數(shù)控刀架選型系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)*

洪　波，洪榮晶，王　華，陳　田

(南京工業(yè)大學(xué) 機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院，南京　210009)

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數(shù)控刀架選型系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)*

洪波，洪榮晶，王華，陳田

(南京工業(yè)大學(xué) 機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院，南京210009)

基于VisualBasic6.0和Access2013開(kāi)發(fā)一種數(shù)控刀架智能選型軟件，以促進(jìn)數(shù)控刀架生產(chǎn)廠家與主機(jī)用戶之間的技術(shù)溝通，體現(xiàn)數(shù)控刀架的產(chǎn)品性能和使用方法。依據(jù)數(shù)控刀架關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)和實(shí)際工況下的性能要求建立刀架的用戶選型數(shù)據(jù)庫(kù)，根據(jù)結(jié)構(gòu)類型和安裝方式提出數(shù)控刀架的數(shù)字化描述方式。軟件設(shè)置為向?qū)竭x型流程，在分層體系結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上運(yùn)用模糊綜合評(píng)判算法對(duì)刀架進(jìn)行選型分析，對(duì)篩選出的數(shù)控刀架產(chǎn)品根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行參數(shù)校核。最后通過(guò)數(shù)控刀架選型實(shí)例來(lái)驗(yàn)證軟件系統(tǒng)的可行性。

數(shù)控刀架；選型系統(tǒng)；數(shù)據(jù)庫(kù)；模糊綜合評(píng)判

0　引言

數(shù)控刀架是數(shù)控機(jī)床關(guān)鍵功能部件之一，與機(jī)床的加工精度和生產(chǎn)效率密切相關(guān)，刀架的性能影響數(shù)控機(jī)床的技術(shù)水平。國(guó)內(nèi)機(jī)床行業(yè)的快速發(fā)展對(duì)機(jī)床功能部件的性能要求隨之提升，數(shù)控刀架等國(guó)內(nèi)機(jī)床附件廠家不斷研發(fā)新產(chǎn)品以適應(yīng)市場(chǎng)需求。但生產(chǎn)者與使用者在數(shù)控刀架產(chǎn)品的技術(shù)對(duì)接和產(chǎn)品選購(gòu)上存在著脫節(jié)，影響著數(shù)控刀架國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的擴(kuò)展和技術(shù)進(jìn)步。國(guó)內(nèi)機(jī)床設(shè)計(jì)選用刀架等附件時(shí)延續(xù)著傳統(tǒng)的紙質(zhì)產(chǎn)品樣本篩選和經(jīng)驗(yàn)查找的方式，極大浪費(fèi)了設(shè)計(jì)人員的時(shí)間。

國(guó)外數(shù)控刀架等附件廠家針對(duì)自身產(chǎn)品的性能特點(diǎn)，建立了完善的電子樣本和產(chǎn)品選型軟件，充分描繪出功能部件的性能特征和應(yīng)用場(chǎng)合，從而占據(jù)著國(guó)內(nèi)機(jī)床附件的中高檔市場(chǎng)。隨著科技的進(jìn)步、技術(shù)的進(jìn)步和市場(chǎng)的需求，國(guó)內(nèi)主機(jī)生產(chǎn)和刀架生產(chǎn)企業(yè)之間的合作加深，累計(jì)的技術(shù)資料增加，多規(guī)格多類型的數(shù)控刀架產(chǎn)品不斷演化出新的系列。在國(guó)家科技重大專項(xiàng)基金支持下，開(kāi)發(fā)數(shù)控機(jī)床功能部件選型軟件來(lái)取代傳統(tǒng)的紙質(zhì)樣本，填補(bǔ)自主產(chǎn)品銷售系統(tǒng)的空白，拓展機(jī)床功能部件的銷售市場(chǎng)。結(jié)合數(shù)控刀架關(guān)鍵參數(shù)和工況，開(kāi)發(fā)數(shù)控刀架選型系統(tǒng)，指導(dǎo)刀架用戶方便快捷的選用產(chǎn)品，構(gòu)建生產(chǎn)者與使用者之間的技術(shù)溝通，推動(dòng)數(shù)控刀架的生產(chǎn)研發(fā)。

1　數(shù)控刀架選型流程分析

軟件系統(tǒng)包括Access建立的參數(shù)化數(shù)據(jù)庫(kù)和VB6.0建立的交互界面以及二者之間構(gòu)成連接和技術(shù)實(shí)現(xiàn)的代碼程序。

