數(shù)控機床換刀裝置控制方法研究及刀具參數(shù)數(shù)據(jù)引擎開發(fā)

宋明偉 韓偉 高峰 張小麗

摘要：換刀裝置控制作為數(shù)控機床自動運行的基礎環(huán)節(jié)，控制程序的編設，決定實際換刀精度與效率。本文探討數(shù)控機床換刀裝置控制方法，并對刀具參數(shù)數(shù)據(jù)引擎開發(fā)進行研究，僅供參考。

關鍵詞：數(shù)控機床;換刀裝置;控制方法;數(shù)據(jù)引擎

課題來源：2020年邢臺市市級科技計劃自籌經費課題《基于開放式數(shù)控機床的智能換刀系統(tǒng)研究》課題編號：2020ZC055

引言：先進科學技術的支撐下，我國工業(yè)產業(yè)步入高速發(fā)展階段，特別是在數(shù)控自動化控制體系的研發(fā)與運用，工業(yè)產業(yè)逐步向自動化、智能化模式轉變。在此類發(fā)展規(guī)律下，傳統(tǒng)數(shù)控機床人工換刀已經無法應用于高效率、高質量的工業(yè)一體化生產加工中。對此，需嚴格控制換刀裝置，完成對各類刀具參數(shù)數(shù)據(jù)的分析，提高換刀的自動性與智能性，為數(shù)控行業(yè)的發(fā)展提供有效助力。

一、數(shù)控機床換刀裝置控制方法

數(shù)控機床換刀系統(tǒng)在工作期間是針對刀具運行狀態(tài)進行監(jiān)測，利用傳感器反饋外部環(huán)境中刀具運行工況信息，如刀具無法滿足當前系統(tǒng)程序的操作需求，則此類反饋信息則作為系統(tǒng)下一步換刀工序的基準執(zhí)行點。通過開放式數(shù)控加工系統(tǒng)中主系統(tǒng)程序與子系統(tǒng)程序的對接，完成不同模態(tài)下數(shù)據(jù)信息對于智能換刀的主體驅動，保證切削加工的完整性。

在刀具控制過程中，需要進行分層控制，完成對不同子模塊的有效鏈接。第一，通過硬件驅動底層解決物理驅動之間存在的誤差問題，此過程主要是利用windows系統(tǒng)，對不同設備完成驅動，防止出現(xiàn)地址沖突或不兼容的問題，保證工作環(huán)境中運行的穩(wěn)定性。第二，利用執(zhí)行機構完成對控制中間層的數(shù)據(jù)處理，中間層可作為刀具機構運行的過程點，其可實現(xiàn)以電機轉動為基準的刀庫刀具調節(jié)，也可通過刀位氣動電磁閥完成機械式的換刀處理，此過程中的控制機制是保證數(shù)據(jù)對接實現(xiàn)的基礎。第三，智能決策層。智能決策層的實現(xiàn)是針對數(shù)控加工過程中刀具設定的智能控制模式，此過程既是通過精密算法完成對不同換刀工序的確認，同時也可依據(jù)算法模型以及模糊控制理論，完成對換刀動作的具體指向。保證基層程序驅動軟件在控制刀具的過程中，可以按照數(shù)據(jù)信息的多節(jié)點確認，最優(yōu)選取符合外界加工環(huán)境的刀具，令每一類驅動的實現(xiàn)是符合數(shù)控自動化加工需求的。

從運行驅動來講，換刀運動控制可分為刀庫控制、刀套控制、換刀機械手控制與換刀控制動作時序四個方面，階段化的控制程序及操控機制，確定不同驅動環(huán)境下，刀庫電機運行模式以及刀具換刀程序之間的關聯(lián)性，保證系統(tǒng)在確認與驅動過程中，真正作為刀具運動控制系統(tǒng)的組成點。通過終端反饋系統(tǒng)完成對各類刀具信息的修正以及驅動，增強刀具控制精度，切合于數(shù)控加工行業(yè)高效率、高質量的運行方案之中。

二、數(shù)控機床刀具參數(shù)數(shù)據(jù)引擎開發(fā)

