數(shù)控機(jī)床刀具柜智能化管理創(chuàng)新設(shè)計

摘要：隨著數(shù)控加工技術(shù)的不斷發(fā)展，數(shù)控刀具以其高效、精密、高速、耐磨的良好綜合性能取代了傳統(tǒng)刀具，而數(shù)控刀具材料的不斷開發(fā)，必將帶來刀具成本價格的上升。鑒于此，針對目前數(shù)控加工中由刀具管理混亂引起的刀具損耗、生產(chǎn)成本增加等現(xiàn)象，創(chuàng)新設(shè)計了智能化管理刀具柜，在物聯(lián)網(wǎng)控制下實(shí)現(xiàn)一機(jī)多控，有效減少了刀具的損耗，降低了生產(chǎn)成本，提高了生產(chǎn)效益。

關(guān)鍵詞：數(shù)控加工；刀具；智能化；刀具柜

中圖分類號：TG71；TP315" 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" 文章編號：1671-0797（2023）07-0043-03

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2023.07.010

0" " 引言

馬克思曾經(jīng)說過：“各種經(jīng)濟(jì)時代的區(qū)別，不在于生產(chǎn)什么，而在于怎樣生產(chǎn)，用什么勞動資料生產(chǎn)?！敝圃旒夹g(shù)和裝備就是人類生產(chǎn)活動最基本的生產(chǎn)資料，而數(shù)控技術(shù)是當(dāng)今先進(jìn)制造技術(shù)和裝備最核心的技術(shù)[1]。

隨著數(shù)控加工對象精度要求提高，為適應(yīng)多品種柔性化生產(chǎn)，數(shù)控加工也對刀具提出了更高的要求。在機(jī)床、刀具、夾具和工件組成的工藝系統(tǒng)中，刀具是最活躍的因素，刀具對數(shù)控加工技術(shù)的發(fā)展起著決定性作用。

隨著工業(yè)技術(shù)的智能化發(fā)展，刀具的材料研發(fā)也發(fā)生了前所未有的變革，這必將帶來刀具成本價格的上升。

傳統(tǒng)刀具存儲方式存在諸多弊端，必然對刀具使用壽命產(chǎn)生影響，從而增加企業(yè)生產(chǎn)成本，數(shù)控機(jī)床刀具管理的創(chuàng)新設(shè)計可使刀具的存放更加便捷，大幅降低生產(chǎn)成本，提升生產(chǎn)效益。

1" " 數(shù)控刀具介紹

數(shù)控刀具作為數(shù)控機(jī)床和加工中心用刀具，是數(shù)控工藝系統(tǒng)中最重要的組成部分[2]。刀具技術(shù)的更新代表著數(shù)控加工的高質(zhì)量發(fā)展。數(shù)控刀具在國外發(fā)展較快，品種多，已形成系列[3]。然而我國對數(shù)控刀具的研究開發(fā)起步較晚，數(shù)控刀具成了工具行業(yè)較薄弱的一環(huán)。

隨著近年來機(jī)械制造水平的不斷發(fā)展，對于產(chǎn)品的高質(zhì)量要求推動了數(shù)控刀具不斷優(yōu)化以適應(yīng)加工。

在實(shí)際數(shù)控加工過程中，由于加工對象形狀復(fù)雜，加工精度要求較高，結(jié)合對加工對象的適應(yīng)性要求，所需要的數(shù)控刀具種類、數(shù)量增多，調(diào)用頻繁，刀具的管理變得更加復(fù)雜。為滿足生產(chǎn)需求，能否有效管理刀具成為影響企業(yè)制造成本的重要因素之一。

然而，目前大多數(shù)企業(yè)缺少對刀具的有效管理，而且隨著機(jī)械加工生產(chǎn)車間的信息化建設(shè)，刀具低效、混亂的管理方式越來越難以適應(yīng)企業(yè)信息化車間的高效運(yùn)行[4]。

因此，設(shè)計可靠的刀具智能化管理系統(tǒng)不僅成為機(jī)械加工車間高效運(yùn)行的必然要求，而且具有促進(jìn)刀具管理規(guī)范化、提升效率、降低生產(chǎn)成本等應(yīng)用價值。

2" " 傳統(tǒng)刀具管理現(xiàn)狀

傳統(tǒng)刀具管理系統(tǒng)采用專門的刀具管理人員手工存取模式，這種模式在一些規(guī)模較大的企業(yè)弊端尤為明顯。

機(jī)械制造行業(yè)尤其是數(shù)控加工領(lǐng)域，同一批零件加工過程中需配備很多種類、型號各異的刀具，在更換的刀具存取過程中，庫管人員需要通過查找先將舊刀具入庫放到刀具存儲柜中，然后按照新刀具型號查找新刀具存放的位置，再外借并登記出庫。如果需要的刀具數(shù)量較大，則這種存取方式效率低下，極易出錯；而采用智能化管理刀具柜，能科學(xué)有效地對刀具進(jìn)行存取，效率高，省時省力。

近幾年來，我國制造業(yè)的信息化發(fā)展步伐不斷向前邁進(jìn)，但國內(nèi)企業(yè)大多致力于多軸機(jī)床的研究與開發(fā)，對于一般數(shù)控機(jī)床的刀具的存儲研究開發(fā)甚少[5]。因此，本課題針對中小型企業(yè)及高校數(shù)控加工實(shí)訓(xùn)中心設(shè)計了一種便于存儲，同時能夠避免刀具損壞，實(shí)現(xiàn)刀具統(tǒng)一管理的刀具管理系統(tǒng)。

