一 引言
    隨著加工中心機(jī)床在機(jī)械制造業(yè)的廣泛應(yīng)用,國(guó)內(nèi)很多廠家的同類設(shè)備是引進(jìn)國(guó)外的或仿制國(guó)外的產(chǎn)品,所使用的模塊組合刀具主要有SANDVIK、SECO、KOMET等系列產(chǎn)品,其帶來(lái)的問(wèn)題是: ①使用的刀具主要來(lái)源于單一的刀具制造商,品種單一,生產(chǎn)廠家僅僅能實(shí)現(xiàn)自己配刀,而無(wú)有效的刀具使用管理系統(tǒng); ②為了提高加工能力,當(dāng)許多企業(yè)選用了多家刀具制造商的產(chǎn)品時(shí),卻給工程技術(shù)人員的畫(huà)圖、操作者的刀具裝配帶來(lái)了困難; ③裝配時(shí),刀具元件的庫(kù)存量直接影響著刀具是否能夠裝配成功;④由于沒(méi)有有效的刀具信息管理系統(tǒng),無(wú)法監(jiān)視刀具庫(kù)存量和刀具資源的合理利用;無(wú)法有效地將國(guó)、內(nèi)外不同刀具制造商的產(chǎn)品資源加以綜合利用,以降低機(jī)械加工的成本;無(wú)法有效地監(jiān)測(cè)刀具的使用情況等。
 
     可以看出,在加工中心機(jī)床中,刀具的自動(dòng)裝配和刀具庫(kù)存量的管理尤為重要,是關(guān)系到加工產(chǎn)品的技術(shù)先進(jìn)性、質(zhì)量可靠性、供貨周期、制造成本的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。尤其在當(dāng)前竟?fàn)幖ち业氖袌?chǎng)經(jīng)濟(jì)中,過(guò)去那種落后的人工配刀和傳統(tǒng)的刀具管理方式,已不能滿足產(chǎn)品設(shè)計(jì)與生產(chǎn)的要求。技術(shù)發(fā)達(dá)國(guó)家早已開(kāi)始在加工中心、數(shù)控機(jī)床的刀具設(shè)計(jì)與生產(chǎn)應(yīng)用中,采用CAD 技術(shù)與數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)相結(jié)合,實(shí)現(xiàn)刀具的虛擬裝配、庫(kù)存資源管理及其使用的監(jiān)控,并正向智能制造系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)化的虛擬制造系統(tǒng)的方向發(fā)展。在我國(guó)目前應(yīng)用加工中心、數(shù)控機(jī)床從事機(jī)械加工業(yè)的企業(yè)數(shù)萬(wàn)家,如:機(jī)械制造企業(yè)、模具制造企業(yè)、內(nèi)燃機(jī)、重型機(jī)械、發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)企業(yè)等。采用計(jì)算機(jī)信息技術(shù)與傳統(tǒng)的專業(yè)技術(shù)相結(jié)合,用現(xiàn)代設(shè)計(jì)手段來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)設(shè)計(jì)方法,以縮短設(shè)計(jì)周期、提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)質(zhì)量,可為企業(yè)帶來(lái)顯著的經(jīng)濟(jì)效益、提高企業(yè)形象和在行業(yè)中的競(jìng)爭(zhēng)力,因此充分利用計(jì)算機(jī)信息化技術(shù),根據(jù)開(kāi)發(fā)商提供的各類刀具數(shù)據(jù),建立數(shù)控型加工中心的刀具信息集成技術(shù)系統(tǒng)(數(shù)據(jù)庫(kù)) ,利用表結(jié)構(gòu)、數(shù)結(jié)構(gòu)和圖結(jié)構(gòu),可實(shí)現(xiàn)刀具數(shù)據(jù)庫(kù)的管理、查詢、裝配、輸出、使用監(jiān)測(cè)等功能,以減少工程技術(shù)人員的繪圖、查閱資料和計(jì)算時(shí)間,充分利用企業(yè)現(xiàn)有的刀具資源,縮短被加工產(chǎn)品的刀具準(zhǔn)備時(shí)間,可以大大提高刀具管理的自動(dòng)化水平和對(duì)有限刀具資源的有效利用。

