高效的刀具管理软件解决方案ToolExpert

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，ToolE xpert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ToolEx pert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，Tool Expert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。