1.1選型系統(tǒng)結(jié)構(gòu)功能

數(shù)控刀架選型系統(tǒng)中容納了廠家刀架產(chǎn)品的詳細(xì)信息，用戶通過(guò)一定的查詢條件在系統(tǒng)中找到自己需求的數(shù)控刀架。

軟件系統(tǒng)的基本構(gòu)成如圖1所示，包括用戶層，技術(shù)層，數(shù)據(jù)庫(kù)層三部分。用戶層是用戶直接操作的選型軟件界面，針對(duì)用設(shè)計(jì)。數(shù)據(jù)庫(kù)層是包含數(shù)控刀架生產(chǎn)廠家產(chǎn)品信息的部分，是軟件輸入信息的源頭。技術(shù)層是軟件設(shè)計(jì)人員建立用戶層與數(shù)據(jù)庫(kù)層的中間橋段，為軟件功能實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)。

圖1　軟件系統(tǒng)基本構(gòu)成

軟件系統(tǒng)的基本功能就是將用戶按照一定順序輸入信息經(jīng)過(guò)分析求解，與數(shù)據(jù)庫(kù)中的產(chǎn)品信息進(jìn)行比對(duì)，輸出滿足條件的產(chǎn)品及其詳細(xì)參數(shù)信息，并保存?zhèn)浞?。軟件的模塊構(gòu)成如圖2所示。

圖2　刀架選型軟件模塊

1.2數(shù)控刀架型譜參數(shù)研究

以數(shù)控刀架的安裝、使用條件和刀架主要特征參數(shù)為基礎(chǔ)，建立數(shù)控刀架選型的參數(shù)型譜，包括：刀架類型、技術(shù)參數(shù)、性能參數(shù)和精度參數(shù)。

(1)刀架類型，主要包括數(shù)控刀架的安裝方式和驅(qū)動(dòng)類型，用來(lái)區(qū)分刀架安裝的機(jī)床類型；

(2)技術(shù)參數(shù)，由刀架各結(jié)構(gòu)的公稱尺寸和刀架特征組成，如中心高度，刀方尺寸，刀盤(pán)回轉(zhuǎn)直徑，工位數(shù)，單雙向回轉(zhuǎn)等；

(3)性能參數(shù)，主要指刀架能承受的負(fù)載大小，力和力矩等，用來(lái)校核刀架能否滿足加工條件；

(4)精度參數(shù)，包括定位精度和重復(fù)定位精度等。數(shù)控刀架的精度直接影響被加工零件以及數(shù)控機(jī)床的精度。

表1為數(shù)控刀架選型系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)的參數(shù)字段表。

表1　數(shù)控刀架數(shù)據(jù)庫(kù)字段

1.3數(shù)控刀架選型設(shè)計(jì)流程

對(duì)數(shù)控刀架的選型主要從兩個(gè)方面來(lái)對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行參數(shù)限定，一是刀架要安裝機(jī)床及加工對(duì)象的屬性；二是加工中刀架要滿足的技術(shù)參數(shù)。

不同類型的數(shù)控刀架結(jié)構(gòu)各不相同，描述其性能和技術(shù)參數(shù)也會(huì)有所差異。因此，刀架選型時(shí)需要先確定刀架的類型，再定義各技術(shù)參數(shù)的數(shù)值范圍。如圖3數(shù)控刀架選型基本流程所示，通過(guò)進(jìn)程選擇和邏輯判斷來(lái)實(shí)現(xiàn)選型。

圖3　數(shù)控刀架選型基本流程

數(shù)控刀架選型的基本流程可概括為：

(1)通過(guò)主機(jī)和零件加工信息確定刀架類型：按照刀架的在機(jī)床上的安裝方式分為立式刀架和臥式刀架，按驅(qū)動(dòng)類型可分為電動(dòng)、液壓、伺服和動(dòng)力刀架；

(2)輸入用戶選型參數(shù)篩選出刀架產(chǎn)品型號(hào)列表：根據(jù)用戶實(shí)際需求按需輸入?yún)?shù)范圍值，系統(tǒng)對(duì)參數(shù)值進(jìn)行篩選，將符合的產(chǎn)品以表格形式列出；

(3)對(duì)目標(biāo)產(chǎn)品進(jìn)行校核驗(yàn)證得到最優(yōu)結(jié)果：列表中的多款刀架，可逐一校核其關(guān)鍵參數(shù)，經(jīng)濟(jì)性能，選擇一款或多款滿足條件的刀架；

