1 國內外數控工具磨削軟件的發展現狀

　　國外CNC工具磨床配置的刀具磨削加工軟件可分為兩類：一類是由專業的刀具磨削軟件公司開發的軟件，如DECKEL公司為其采用PMAC型數控系統的工具磨床配置了瑞士MTS公司開發的tool—kit PRO—FESSIONAL，又如Ewag、Star、Saacke等公司為其制造的工具磨床配置了瑞士NUM公司開發的刀具磨削軟件NUMROTOplus；另一類是由工具磨床制造商自主開發的軟件，如ANCA公司的ToolRoom，WALTER公司的以“所見即所得”為宗旨開發的Helitronic ToolStudio，CUOGHI公司為OCTOPUS 100型數控工具磨床開發的OCTOSOFT等，這類磨削加工軟件中不但包含了工具磨床制造商(國外知名的工具制造商通常也是知名的刀具制造商)的刀具磨削、機床制造知識，更融入了其長期積累的刀具生產實踐經驗。雖然各公司推出的刀具磨削加工軟件在功能、智能化、可視化等方面存在差異，但都包含具有仿真加工功能的模塊，以便于實現刀具的設計和制造。

　　我國21世紀初期開發的數控工具磨床，大多采用的是主機自行制造、數控系統靠引進的方式研制，這種數控工具磨床產品不但成本很高，而且由于通用的CNC系統沒有集成刀具磨削加工技術和編程軟件，難以實現刀具(特別是復雜刀具)的磨削加工。

　　目前，我國各數控工具磨床生產廠家也積極與各科研院所合作，開發具有自我知識產權的數控磨削軟件。武漢機床廠MK6035—5數控萬能工具磨床選用國產華中數控系統，軟件基于Windows XP操作系統的操作界面，操作者利用圖形交互式刀具加工軟件，在提示下輸入刀具參數，即可生成定制程序完成加工，2D或3D磨削模擬軟件支持刀具截形模擬；上海黑格數控的HELIXCNC一5A五軸聯動數控工具磨床采用華中HNC一22MD數控系統，五軸聯動，配置自行開發設計的具有自主知識產權的刀具磨削軟件；大連科德數控有限公司TG一45數控工具磨床采用大連光洋自主開發的GT00L刀具磨削軟件，實現六軸五聯動。從國內數控工具磨床磨削軟件的發展現狀不難看出國內工具磨床制造企業還缺乏市場需求的準確定位，盡管刀具本身看似簡單，但其結構數學模型卻很復雜，高精度、結構緊湊、操作方便、可視化效果好、生產、修磨一體化的高檔磨削軟件，在國內尚屬于起步階段。雖然，我們生產的五軸聯動數控工具磨床同國外公司的產品一樣，通過自己開發的軟件能夠加工設計要求的各種形狀的特型刀具和一般平面刀具，但是，對于例如圓錐球頭立銑刀等復雜形狀刀具的磨削加工只有德國WALTER、美國HUFMAN、瑞士的STRAUSAK這樣實力雄厚的公司才能精確地加工出來，因為加工這種刀具需要高精度多軸聯動的數控工具磨床以及高精度的加工數據計算。國內工具磨床企業要在這一領域有所突破，在引進國外先進技術，借鑒國外數控工具磨削軟件的研發經驗的同時，必須要投入大量的人力和物力從事這方面的研究。應依靠產學研合作攻關開發出能滿足刀具制造企業對數控工具磨削軟件追求的尖端產品。

2 典型數控工具磨削軟件分析

　　2.1 德國瓦爾特(WALTER)公司Helitronic Tool Studio刀具磨削軟件

　　WALTER公司以刀具市場的前景為開發點，歷年來陸續推出了適應市場需求的成型刀具軟件包，從復合銑刀、復合鉆頭到圓環面、球面一銑刀、燕尾槽銑刀、梯型槽銑刀直到圣誕樹銑刀，其軟件的通用性和靈活性越來越被市場所認可和接受，所加工的刀具也被廣泛地使用在飛機制造、冶金行業、模具加工和汽輪機行業。在2011年CIMT展出0。的刀具磨床所采用的軟件(如圖1所示)是基于Windows XP操作界面，利用自適應技術根據實際磨削量動態調整所需的進給速度實現等扭力控制，不僅節省加工時間，也有利于砂輪使用壽命。機床具有自動定位測量系統探針，能快速獲取刀具參數，確保高效率生產。軟件涵蓋了目前市場上所有類型刀具的生產和修磨，可實現裝載機自動上下料。

