自动识别出刀具理论装配列表，并能导出仿真软件刀具列表库文件，如图10所示。

　　图10

　　3.准备，开始生产

与CAM准备类似，ToolExpert能够识别ISO代码中的刀具理论装配，然后自动生成刀具装配清单，以便开始产品生产，如图11所示。

　　图11

　　ToolExpert准备模块能够实时查看现场内有哪些装配好的刀具，及其状态（在机床上、在附件架上、不可用或者已经被另外一台机床适用等）。

　　使用简单的颜色代码来标记状态，因此操作工在任何时候都知道有多少物理装配在现场，及其所在现场的位置。

同时，操作工还能够以机床为单位查看在本机床的所有物理装配信息，也可以查看“准备于工作台”上的所有物理装配信息。

　　在程序确认之前，加工清单将自动打印（清单的格式可以根据客户要求定制）。

　　4.创建刀具物理装配

　　使用ToolExpert后，刀具装配工只需关注新刀的物理装配。

由于使用ToolExpert刀具自动装配模块，刀具库存数量自动更改，新的物理装配将被自动分配一个存放位置，实时监控生产车间内刀架刀具存放情况。

当前准备好的刀具列表可以打印出来，如图12所示。

　　5.刀具测量/刀具预调

ToolExpert在加工之前，负责管理刀具装配的测量，如图13所示。

ToolExpert与刀具预调设备相连接，可以自动将要测量的刀具发送到刀具预调仪上。

在刀具测量完成之后，数控加工程序的状态将变为待加工程序。

　　四、CNC机床准备——上传和卸载

　　1.上传程序

操作者使用一个直观的、客户化的操作界面，ToolExpert显示与本台机床相关的待加工程序，以及已经在机床中的数控程序。

使用简单的鼠标拖拽，操作者就可以将数控程序上传至机床，如图14所示。

　　另外，操作者还可以实时查看机床刀库有哪些刀，以及与这些物理装配相关联的数控程序，如图15所示。

生成刀具补偿值列表，如图16所示。

　　2.ISO重写

为减少手工更改代码带来的错误、减少重复调整刀具安装刀库的时间，ToolExpert调整刀具刀库位置，并且重写ISO代码。

ISO代码通过DNC来自动传输至机床，如图17所示。

　　然后，可以通过ToolExpert对比模块查看ToolExpert更改程序前后的差异。

　　刀具补偿代码将填写至ISO代码之前，调整之后的刀具代号将填写在刀具补偿代码之后。

　　3.机床程序卸载

程序加工完成之后，操作员通过简单的拖拽进行数控程序的卸载，如果操作员确认某些刀具不再保留于机床上，进行刀具卸载操作后，自动生成刀具卸载列表，如图18所示。

　　五、程序管理——消耗管理

　　ToolExpert保存于刀具消耗相关的信息，按照加工工件的数量统计或按照加工使用寿命统计。

ToolExpert可以管理每个加工程序的状态。

　　六、ToolExpert接口

　　ToolExpert提供与主流CAM软件的接口。

这些接口目前均可用，可以避免在CAM编程时重复刀具造型的时间浪费：

导出ToolExpert刀具库，将刀具3D模型导入到CAM系统中;直接从CAM软件环境中启动接口，从ToolExpert刀具库中搜索满足加工要求的刀具。

　　ToolExpert可以与用户的ERP系统以及市场上的主流产品计划软件相连接。

　　ToolExpert可以与刀具自动存储系统相连接（如MEGAMAT、ELECTROCLASS、KARDEX、VISTAMAG以及HÄNEL等）。

　　ToolExpert可以与刀具预调仪相连接（如ZOLLER、KELCH），自动传输需要测量的刀具列表。

　　ToolExpert可以将测量结果写入到数控程序当中，然后，这些程序将准备通过DNC传输之机床，ToolExpert将记录测量的记录历史信息。

　　七、ToolSIMUL——充分利用切削条件数据

　　1.切削条件

　　ToolExpert集成了切削参数计算模块（ToolSIMUL），可以通过给定的条件自动计算满足要求的合理的切削参数。

ToolExpert的ToolSIMUL模块考虑加工类型因素和机床类型及其主轴功率等因素，自动绘制合理的参数区间。

　　2.将切削条件保存至数据库

ToolExpert通过以下方式来充分利用切削条件数据：

　　通过ToolSIMUL自动计算出合理的刀具切削条件区间;在机床实际加工过程中得到的经验数据。

　　八、统计分析——库存分析

　　ToolExpert分析所有刀具的消耗情况和刀具的流转情况，以及一段时间内每把刀具的装配总数、准备数量、每台机床上传/卸载刀具数量和某段时间内使用最多的刀具装配等，而这些信息是刀具采购的依据，如图19所示。