基于DNC的高速切削刀具库系统的研究.pdf

基于 D NC的高速切削刀具库系统的研究 刘丽娟 吕 明 武文革 太原理工大学机械工程学院 山西 太原 0 3 0 0 2 4 中北大学机械工程与 自动化学院 山西 太原 0 3 0 0 5 1 摘要 以实现高速切削刀具信息的精确检索和管理为 目标 建立了高速切削刀具 管理 系统 为高速切削生 产全生命周期中对于刀具的选择 调度 管理 以及故障诊 断等方面提供最优化的数据 缩短生产周 期 延长刀具寿命 为高速切削生产提供有益的指导作用 该系统实现具有较强的现实可行性 关键词 高速切削刀具数据库 中图分类号 T G5 0 6 文献标识码 A De s ig n o f HSM c u t t e r s ma n a g e me n t s y s t e m b a s e d o n DNC L I U L i j u a n L V Min g WU We n g e C o l l e g e o f M e ch a n i ca l E n g i n e e r i n g T a i y u a n U n i v e r s i t y o f T e ch n o l o g y T a i y u a n 0 3 0 0 2 4 C H N C o l l e g e o f M e ch a n i ca l E n g i n e e r i n g a n d A u t o m a t i z a t i o n N o r t h U n i v e r s i ty o f C h i n a T a i y u a n 0 3 0 0 5 1 C H N Abs t r a ct HSM cu t t e r s ma n a g e me n t s y s t e m is e s t a b l i s h e d t o r e a l iz e t h e a ccu r a t e r e s e a r ch a n d ma n a g e me n t Pr o v i d in g t h e mo s t o p t i ma l d a t a f o r cu t t e r s ch o ice s ch e d u l i n g ma n a g e me n t a n d f a u l t d ia g n o s is i n t h e wh o l e l if e cy cl e o f HS M s h o rtin g t h e p r o d u cin g l i f e p r o l o n g i ng t h e cu t t e r s l i f e p r o v id in g b e n e fit g u id e for HSM Th e s y s t e m ha s s t r o n g r e a l is t ic f e a s ib il i t y Ke y wo r ds Hig h S p e e d Cu t t i ng To o l Da t e ba s e 1 问题 的提 出 2 系统结构 与功能 高速切削技术不 只是切削速度的提高 它 的发展 主要取决于刀具技术 包括刀具材料 涂层刀具结构 刀柄和装夹系统 刃磨与动平衡 检测和监控系统 和 高速机床技术 包 括电主轴 直线 电动机进给系统 数 控与伺服系统 轴承及润滑 刀库 等 的进 步 而刀具 与机床的正确选用常起着决定性作用 在由机床 刀 具和工件组成的切削加工 的工艺系统中 刀具是最活 跃的因素 我们知道 在生产过程中 缺乏刀具或刀具 库存不在控制之中 是 当今刀具管理上 的一个重大问 题 操作人员需要花费很多时间在查找刀具上 因此刀 具管理单独作为一个重要管理模块 逐渐 浮出水 面 尤其在高速切削迅速发展 的今天 高速切削刀具库管 理系统并没有得到相应的发展 一个 良好刀具管理系 统可 以减少初期投资 工作人员 库存资金以及采购管 理成本 本系统 以网络为平台 以数据库为核心 在高速切 削生产状态监控系统下 集成 了包括高速切削刀具规 划 采购 库存 调整 刃磨 修理 刀具优化和刀具成本 控制 以及故障诊断等多方 面内容 可对刀具在加 工状 态中的具体信息加以跟踪 和采集 并对采集到的信息 进行及时有效的处理 系统由 8大部份组成结构总体 框图如图 1 所示 1 刀具计 划与准备模块 包括 刀具年 月 日计 划 刀具需求查询 以及刀具采 购管理 并 提供报表 根据各加工部 门生产计 划 制定刀具需求计划和供应 计划 预估刀具使用种类 和数量 进行刀具储备 与标 准刀套组装并预调刀具 本模块可对刀具的需求情况 