圖1德國WALTER公司開發的刀具厝削軟件

　　2.2 德國德克(MICHAEL DECKEL)公司$22P型工具磨削中心的磨削軟件

　　德克精密機械制造公司(MICHAEL DECKEL)是一家有50多年歷史的專業工具磨床制造廠，在世界精密工具磨床技術領域一直占據領先地位，誕生了多項歷史性重大發明，為世界工具磨床的發展做出了極其重要的貢獻。

　DECKEL公司的$22P軟件件‘如圖2所示’平臺基l lil lll：l!lllWindowsXP Professional 于操作系統，具有機床自診斷功能，還可以通過Internet 網絡可接人DECKEL的全球遠程服務系統(Deckel-Teleservice System)，實現遠程診斷、升級以及維修服務。S22P的圖形交互式刀具加工軟件覆蓋了幾乎所有刀具種類，操作者在全程圖形幫助系統的幫助下，可以輕松完成刀具的編程、加工模擬及干涉檢查工作。

圖2 德國DECKEL公司開發的實現遠刀具磨削軟件

　　S22P磨削中心集成了機床內全自動修整砂輪和全自動測量砂輪的功能，為砂輪修整和砂輪測量分別開發有專門的軟件，獨立的圖形交互式操作界面，只需按下按鈕即可自動完成砂輪的修整或測量。S22P提供的這一實用性功能，使用戶不必再單獨購買砂輪修整和測量設備，同時有利于提高工作效率，為非專業化刀具企業解決相關技術難題。$22P的砂輪庫管理軟件具有大容量、智能化的特點，可以最多管理256個砂輪庫，甚至可以支持砂輪庫的虛擬化應用。

　　2.3 澳大利亞ANCA公司Toolroom iGrind刀具磨削軟件

　　Toolroom iGrind是ANCA公司推出一種生產型應用軟件。這種基于Windows平臺的軟件系統可以做到既適應操作者熟練程度又滿足使用需求。系統既能讓操作者進入預先設定的刀具幾何參數數據庫，也能讓操作者建立自己的數據庫；同時，在三維模型上還可即時實現任意參數的改變，通過簡單地拖放鼠標編輯命令，就能依次改變各種操作指令并執行。

　　ANCA的Toolroom 2012工具磨削軟件包是該軟件的最新版本，增添了很多新的應用功能，更加利于設計和生產過程。該軟件在以前版本基礎上，將3D刀具圖形模擬集成至iGrind編程軟件(如圖3所示)；新增了角度補償和修正功能，與Windows 7專業版32位和64位進行了兼容，又增加了工件在線激光檢測、砂輪自動標定、刀芯輪廓探測和補償(如圖4所示)、自動偵測球頭齒隙部可能出現的根切痕跡和適用于所有TX7盤式上料機上料編輯軟件。

圖3 3D刀具圖形模擬集成至iGrind編程軟件

　　2.4 瑞士NUM公司NUMROTO刀具磨削軟件

　　NUMROTO軟件的開發小組由專業技術人員組成，他們擁有CNC數控機床和刀具磨削的全方位技術知識：NUMROTO軟件整體解決方案除了NUM—ROTOplus(程序設計系統)以外，還包括所有能夠運用在刀具上的智能元素。利用二維(2D—Simulation)和三維模擬(3D—Simulation)功能，用于刀具、砂輪上的全方位精確的測量循環，以及加工過程中的砂輪調整、作業控制等，同時還提供按照要求設立了專業培訓和遠程診斷。

　　NUMROTOplus軟件基于Windows XP和Vista系統，也可以被集成到公司的網絡中?？梢院喴椎貙崿F中央儲存、零件程序的管理以及備份功能。此操作程序是為刀具磨削使用而設計的，并且具有鮮明的結構(如圖4所示)。即使對于復雜的形狀，此軟件也可以簡潔地進行編程，并可使用15種語言運行。刀具制造商使用NUM的Numroto磨削軟件提供的功能，可以自動創建標有尺寸的機床工程繪圖標注。Numroto Draw的功能通過在刀具長度的任何位置的橫截面上生成視角，可有效地對生產進行自動審核。繪圖直接通過三維模擬獲得圖像，從而使復雜的磨削細節通過圖形被清晰進行描述。

