一 引言
    隨著加工中心機床在機械制造業(yè)的廣泛應用,國內很多廠家的同類設備是引進國外的或仿制國外的產品,所使用的模塊組合刀具主要有SANDVIK、SECO、KOMET等系列產品,其帶來的問題是: ①使用的刀具主要來源于單一的刀具制造商,品種單一,生產廠家僅僅能實現自己配刀,而無有效的刀具使用管理系統(tǒng); ②為了提高加工能力,當許多企業(yè)選用了多家刀具制造商的產品時,卻給工程技術人員的畫圖、操作者的刀具裝配帶來了困難; ③裝配時,刀具元件的庫存量直接影響著刀具是否能夠裝配成功;④由于沒有有效的刀具信息管理系統(tǒng),無法監(jiān)視刀具庫存量和刀具資源的合理利用;無法有效地將國、內外不同刀具制造商的產品資源加以綜合利用,以降低機械加工的成本;無法有效地監(jiān)測刀具的使用情況等。
 
     可以看出,在加工中心機床中,刀具的自動裝配和刀具庫存量的管理尤為重要,是關系到加工產品的技術先進性、質量可靠性、供貨周期、制造成本的關鍵環(huán)節(jié)。尤其在當前竟爭激烈的市場經濟中,過去那種落后的人工配刀和傳統(tǒng)的刀具管理方式,已不能滿足產品設計與生產的要求。技術發(fā)達國家早已開始在加工中心、數控機床的刀具設計與生產應用中,采用CAD 技術與數據庫技術相結合,實現刀具的虛擬裝配、庫存資源管理及其使用的監(jiān)控,并正向智能制造系統(tǒng)、網絡化的虛擬制造系統(tǒng)的方向發(fā)展。在我國目前應用加工中心、數控機床從事機械加工業(yè)的企業(yè)數萬家,如:機械制造企業(yè)、模具制造企業(yè)、內燃機、重型機械、發(fā)動機生產企業(yè)等。采用計算機信息技術與傳統(tǒng)的專業(yè)技術相結合,用現代設計手段來代替?zhèn)鹘y(tǒng)設計方法,以縮短設計周期、提高產品設計質量,可為企業(yè)帶來顯著的經濟效益、提高企業(yè)形象和在行業(yè)中的競爭力,因此充分利用計算機信息化技術,根據開發(fā)商提供的各類刀具數據,建立數控型加工中心的刀具信息集成技術系統(tǒng)(數據庫) ,利用表結構、數結構和圖結構,可實現刀具數據庫的管理、查詢、裝配、輸出、使用監(jiān)測等功能,以減少工程技術人員的繪圖、查閱資料和計算時間,充分利用企業(yè)現有的刀具資源,縮短被加工產品的刀具準備時間,可以大大提高刀具管理的自動化水平和對有限刀具資源的有效利用。

圖1 刀具系統(tǒng)的構成

二 加工中心刀具信息集成技術構成

    本文以加工中心機床、數控機床為例,討論其刀具信息管理系統(tǒng)技術實施方法。技術研究工作的軟件開發(fā)環(huán)境為: Visual C ++ 6.0、AutoCAD2000、Access2000 等,利用數據庫ADO 技術,編寫自主版權的加工中心(數控機床) 刀具集成系統(tǒng)的技術應用軟件。

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

     1.軟件用途

     本軟件是用在加工中心機床、數控機床上的,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.軟件數據庫內容

     SANDVIK孔加工的鉆、擴、鏜、銑等工具,相應的各類刀片、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、鏜、銑等工具,相應的各類刀片、夾頭、KOMET 的模塊式和整體式刀柄系統(tǒng)的全部元件及組件。國家標準中鉆、擴、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.建立刀具數據庫管理模塊

     該模塊可實現對刀柄數據庫、刀桿數據庫、拉釘數據庫、刀片數據庫、刀具配套關系數據庫的增加、刪減、修改,實現刀具的日常管理。

     4.建立刀具基本元件數據庫

     該模塊包括刀柄數據庫、刀桿數據庫、拉釘數據庫及刀片數據庫。

     5.建立刀具元件配套關系數據庫

     該模塊包括刀柄、刀桿、刀片、拉釘配套關系,系統(tǒng)根據設計人員輸入信息,輸出相應的刀具配套關系,供設計人員選擇。

     6.常用刀具系統(tǒng)數據庫管理

     該模塊包括已選過的刀具系統(tǒng),設計人員可以根據需要瀏覽、增加、修改、刪除該數據庫,利用現有資源選擇刀具系統(tǒng)。

     7.刀具設計系統(tǒng)

     刀具設計師提供的機床型號、被加工零件的材料、加工的內容及切削刀具的總長和切削深度,本系統(tǒng)提供相應各類刀具、刀片及推薦的切削用量,人機交互地選擇刀具、刀片的切削用量。軟件根據設計師提供的機床型號、刀具(包括刀片) 及刀具的系統(tǒng)(是SANDVIK還是KOMET) 能自動地提供幾種刀具組合的可能性(整體式及幾種模塊式) ,并提示庫存情況,由設計師根據庫存情況及結構的優(yōu)化情況確定刀具的組合型式。軟件按設計師確定的刀具組合型式,繪制出加工中心刀具說明卡,即加工中心刀具總圖。刀具總圖應包括:標注主要尺寸的刀具結構圖、件號及相應元件的明細表和切削用量。

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、名稱、結構尺寸、庫存量、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程,在設計階段完成對刀具的試裝配。

     10.刀具使用預警

     可以通過對刀具實際使用時間、加工參數的統(tǒng)計分析,監(jiān)測所使用刀具的耐用度。該軟件系統(tǒng)的技術關鍵是建立和完善加工中心機床、數控機床的刀具“圖形系統(tǒng)”、“數據庫系統(tǒng)”、“裝配方案系統(tǒng)”、“刀具管理系統(tǒng)”四大組成部分,以實現其刀具資源的合理使用。

圖4 刀具數據庫系統(tǒng)導航界面 

三 數控型加工中心刀具信息集成系統(tǒng)的運行實例

    本文所提出的數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,其配刀結果如圖5 所示。該系統(tǒng)集成了刀具庫管理、工藝文件設計、工藝文件自動繪圖、刀具數據庫管理和查詢、系統(tǒng)功能擴展接口等子系統(tǒng),各個子系統(tǒng)面向統(tǒng)一的數據庫,各運行的結果將是其他子系統(tǒng)的輸入條件或參考信息。其運行的基本操作包括數據庫的初始化、刀具庫存情況的清點、刀具工藝文件的設計與輸出、刀具的領用等,可以實現多刀具系統(tǒng)中不同廠商刀具組件之間的選用裝配,對企業(yè)優(yōu)化選用刀具資源提供實用可行的技術方案。

四 結語

    數控型加工中心機床刀具信息集成技術系統(tǒng)軟件,是當前制造業(yè)信息化建設的重要項目之一,不僅能為智能制造技術系統(tǒng)和PDM/ ERP 系統(tǒng)提供有效的技術支持,而且可為機械制造業(yè)進行網絡化的虛擬制造技術研究與開發(fā)奠定技術基礎。本文研究工作的技術成果,可增加國內機械加工業(yè)的軟件產品技術儲備,以發(fā)揮電子信息技術在改造傳統(tǒng)產業(yè)中的威力,提高產品的設計與制造水平,增強我國企業(yè)的創(chuàng)新能力和產品的競爭能力。