一 引言
    隨著加工中心機床在機械制造業的廣泛應用,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; ②為了提高加工能力,當許多企業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,無法監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、制造成本的關鍵環節。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控,并正向智能制造系統、網絡化的虛擬制造系統的方向發展。在我國目前應用加工中心、數控機床從事機械加工業的企業數萬家,如:機械制造企業、模具制造企業、內燃機、重型機械、發動機生產企業等。采用計算機信息技術與傳統的專業技術相結合,用現代設計手段來代替傳統設計方法,以縮短設計周期、提高產品設計質量,可為企業帶來顯著的經濟效益、提高企業形象和在行業中的競爭力,因此充分利用計算機信息化技術,根據開發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(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技術實施方法。技術研究工作的軟件開發環境為: 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) 刀具集成系統的技術應用軟件。

     刀具系統構成如圖1 所示,該系統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和面加工系統的刀具CAD 和刀具管理系統。

     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和Varilock 的模塊式和整體式刀柄系統的全部元件及組件。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.常用刀具系統數據庫管理

     該模塊包括已選過的刀具系統,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。

     7.刀具設計系統

     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(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、加工參數的統計分析,監測所使用刀具的耐用度。該軟件系統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”、“數據庫系統”、“裝配方案系統”、“刀具管理系統”四大組成部分,以實現其刀具資源的合理使用。

圖4 刀具數據庫系統導航界面 

三 數控型加工中心刀具信息集成系統的運行實例

    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、系統功能擴展接口等子系統,各個子系統面向統一的數據庫,各運行的結果將是其他子系統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中不同廠商刀具組件之間的選用裝配,對企業優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軟件,是當前制造業信息化建設的重要項目之一,不僅能為智能制造技術系統和PDM/ ERP 系統提供有效的技術支持,而且可為機械制造業進行網絡化的虛擬制造技術研究與開發奠定技術基礎。本文研究工作的技術成果,可增加國內機械加工業的軟件產品技術儲備,以發揮電子信息技術在改造傳統產業中的威力,提高產品的設計與制造水平,增強我國企業的創新能力和產品的競爭能力。