圖4螺旋槽前角自動補償

　　NUMROTOplus軟件與使用者共同合作，并為使用者工作。刀具生產企業可以利用NUMROTOplus軟件生產各種各樣的刀具，并進行重磨。同時還可以改變各個刀具的細節參數，以便適應各種特殊需求。在過去20年中，NUMROTOplus軟件已演變成為刀具磨削的一個標準解決方案，適用于30種不同的機器類型。許多刀具生產商和刀具修磨商基于軟件獨立編程的優越性，選擇安裝NUMROTOplus軟件。在生產中，刀具生產商大都采用NUMROTOplus軟件中“成型銑刀”來編程和磨削。該軟件的應用范圍涵蓋廣泛，應歸功于軟件卓越的靈活性與成熟性。在刀具研磨領域里擁有豐富經驗的NUMROTOplus軟件團隊，運用專業技術知識，以Windows應用軟件為基礎，開發創新，為NUMROTOplus軟件應用提供了保證。

　　2.5 瑞士MTS公司tool—kit PROFESSIONAL刀具磨削軟件

　　瑞士的MTS公司從事專業化的刀具數控磨削軟件研發和市場推廣，以專業化的“tool—kit PROFES—SIONAL”軟件產品聞名。MTS的含義是“數學技術軟件”，因為針對刀具的專業軟件需要建立復雜的數學模型，所以MTS的很多資深員工都是數學專家。作為一家來自瑞士的專業刀具解決方案提供商，MTS為制造復雜刀具CNC加工中心的制造企業提供配套的通用刀具軟件，同時也為世界領先的刀具企業提供服務，MTS已成為業內值得信賴的刀具、機床制造商，其產品在模塊化概念、集成干涉控制、可視化、在線幫助功能、可選的3D模擬等方面都極具優勢。“tool—kitPROFESSIONAL”軟件以清晰邏輯化的結構著稱，支持銑削、鉆孔和車刀的生產和重新刃磨，通過模塊化的設計可以定制不同應用以適應各種刀具幾何形狀；通過向導程序和工作區處理模式自動引導用戶完成操作過程。軟件界面分為機床管理、砂輪、刀具數據三個區域。支持圖形化的參數定義數據，并且任何時候都可以調用在線幫助獲取支持；在刀具和砂輪數據區域以及砂輪路徑計算過程均提供2D和3D的可視化，并且實現3D的機床模型和CNC仿真過程展示；軟件的數據系統具備工件、砂輪和相關數據的實時優化能力。根據用戶需求來組織數據庫結構，“topdown”的架構確保每一步輸人數據的數量自動最小化，完整的磨削過程包括所有的相關數據都記錄在數據庫中。操作者可以為經常使用的刀具系列在表格中創建預設值，通過點擊相關按鈕刀具可以自動創建并直接送向機床；軟件提供干涉控制，在機床指令生成的時候可以得出所有相關對象的干涉分析結果，圖形可視化工具詳細地記錄了可能的干涉位置使得操作者很容易分析和改正數據錯誤或者砂輪設置等；在刀具測試方面支持所有標準測試系統，并且對不同的刀具幾何外形有自己的測試準則，同樣也實施了可擴展的測量系統界面。

　　MTS tool—kit PROFESSIONAL能夠和所有已知CNC系統配套。同時，提供全系列參數化刀具模型， 固豢籌等使得刀具的設計與加工變得簡單易行，不再需要經過“設計-圖紙-試磨-修改參數圖紙_磨削”這樣一個往復的過程。tool—kit PROFESSIONAL從刀具設計開始，通過全參數化定義刀具三維模型，再通過五軸或六軸的磨削加工中心直接進行加工。此外，tool—kitPROFESSIONAL還有Cycle Calculation功能，可以計算出一批刀具的加工時間，還可以設計和加工各類非標的刀具。

　　2.6意大利庫菲(CUOGHI)公司的刀具磨削軟件

　　意大利庫菲(CUOGHI)公司歷史悠久，是歐洲知名的工具磨床和鉆頭刃磨設備制造商，其數控工具磨床OCTOPUSl00和MODENA200采用了全新的設計理念，使其制造成本大幅度降低，具有明顯的競爭優勢。但是，由于市場定位和價格的差別，這類設備和其他歐洲品牌的機床并不形成直接競爭，在功能上是其他機床的補充，目的是共同滿足刀具制造和刀具修磨客戶的需求。刀具修磨商并不要求機床實現無人操作，但希望一名操作者能夠看管多臺機床以控制成本。該公司的WU305萬能生產型工具磨床就能實現這一要求。該機床的刀具磨削軟件特點是：(1)其軟件和裝載系統允許在一次安裝下對不同型式、不同柄部尺寸的刀具實現自動重磨，包括圓柱形和錐形立銑刀、倒圓角和球頭立銑刀、階梯鉆，以及其他不同外徑、形狀和幾何參數的階梯形刀具；(2)采用該公司整合的SIGS磨削軟件，操作者首先輸人被磨削刀具的數量、尺寸和型式；其次，選取要執行的操作工序；然后，對裝在托盤上的刀具啟動自動磨削程序。