圖1 刀具系統(tǒng)的構(gòu)成

二 加工中心刀具信息集成技術(shù)構(gòu)成

    本文以加工中心機(jī)床、數(shù)控機(jī)床為例,討論其刀具信息管理系統(tǒng)技術(shù)實(shí)施方法。技術(shù)研究工作的軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境為: Visual C ++ 6.0、AutoCAD2000、Access2000 等,利用數(shù)據(jù)庫(kù)ADO 技術(shù),編寫自主版權(quán)的加工中心(數(shù)控機(jī)床) 刀具集成系統(tǒng)的技術(shù)應(yīng)用軟件。

     刀具系統(tǒng)構(gòu)成如圖1 所示,該系統(tǒng)的基本技術(shù)框架如圖2 所示,由以下幾個(gè)主要模塊組成:

     1.軟件用途

     本軟件是用在加工中心機(jī)床、數(shù)控機(jī)床上的,用SANDVIK和KOMET的模塊式和固定式中的一般孔加工系統(tǒng)和面加工系統(tǒng)的刀具CAD 和刀具管理系統(tǒng)。

     2.軟件數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)容

     SANDVIK孔加工的鉆、擴(kuò)、鏜、銑等工具,相應(yīng)的各類刀片、夾頭、Coromant 的模塊式和整體式刀柄系統(tǒng)和Varilock 的模塊式和整體式刀柄系統(tǒng)的全部元件及組件。KOMET 孔加工的鉆、擴(kuò)、鏜、銑等工具,相應(yīng)的各類刀片、夾頭、KOMET 的模塊式和整體式刀柄系統(tǒng)的全部元件及組件。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中鉆、擴(kuò)、鏜、銑等的一般加工工具。在各種加工材料的條件下,各類刀具(刀片) 的推薦切削用量。

圖2 加工中心刀具信息集成管理系統(tǒng)組成框架

     3.建立刀具數(shù)據(jù)庫(kù)管理模塊

     該模塊可實(shí)現(xiàn)對(duì)刀柄數(shù)據(jù)庫(kù)、刀桿數(shù)據(jù)庫(kù)、拉釘數(shù)據(jù)庫(kù)、刀片數(shù)據(jù)庫(kù)、刀具配套關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)的增加、刪減、修改,實(shí)現(xiàn)刀具的日常管理。

     4.建立刀具基本元件數(shù)據(jù)庫(kù)

     該模塊包括刀柄數(shù)據(jù)庫(kù)、刀桿數(shù)據(jù)庫(kù)、拉釘數(shù)據(jù)庫(kù)及刀片數(shù)據(jù)庫(kù)。

     5.建立刀具元件配套關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)

     該模塊包括刀柄、刀桿、刀片、拉釘配套關(guān)系,系統(tǒng)根據(jù)設(shè)計(jì)人員輸入信息,輸出相應(yīng)的刀具配套關(guān)系,供設(shè)計(jì)人員選擇。

     6.常用刀具系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)管理

     該模塊包括已選過(guò)的刀具系統(tǒng),設(shè)計(jì)人員可以根據(jù)需要瀏覽、增加、修改、刪除該數(shù)據(jù)庫(kù),利用現(xiàn)有資源選擇刀具系統(tǒng)。

     7.刀具設(shè)計(jì)系統(tǒng)