(4)根據(jù)實(shí)際需要選擇刀架附件：對(duì)刀架的附件可選擇刀盤(pán)的類型、刀具的接口形式、刀座的種類等；

(5)生成報(bào)表以保存選型信息：保存的選型記錄可作為刀架工作故障的檢驗(yàn)依據(jù)，也可作為下次選型的參照，減少選型時(shí)間。

2　模糊綜合評(píng)判的數(shù)控刀架選型

模糊綜合評(píng)判技術(shù)是利用模糊集理論進(jìn)行評(píng)判的一種方法[5]。在數(shù)控刀架的選型流程中有諸多不確定因素，不同因素對(duì)刀架選型結(jié)果影響程度不同，運(yùn)用模糊綜合評(píng)判知識(shí)對(duì)選型因素集評(píng)判，得出評(píng)判集合即為選型結(jié)果。

2.1模糊選型評(píng)判分層體系結(jié)構(gòu)

通過(guò)分析影響數(shù)控刀架的選型因素，建立圖4所示刀架選型評(píng)判分層體系結(jié)構(gòu)，圖中詳細(xì)表述了選型中相關(guān)的所有參數(shù)再結(jié)構(gòu)中的關(guān)系。

圖4　刀架選型評(píng)判分層體系結(jié)構(gòu)

影響數(shù)控刀架選型的參數(shù)主要有刀架類型、裝夾尺寸、性能參數(shù)、經(jīng)濟(jì)性能四大類，將其作為第一層影響因素集U。第一層因素集每一權(quán)重因素由關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)決定，如刀架類型由安裝方式、驅(qū)動(dòng)類型、加工類型組成，這些關(guān)鍵參數(shù)構(gòu)成第二層影響因素集U/P[5]。刀架的型號(hào)構(gòu)成分層體系結(jié)構(gòu)的目標(biāo)集合，均衡兼顧每層的因素大小。

2.2模糊綜合評(píng)判選型應(yīng)用

假設(shè)共有n款數(shù)控刀架，vn即為第n款刀架的具體型號(hào)，將數(shù)控刀架的各型號(hào)組成集合建立為模糊綜合評(píng)判的評(píng)語(yǔ)集：

(1)

通過(guò)分別建立綜合評(píng)判矩陣R，根據(jù)影響因素的權(quán)重集A，進(jìn)行模糊評(píng)判，最終構(gòu)成評(píng)判集Y。其中權(quán)重集A反映了諸多評(píng)判因素對(duì)機(jī)床選型影響重要程度的集合，由專家組評(píng)判打分確定權(quán)重的隸屬度。建立的評(píng)判矩陣在程序中由數(shù)組形式表達(dá)后封裝在程序中，通過(guò)自動(dòng)判斷、對(duì)比選擇合適的數(shù)值進(jìn)行模糊運(yùn)算。

表2　權(quán)重集及權(quán)重系數(shù)

因素集分成兩級(jí)，相應(yīng)地評(píng)判集也分成兩級(jí)，一級(jí)評(píng)判集為V，二級(jí)評(píng)判集為V′。每層權(quán)重系數(shù)和為1，即：

a1+a2+a3+a4=1

a11+a12+a13=1

a21+a22+…+a2n=1

……

(2)

數(shù)控刀架的評(píng)判分層體系結(jié)構(gòu)的模糊綜合評(píng)判表達(dá)式[5]：

(3)

其中：第一層影響因素:U:V′=A·V

(4)

第二層影響因素:U/P:Y=A′·V′

(5)

根據(jù)隸度函數(shù)和系數(shù)加權(quán)，可以確定各指標(biāo)的隸屬度，對(duì)所有因素依據(jù)權(quán)數(shù)的大小均衡兼顧。將候選結(jié)果按照隸屬度由大到小的順序排列為產(chǎn)品列表，數(shù)值最大Max(y)為最優(yōu)的刀架選擇方案。

3　數(shù)控刀架選型軟件的設(shè)計(jì)

VB6.0具有調(diào)用Access的接口，且操作簡(jiǎn)單，固采用了Access2013作為數(shù)據(jù)庫(kù)創(chuàng)建工具和VB6.0作為數(shù)控刀架選型系統(tǒng)編程工具。

3.1ADO數(shù)據(jù)訪問(wèn)技術(shù)及SQL

系統(tǒng)采用VisualBasic6.0進(jìn)行編程，以Access2013作為數(shù)據(jù)庫(kù)處理工具，利用VB自帶ADO數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)技術(shù)能夠簡(jiǎn)單靈活的實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)在編程軟件中的調(diào)用。