　　2.7 上海黑格工具磨床磨削軟件

　　2006年以來，華中數控與上海黑格數控科技公司合作生產的配備華中數控系統具有自主知識產權的五軸數控工具磨床，已經形成了批量生產和批量銷售。該系列機床成功地實現了對圓柱／圓錐立銑刀、球頭銑刀等刀具的刀面修磨。磨削軟件功能和技術特點為：機床可實現五軸聯動；可進行各種銑刀的磨削加工；直接在CNC上以圖形菜單方式輸入被磨刀具的參數和加工工藝即可進行加工或修磨，實現了編程加工一體化；具有刀具幾何形狀測量功能，保證各種銑刀后刀面的重磨加工；可在線對砂輪參數、刀具參數、磨削工藝和磨削用量等進行方便的修改，可充分發揮操作者的豐富經驗，刀具試磨和修磨過程非常方便。

3 數控工具磨削軟件的發展

　　數控工具磨削軟件是數控工具磨床的大腦，是一項多學科交叉的綜合技術，涉及的各項技術仍處于不斷的發展之中，將來的發展方向主要體現在：

　　(1)數控工具磨床的專用系統的CNC編程技術結合了各種數學方程式，因而解決復雜形狀刀具的高精度加工，通用化的數學方程的建立和各種插補算法的研究是刀具磨削軟件發展的方向。

　　(2)為滿足非標專用磨制刀具的加工需求，圖形引導、參數化編程功能、開放式刀具磨削專家庫模塊的開發是刀具磨削軟件發展的方向。

　　(3)高速、高效、高精度是當今數控切削加工技術發展的方向，為滿足數控工具磨床加工質量需要，加工路徑優化功能、磨削進給自適應控制、刀具碰撞監視及三維工具模擬可視化功能也是目前刀具磨削軟件的發展方向。

　　(4)砂輪是工具磨床制造生產和修磨刀具的“刀具”，是工具磨床的關鍵部分。全自動的砂輪修整、檢測補償和測量結果評估技術也是未來工具磨床磨削軟件發展的一個重要方向。

　　(5)利用計算機技術及模擬技術，開發能對刀具刃磨過程、排屑過程、磨削力變化、磨削區溫度、磨削精度和磨削表面質量進行仿真的數控工具磨床磨削軟件，是未來數控工具磨床很好的一個發展方向。

4 我國數控工具磨削軟件的展望

　　國內數控工具磨床經過近十年的發展，在全功能數控工具磨床領域，已逐步從借鑒和引進階段進入自主研發設計階段，開發出多臺具有自主知識產權的新品，逐步打破了由進口設備一統天下的局面。

　　為逐步提高我國高端裝備制造業的自主開發能力，滿足國內重點行業對制造裝備的基本需求，在數控機床專項“十二五”實施計劃框架下，“五軸聯動工具磨床及磨削軟件開發”被列入“高檔數控機床與基礎制造裝備”科技重大專項2013年度課題。這就要求我們堅持大兵團聯合作戰、產學研用合作，各自發揮優勢，集中解決關鍵核心技術的思路，大力發展數控工具磨床磨削軟件的關鍵技術，包括針對產品結構特點的數控系統后置處理軟件設計、基于難加工材料的復雜刀具高效精密磨削工藝研究，工藝流程及砂輪軌跡優化技術、刀具及砂輪在線測量、評估及其幾何誤差補償技術、刀具磨削專家軟件研發(開放式刀具磨削專家庫、碰撞監視及三維工具模擬技術)和復雜刀具刃磨的編程技術等，來縮短與世界先進水平的差距，甚至打破國際上技術封鎖，占領了這一戰略性產業的至高點。

5 結語

　　綜上所述，數控工具磨床和刀具磨削軟件的水平關鍵要看創新能力、人員素質和功能部件品質的提高，這也是一個國家整體技術水平的體現。我們應在消化吸收國內外先進技術的同時，根據國內外市場需求，尋找企業自身定位，研究開發出適合用戶需求的產品。