     刀具設(shè)計(jì)師提供的機(jī)床型號(hào)、被加工零件的材料、加工的內(nèi)容及切削刀具的總長(zhǎng)和切削深度,本系統(tǒng)提供相應(yīng)各類刀具、刀片及推薦的切削用量,人機(jī)交互地選擇刀具、刀片的切削用量。軟件根據(jù)設(shè)計(jì)師提供的機(jī)床型號(hào)、刀具(包括刀片) 及刀具的系統(tǒng)(是SANDVIK還是KOMET) 能自動(dòng)地提供幾種刀具組合的可能性(整體式及幾種模塊式) ,并提示庫(kù)存情況,由設(shè)計(jì)師根據(jù)庫(kù)存情況及結(jié)構(gòu)的優(yōu)化情況確定刀具的組合型式。軟件按設(shè)計(jì)師確定的刀具組合型式,繪制出加工中心刀具說(shuō)明卡,即加工中心刀具總圖。刀具總圖應(yīng)包括:標(biāo)注主要尺寸的刀具結(jié)構(gòu)圖、件號(hào)及相應(yīng)元件的明細(xì)表和切削用量。

8.系統(tǒng)查詢功能

     以刀具編碼及工藝特征作為檢索條件,可檢索到元件的信息(元件的定貨號(hào)、名稱、結(jié)構(gòu)尺寸、庫(kù)存量、使用壽命等) 。

     9.刀具的虛擬裝配

     完成給定工藝條件下的模塊式組合刀具的虛擬裝配過(guò)程,在設(shè)計(jì)階段完成對(duì)刀具的試裝配。

     10.刀具使用預(yù)警

     可以通過(guò)對(duì)刀具實(shí)際使用時(shí)間、加工參數(shù)的統(tǒng)計(jì)分析,監(jiān)測(cè)所使用刀具的耐用度。該軟件系統(tǒng)的技術(shù)關(guān)鍵是建立和完善加工中心機(jī)床、數(shù)控機(jī)床的刀具“圖形系統(tǒng)”、“數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)”、“裝配方案系統(tǒng)”、“刀具管理系統(tǒng)”四大組成部分,以實(shí)現(xiàn)其刀具資源的合理使用。

圖4 刀具數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)導(dǎo)航界面 

三 數(shù)控型加工中心刀具信息集成系統(tǒng)的運(yùn)行實(shí)例

    本文所提出的數(shù)控型加工中心刀具信息集成管理系統(tǒng)的主要功能如圖3 和圖4 所示,其配刀結(jié)果如圖5 所示。該系統(tǒng)集成了刀具庫(kù)管理、工藝文件設(shè)計(jì)、工藝文件自動(dòng)繪圖、刀具數(shù)據(jù)庫(kù)管理和查詢、系統(tǒng)功能擴(kuò)展接口等子系統(tǒng),各個(gè)子系統(tǒng)面向統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫(kù),各運(yùn)行的結(jié)果將是其他子系統(tǒng)的輸入條件或參考信息。其運(yùn)行的基本操作包括數(shù)據(jù)庫(kù)的初始化、刀具庫(kù)存情況的清點(diǎn)、刀具工藝文件的設(shè)計(jì)與輸出、刀具的領(lǐng)用等,可以實(shí)現(xiàn)多刀具系統(tǒng)中不同廠商刀具組件之間的選用裝配,對(duì)企業(yè)優(yōu)化選用刀具資源提供實(shí)用可行的技術(shù)方案。

四 結(jié)語(yǔ)

    數(shù)控型加工中心機(jī)床刀具信息集成技術(shù)系統(tǒng)軟件,是當(dāng)前制造業(yè)信息化建設(shè)的重要項(xiàng)目之一,不僅能為智能制造技術(shù)系統(tǒng)和PDM/ ERP 系統(tǒng)提供有效的技術(shù)支持,而且可為機(jī)械制造業(yè)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)化的虛擬制造技術(shù)研究與開(kāi)發(fā)奠定技術(shù)基礎(chǔ)。本文研究工作的技術(shù)成果,可增加國(guó)內(nèi)機(jī)械加工業(yè)的軟件產(chǎn)品技術(shù)儲(chǔ)備,以發(fā)揮電子信息技術(shù)在改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)中的威力,提高產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與制造水平,增強(qiáng)我國(guó)企業(yè)的創(chuàng)新能力和產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)能力。