ADO數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)技術(shù)的關(guān)鍵是建立對(duì)象與數(shù)據(jù)源的connection連接，數(shù)據(jù)與VB的ADO連接語(yǔ)句為：cnn.ConnectionString=“Provider=Microsoft.Jet.oledb.4.0;”Datasource=“&APP.Path&文件名.mdb;”。

系統(tǒng)包含了幾乎國(guó)內(nèi)所有的數(shù)控刀架產(chǎn)品的信息，建立數(shù)據(jù)庫(kù)的工作量大，使用結(jié)構(gòu)化查詢語(yǔ)言(SQL)，通過(guò)SQL的select、insert、update、delete等語(yǔ)句可以方便快速的實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)的查詢、插入、更新和刪除等功能。

數(shù)據(jù)是選型系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)，作為參數(shù)篩選和校核的依據(jù)，必須要保證準(zhǔn)確性。值得注意的是需要講數(shù)據(jù)庫(kù)文件保存為低版本的.mdb格式，避免出現(xiàn)兼容問(wèn)題。

3.2選型系統(tǒng)構(gòu)架的設(shè)計(jì)

刀架選型系統(tǒng)的需求應(yīng)是多個(gè)方面：

(1)數(shù)控刀架種類繁多結(jié)構(gòu)復(fù)雜，軟件應(yīng)涉及到產(chǎn)品的多樣化；

(2)設(shè)計(jì)中要參考大量的樣本參數(shù)和表格數(shù)據(jù)，因此需要利用數(shù)據(jù)庫(kù)管理工具，快捷方便的調(diào)用樣本數(shù)據(jù)；

(3)軟件的最終操作者是數(shù)控刀架用戶，要求軟件界面友好，人性化，操作簡(jiǎn)單；

(4)廠家的生產(chǎn)發(fā)展勢(shì)必會(huì)帶來(lái)產(chǎn)品更新?lián)Q代，需要軟件系統(tǒng)具有可擴(kuò)展性，易于升級(jí)。

軟件功能實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵在于參數(shù)選型界面的設(shè)計(jì)。界面的設(shè)計(jì)滿足實(shí)現(xiàn)基本的選型功能，還應(yīng)該符合界面舒適操作簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，能夠讓對(duì)刀架陌生的用戶都能輕易的使用軟件來(lái)選擇需求的產(chǎn)品。

刀架的安裝方式和驅(qū)動(dòng)類型將刀架的參數(shù)進(jìn)行歸類劃分，刀架的參數(shù)可劃分為性能參數(shù)，負(fù)載參數(shù)和精度參數(shù)。同時(shí)，是用戶在選定不同類型的刀架后，顯示可供填寫(xiě)的參數(shù)輸入框，不存在的參數(shù)框給予隱藏，以實(shí)現(xiàn)界面的簡(jiǎn)潔。選型參數(shù)的輸入要符合實(shí)際的需求。

圖5　軟件設(shè)計(jì)路線邏輯流程圖

圖5為數(shù)控刀架選型系統(tǒng)整體的設(shè)計(jì)邏輯圖。系統(tǒng)包含六個(gè)主要功能：產(chǎn)品選型、產(chǎn)品查詢、歷史記錄查詢、用戶設(shè)計(jì)參考、數(shù)據(jù)庫(kù)維護(hù)、幫助，完整達(dá)到了設(shè)計(jì)之初的每一個(gè)要求。每一功能模塊均以向?qū)У姆绞街鸩綄?shí)現(xiàn)選型或分析。

4　軟件系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)與應(yīng)用

軟件的主要結(jié)構(gòu)包括登陸模塊，選型模塊，數(shù)據(jù)維護(hù)模塊和使用說(shuō)明四個(gè)模塊。首先必須通過(guò)登陸界面的驗(yàn)證才能進(jìn)入到主界面。以臥式伺服動(dòng)力刀架為例對(duì)軟件系統(tǒng)的各功能進(jìn)行應(yīng)用驗(yàn)證。圖6所示進(jìn)入?yún)?shù)選型界面，選擇刀架類型為臥式、伺服動(dòng)力刀架，單擊確定切換到參數(shù)輸入界面對(duì)刀架進(jìn)行參數(shù)的限定。