3" " 智能刀具管理系統(tǒng)設(shè)計思路

本設(shè)計是一種數(shù)控機(jī)床智能刀具柜（圖1），采用物聯(lián)網(wǎng)控制，與計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)連接實(shí)現(xiàn)刀具自動智能存取。在刀具柜底部加裝了傳感器，當(dāng)?shù)毒叻湃氤閷蟽?nèi)部時，傳感器受到重力作用按壓開始反射信號，物聯(lián)網(wǎng)模塊接收到信號，并將信號反饋到計算機(jī)軟件中進(jìn)行計數(shù)。智能刀具柜抽屜底部加裝的傳感器，通過自動計數(shù)裝置直觀地反饋庫存刀具數(shù)量，減少了庫管人員清點(diǎn)的工作量，提升了工作效率。

導(dǎo)軌和絲杠共同支撐抽屜，使得抽屜的伸縮更為平穩(wěn)。通過傳感器的設(shè)置，用戶能夠方便地獲知抽屜內(nèi)刀具的數(shù)量和存儲狀態(tài)。

通過計算機(jī)控制，柜體內(nèi)部的物聯(lián)網(wǎng)模塊與電氣模塊中的單片機(jī)連接并控制單片機(jī)，單片機(jī)與電子開關(guān)相連接，電子開關(guān)控制柜體中抽屜底部電機(jī)的啟停和驅(qū)動方向，電機(jī)與絲杠相連接，抽屜底部加裝了行程開關(guān)、限位塊和導(dǎo)軌，通過電機(jī)、絲杠和絲杠螺母的設(shè)置，開啟電機(jī)帶動絲杠轉(zhuǎn)動，絲杠螺母帶動抽屜位移，實(shí)現(xiàn)儲存刀具的抽屜開合，進(jìn)而完成刀具的取放，代替了現(xiàn)有技術(shù)中的刀具架。

另外，還可以基于行程開關(guān)與限位塊1或限位塊2的接觸狀態(tài)控制電機(jī)的停機(jī)。

通過柜體和抽屜的設(shè)置，借助電機(jī)控制抽屜的開合，能夠?qū)Φ毒哌M(jìn)行統(tǒng)一的封閉保存，對刀具進(jìn)行統(tǒng)一管理，便于快速找尋到刀具，同時也避免了刀具的遺失（圖2）。另外，柜體內(nèi)設(shè)置儲物格，能夠?qū)Φ毒叻謩e進(jìn)行存儲，避免刀具因發(fā)生碰撞而損壞。

4" " 創(chuàng)新點(diǎn)與特色

（1）功能創(chuàng)新：數(shù)控機(jī)床刀具管理的創(chuàng)新設(shè)計方便了刀具存儲，物聯(lián)網(wǎng)模塊與計算機(jī)通過網(wǎng)絡(luò)連接，一臺計算機(jī)可控制多個刀具柜。抽屜底部加裝了傳感器，對存放刀具進(jìn)行計數(shù)，便捷安全。

（2）控制創(chuàng)新：采用計算機(jī)軟件控制，安裝完刀具柜后，在計算機(jī)中安裝專門的刀具管理軟件即可控制系統(tǒng)自動完成刀具調(diào)取。

（3）降低成本創(chuàng)新：相較于傳統(tǒng)刀具柜抽屜，本項目在刀具柜抽屜內(nèi)部加裝了擋板，擋板上與刀具直徑大小相同的圓形孔均勻分布，刀具可直接安放在圓形孔內(nèi)，避免刀具柜發(fā)生晃動而引起刀具之間的碰撞，導(dǎo)致貴重刀具損壞，造成不必要的經(jīng)濟(jì)損失。

5" " 結(jié)語

在目前整個機(jī)械加工制造行業(yè)，我國中小型企業(yè)占比超過了70%[4]，基于此，中小型企業(yè)對于數(shù)控刀具智能化管理的需求是否能夠得到滿足，成為影響我國制造業(yè)發(fā)展趨勢的重要因素之一。

本文所述數(shù)控機(jī)床刀具柜智能化管理創(chuàng)新設(shè)計，在保證了具備傳統(tǒng)刀具柜功能的前提之下，增加了智能模式，在物聯(lián)網(wǎng)控制的大環(huán)境下實(shí)現(xiàn)了一機(jī)多控，而且可根據(jù)企業(yè)加工實(shí)際需求進(jìn)行刀具管理，調(diào)節(jié)存放刀具的類型，大大縮短了管理人員存取刀具的時間，降低了管理人員的工作強(qiáng)度，提高了生產(chǎn)效率，減少了企業(yè)生產(chǎn)成本。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 古楓.數(shù)控技術(shù)和裝備發(fā)展趨勢及對策[J].機(jī)電信息，2005（17）：11-14.

[2] 劉會剛.變速箱體智能化生產(chǎn)車間刀具管理系統(tǒng)的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)[D].廈門：廈門大學(xué)，2019.

[3] 張志超，王知衍，吳錚.基于實(shí)例推理的數(shù)控刀具智能化設(shè)計的研究及應(yīng)用[J].機(jī)電新產(chǎn)品導(dǎo)報，2003（6）：71-72.

[4] 尹葉秀.數(shù)控刀具管理系統(tǒng)的研究背景與現(xiàn)狀[J].無線互聯(lián)科技，2017（7）：114-115.

[5] 尹葉秀.淺談基于網(wǎng)絡(luò)平臺的數(shù)控刀具管理系統(tǒng)[C]//中國職協(xié)2016年度優(yōu)秀科研成果獲獎?wù)撐募▽W(xué)校二等獎），2016：480-491.

收稿日期：2022-12-08

作者簡介：辛鵬（1988—），男，甘肅秦安人，助教，主要從事機(jī)械制造專業(yè)、數(shù)控加工多軸加工制造教學(xué)工作。