数控加工中心刀具信息集成技术的研究与开发

一 引言
        随着加工中心机床在机械制造业的广泛应用,国内很多厂家的同类设备是引进国外的或仿制国外的产品,所使用的模块组合刀具主要有SANDVIK、SECO、KOMET等系列产品,其带来的问题是: ①使用的刀具主要来源于单一的刀具制造商,品种单一,生产厂家仅仅能实现自己配刀,而无有效的刀具使用管理系统; ②为了提高加工能力,当许多企业选用了多家刀具制造商的产品时,却给工程技术人员的画图、操作者的刀具装配带来了困难; ③装配时,刀具元件的库存量直接影响着刀具是否能够装配成功;④由于没有有效的刀具信息管理系统,无法监视刀具库存量和刀具资源的合理利用;无法有效地将国、内外不同刀具制造商的产品资源加以综合利用,以降低机械加工的成本;无法有效地监测刀具的使用情况等。
 
        可以看出,在加工中心机床中,刀具的自动装配和刀具库存量的管理尤为重要,是关系到加工产品的技术先进性、质量可靠性、供货周期、制造成本的关键环节。尤其在当前竟争激烈的市场经济中,过去那种落后的人工配刀和传统的刀具管理方式,已不能满足产品设计与生产的要求。技术发达国家早已开始在加工中心、数控机床的刀具设计与生产应用中,采用CAD 技术与数据库技术相结合,实现刀具的虚拟装配、库存资源管理及其使用的监控,并正向智能制造系统、网络化的虚拟制造系统的方向发展。在我国目前应用加工中心、数控机床从事机械加工业的企业数万家,如:机械制造企业、模具制造企业、内燃机、重型机械、发动机生产企业等。采用计算机信息技术与传统的专业技术相结合,用现代设计手段来代替传统设计方法,以缩短设计周期、提高产品设计质量,可为企业带来显著的经济效益、提高企业形象和在行业中的竞争力,因此充分利用计算机信息化技术,根据开发商提供的各类刀具数据,建立数控型加工中心的刀具信息集成技术系统(数据库) ,利用表结构、数结构和图结构,可实现刀具数据库的管理、查询、装配、输出、使用监测等功能,以减少工程技术人员的绘图、查阅资料和计算时间,充分利用企业现有的刀具资源,缩短被加工产品的刀具准备时间,可以大大提高刀具管理的自动化水平和对有限刀具资源的有效利用。

图1 刀具系统的构成

二 加工中心刀具信息集成技术构成

        本文以加工中心机床、数控机床为例,讨论其刀具信息管理系统技术实施方法。技术研究工作的软件开发环境为: Visual C ++ 6.0、AutoCAD2000、Access2000 等,利用数据库ADO 技术,编写自主版权的加工中心(数控机床) 刀具集成系统的技术应用软件。

        刀具系统构成如图1 所示,该系统的基本技术框架如图2 所示,由以下几个主要模块组成:

        1.软件用途

        本软件是用在加工中心机床、数控机床上的,用SANDVIK和KOMET的模块式和固定式中的一般孔加工系统和面加工系统的刀具CAD 和刀具管理系统。

        2.软件数据库内容

        SANDVIK孔加工的钻、扩、镗、铣等工具,相应的各类刀片、夹头、Coromant 的模块式和整体式刀柄系统和Varilock 的模块式和整体式刀柄系统的全部元件及组件。KOMET 孔加工的钻、扩、镗、铣等工具,相应的各类刀片、夹头、KOMET 的模块式和整体式刀柄系统的全部元件及组件。国家标准中钻、扩、镗、铣等的一般加工工具。在各种加工材料的条件下,各类刀具(刀片) 的推荐切削用量。

图2 加工中心刀具信息集成管理系统组成框架

        3.建立刀具数据库管理模块

        该模块可实现对刀柄数据库、刀杆数据库、拉钉数据库、刀片数据库、刀具配套关系数据库的增加、删减、修改,实现刀具的日常管理。

        4.建立刀具基本元件数据库

        该模块包括刀柄数据库、刀杆数据库、拉钉数据库及刀片数据库。

        5.建立刀具元件配套关系数据库

        该模块包括刀柄、刀杆、刀片、拉钉配套关系,系统根据设计人员输入信息,输出相应的刀具配套关系,供设计人员选择。

        6.常用刀具系统数据库管理

        该模块包括已选过的刀具系统,设计人员可以根据需要浏览、增加、修改、删除该数据库,利用现有资源选择刀具系统。

        7.刀具设计系统

        刀具设计师提供的机床型号、被加工零件的材料、加工的内容及切削刀具的总长和切削深度,本系统提供相应各类刀具、刀片及推荐的切削用量,人机交互地选择刀具、刀片的切削用量。软件根据设计师提供的机床型号、刀具(包括刀片) 及刀具的系统(是SANDVIK还是KOMET) 能自动地提供几种刀具组合的可能性(整体式及几种模块式) ,并提示库存情况,由设计师根据库存情况及结构的优化情况确定刀具的组合型式。软件按设计师确定的刀具组合型式,绘制出加工中心刀具说明卡,即加工中心刀具总图。刀具总图应包括:标注主要尺寸的刀具结构图、件号及相应元件的明细表和切削用量。