圖6　數(shù)控刀架類型選擇界面

進(jìn)入選型參數(shù)界面后，圖7所示需要對(duì)數(shù)控刀架的一些關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行數(shù)值上的限定。這里面有中心高度、工位數(shù)、定位精度、重復(fù)定位精度、分度頻度等參數(shù)。此處不需要將全部的參數(shù)項(xiàng)目都限定，只需要根據(jù)用戶的實(shí)際工況需要來(lái)自行輸入相關(guān)限定參數(shù)即可進(jìn)行選型，點(diǎn)擊選型按鈕進(jìn)入產(chǎn)品列表界面。

圖7　選型參數(shù)限定界面

圖8所示的產(chǎn)品列表界面以表格的形式列出了符合刀架類型及選型參數(shù)的所有存在于數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)控刀架產(chǎn)品。列表以選型參數(shù)的的輸入為指標(biāo)，按照參數(shù)吻合度從高到低的順序排列數(shù)控刀架產(chǎn)品。選中具體一款刀架產(chǎn)品可查看此款刀架的詳細(xì)信息或?qū)ζ溥M(jìn)行參數(shù)的校核，圖9所示。

圖8　產(chǎn)品列表界面

圖9　刀架參數(shù)校核界面

根據(jù)實(shí)際選型時(shí)的需要，對(duì)數(shù)控刀架的配件進(jìn)行選擇。在選型結(jié)束后可以查看詳細(xì)的刀架說(shuō)明書(shū)，以供主機(jī)使用人員了解刀架的詳細(xì)刀架參數(shù)安裝尺寸等信息。最終將操作軟件選型刀架的過(guò)程生成一個(gè)選型報(bào)告，以備后期選型作參考。

5　總結(jié)

綜合考慮了數(shù)控刀架的典型結(jié)構(gòu)、工作原理、安裝方式、關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)等指標(biāo)，建立了數(shù)控刀架用戶選型數(shù)據(jù)庫(kù)，開(kāi)發(fā)刀架選型軟件，最終可以得到如下結(jié)論：

(1)根據(jù)主機(jī)信息和刀架典型工況，創(chuàng)建選型參數(shù)的分層體系結(jié)構(gòu)，利用模糊綜合評(píng)判算法均衡兼顧所有選型參數(shù)，符合實(shí)際應(yīng)用特點(diǎn)；

(2)選型系統(tǒng)按照軟件功能劃分模塊結(jié)構(gòu)，并設(shè)計(jì)為向?qū)竭x型流程，便于用戶使用；

(3)數(shù)據(jù)庫(kù)收集了國(guó)內(nèi)大量數(shù)控刀架產(chǎn)品，并可后期增添新研發(fā)刀架產(chǎn)品；

(4)在軟件中實(shí)現(xiàn)數(shù)控刀架的仿真和模擬加工，能夠更直觀熟悉產(chǎn)品，可作為未來(lái)軟件開(kāi)發(fā)的一個(gè)方向。

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(編輯李秀敏)

StudyandDesignofCNCTurretSelectionSystem

HONGBo,HONGRong-jing,WANGHua，CHENTian

(SchoolofMechanicalandPowerEngineering，NanjingTECHUniversity，Nanjing21009,China)

AselectionsystembasedonVisualBasic6.0andAccess2013wasdevelopedforCNCturrettopromotethecommunicationoftechnologybetweenmanufacturersandusers，thatwillreflecttheperformanceoftheCNCturreteffectively.Adatabaseaccordingtothekeyparametersandperformancerequirementsoftheactualconditionswascreatedforuserstoselectturret.ThedigitaldescriptionmethodbasedonstructuretypeandinstallationmethodwasproposedforCNCturret.Theoperationofsoftwarewaswizarddesign,andfuzzycomprehensiveevaluationwhichbasedonAnalyticHierarchyProcessisusedforCNCturretselection,itcanverifythemainparametersaccordingtotheactualdemandforCNCturret.Finally,thefeasibilityofthisprojectwastestedandverifiedbasedonturretselectionexample.

CNCturret；selectionsystem；database；fuzzycomprehensiveevaluation

1001-2265(2016)08-0124-05DOI:10.13462/j.cnki.mmtamt.2016.08.034

2015-09-24；

2015-10-14

“高檔數(shù)控機(jī)床與基礎(chǔ)制造裝備”國(guó)家科技重大專項(xiàng)(2014ZX04011031)

洪波(1991—)，男，河南信陽(yáng)人，南京工業(yè)大學(xué)碩士研究生，研究方向?yàn)闄C(jī)械設(shè)計(jì)及理論，(E-mail)1066514631@qq.com。

TH164;TG659

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