根據(jù)數(shù)據(jù)表明系統(tǒng)換刀程序流程，此過程主要是以五軸加工中心為主，進行換刀處理。自動化控制實現(xiàn)是按照傳感器檢測機械設備旋轉期間的位置參數(shù)，并完成對周邊環(huán)境信息的確認，通過信號信息反饋對機械臂取刀以及換刀工序進行數(shù)據(jù)確認。在具體驅動過程中，刀庫刀具參數(shù)數(shù)據(jù)的確認及界定，需按照系統(tǒng)換刀流程以及刀庫內部之間的排列組合，完成數(shù)據(jù)協(xié)同匹配，保證自動控制模式下智能自主換刀工序實現(xiàn)的流暢性。在此期間參數(shù)數(shù)據(jù)引擎開發(fā)則需對加工中心刀具數(shù)據(jù)訪問進行多維度的數(shù)據(jù)采集，并在統(tǒng)一格式的前提下，完成對封裝刀庫內刀具信息的整合處理。

在具體研發(fā)過程中，本文采用的是SQL數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，對數(shù)據(jù)庫信息進行高效率采集及處理。此類系統(tǒng)呈現(xiàn)出的優(yōu)勢是以高效率、多功能、普適性為基礎，完成對數(shù)據(jù)存儲分析及管理，高效實現(xiàn)對數(shù)據(jù)庫內各類數(shù)據(jù)信息的訪問與處理。與此同時，此類系統(tǒng)搭載的數(shù)據(jù)庫訪問技術可建立相對應的數(shù)據(jù)模型，通過面向對象完成數(shù)據(jù)源的建設與接入，保證在不同語句以及對象命令下，指令操作的對接性。數(shù)據(jù)庫訪問模型，此類模型的實現(xiàn)是按照連接、命令與記錄，三個層次為主，將刀庫內部的刀具信息進行屬性參數(shù)以及文件方面的比對。通過全過程性的數(shù)據(jù)錄入與分析，保證信息在確定不同屬性上，完成與數(shù)據(jù)庫的鏈接。這樣可真正實現(xiàn)數(shù)據(jù)文件以及數(shù)據(jù)屬性的實時化調配，保證鏈接功能作為數(shù)據(jù)庫可整改的一項基準值。

針對安裝刀具參數(shù)數(shù)據(jù)引擎開發(fā)時，本文采用的是C++語言對加工中心刀庫進行數(shù)據(jù)確認并編程處理，結合數(shù)據(jù)庫訪問技術進行刀庫內部刀具信息的接入處理。從數(shù)據(jù)接入角度來講，為保證安裝刀具參數(shù)數(shù)據(jù)引擎開發(fā)的完整性，需進行數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)內部的全過程記錄，然后輔助添加工序、修改工序與查詢工工序等，將工具分別導入到不同數(shù)據(jù)文件及屬性之中，建立具有面板模塊功能的一體化操作系統(tǒng)。這樣一來，在實際運行期間，可按照數(shù)控顯示設備完成對刀具幾何參數(shù)值的顯示。與此同時，數(shù)據(jù)處理過程中可搭載不同數(shù)據(jù)選擇模塊進行分析及處理，保證刀具信息是按照其編號記錄完成在數(shù)據(jù)表格中的確認。例如，刀庫號數(shù)據(jù)位長度為20，刀長數(shù)據(jù)位長度為10，球頭直徑數(shù)據(jù)位長度為30，通過不同形式下的數(shù)據(jù)接入及處理，保證數(shù)據(jù)庫訪問技術的實現(xiàn)可界定相關數(shù)據(jù)的屬性，增強數(shù)據(jù)運行屬性。

從引擎開發(fā)模式來講，為實現(xiàn)五軸加工中心換刀運行的精確性，則需按照不同刀庫完成對刀具信息的確認，并結合不同控制層之間的運行機理，保證換刀系統(tǒng)驅動之間，底層驅動與中間層、決策層驅動合理性，提高實際換刀效率。

結語：

綜上所述，換刀控制系統(tǒng)及刀具參數(shù)數(shù)據(jù)引擎的開發(fā)與應用，是保證數(shù)控機床智能運行的基礎所在，前期文件信息及程序設計的合理性直接決定后期數(shù)控機床的操控精度。為此，后期發(fā)展過程中，應加強對換刀程序的設計，注重刀具換刀程序與數(shù)控機床外部驅動環(huán)境的鏈接，全面提高數(shù)控機床的運行質量。

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作者簡介：宋明偉，出生年月：1981-9-15，男，漢族，籍貫：河北省衡水市人，所在院校：河北機電職業(yè)技術學院，職稱：副教授，學歷：博士研究生在讀，學位：碩士，研究方向：智能制造、數(shù)控技術