进行在线查询 并根据 日 常刀具需求 以及对历史清单 进行查询 制定生产计划 刀具申请 对库存的缺刀进 行采购补充 保证企业 车间生产的连续性 周家自然科学基金项 目 资助 5 0 9 7 5 1 9 1 山西省自 然科学基金项 目 2 0 0 8 0 1 1 0 5 6 山西省重点实验室开放基金项 目 2 0 0 7 0 3 1 0 0 7 山西省高 等学校青年学术带头人项 目 6 等筹 刀 l 具 具I 需 茹 f 耋 l 询 廿 图 高速切削刀具管理系统 鑫 理 l 1 理 刀l 刀l 刀l 夹l 材 霪 I 筵 I 蓬 f 楚 择 I 择 l 择 I 择 l 择 用 昔 冀 l耋l蠢 愆 数 据 库 翼 簋 与 图 萑 刀 体 图 装 配 图 奏 II重 奏 1重 按 故 爨 位 诊 断 I 竺 竺 f f 竺 竺 兰 f I 皇 竺 墨 图1 高速切削刀具管理系统 2 刀具识别与调度模块 为了控制刀具的流动 跟踪每一把刀具的位置是非常重要的 即系统应 随时 知道某把刀具是在中心 刀具存贮室或正在运输途 中 还是在某 台机床的刀库 中 为此每把刀具上面应携带 有 自身的识别信息 这里选用条码识别或无线射频识 别对刀具进行识别 刀具调度的核心 目的在于在资金 和环境容许的范围内配置所需刀具 的类 型及数量 并 最大程度地满足用户的需求 这里建立了一个动态调 度系统 使它既能满足当机床需要刀具时能从待选刀 具 中选取合适 的一把 也能满足当一把刀具面临多 台 机床 的需求时按照紧急程度的不 同分配刀具 建立一 个具有分布性 开放性 主动性 协作性等特点 的刀具 调度系统 3 刀具库存管理模块 包括刀具的人库与出库 并依此建立电子帐簿 出库是在数据共享前提下 根 据生产计划 通过刀具的生产调度 完成刀具加工使用 的出库操作 出库时系统记录刀具的组成 适用机床 产品件号等信息 刀具使用后 及时送到质量检查部 门 质量检查部门及时对送到的刀具进行质检 质量不 合格 及时报废 将报废信息及时提交到刀具成本核 ZU等等 f J 帚J 算部 门 进行刀具的成本核算 同时分析原 因 实现对 供应商责任的追究 为采购部 门以后 的采购提供依据 入库时包括新刀入库及生成刀具信息 以及 旧刀具使 用完毕归还的入库操作 提供按型号人库与按批号入 库两种方式 4 刀具选择模块 本模块为系统 的核心模块 完 成了对高速切削刀具的选择 包括高速切削条件下刀 柄 的选择 夹头的选择 刀具材料的选择等 并对刀具 的切削用量给予 自动选择 高速切削条件下刀具与机 床的联接必须可靠 刀具 系统应有 足够 的整体 刚性 常规的刀具刀柄系统难以满足高速切削时的切削刚度 和精度要求 高速铣削刀柄主要有整体式刀柄 热胀 式刀柄 液压式刀柄 高精度弹簧夹头刀柄等 本系统 根据所用机床以及加工条件等 自动对刀柄进行选择 在高速切削中 为提高刀具与夹头之间的连接精度 增 大夹紧力 以适应刀具高速 回转时的平衡要求 同时便 于刀具加工深腔模具时接近工件 要求夹头的轮廓尺 寸较小 因此传统 的弹簧夹头已不再适用 针对高速 切削的新 型夹头有 强力弹簧夹 头 热装式 夹头 T R I B O S夹头 动平衡夹头等 本 系统对加工环境进行分 故 障诊断模块 王按故障现象诊断 按故障号诊断 L在线监控刀具调度 L在线查询刀具需求 无线射频识赳 条码识剐一 析 选择适用的夹头 选择刀具材料 时针对高速切削 过程 中对刀具的特殊要求 粗加 工时优先考虑刀具材 料的韧性 精加工时优先考虑刀具材料的硬度 本专 利汇总了常用的多种工件与刀具材料的牌号 成分 性 能 针对加工工件和刀具 的特点 以及高速切 削的要 求 选择合适的刀具材料 此模块还可 提供切削用量 的推荐值 通过对不同的加 工材料 不 同的进给量 不 同的刀具进行选择 自动给 出高速切削优化工艺和切 削用量参数 用户输入工件加工类型 尺寸 材料 精 度等参数后 对数据库 中的刀头 接杆 刀柄 夹头等进 行选择 并根据加工特征进行匹配 完成 目标刀具的组 装 自动给出刀具型号 厂家 材料等具体信息 这些信 息为刀具识别与调度模块提供依据 5 刀具 寿命管理模块 刀具 的状态直接影响着 产品的品质和加工效率 因此对刀具状况要进行实 时 检测 预测刀具的寿命 计算被选择刀具是否有足够的 寿命来完成零件 的加工 如果 刀具不足或寿命不够 监控程序将 向主控程序发 出换刀请求 6 高速切削刀具 信息与图纸库 该模块 汇总了 常用的 5 0多种可用于高速切削的不同类型的刀具 包 括刀具的材料 牌号 加工条件 可加工工件等信息 并 可根据查询条件 自动给 出装配图以及组成刀具的各 部分的标准件图与部分非标 准件 图 提供二维与三维 图纸信息 7 刀具成本核算模块 根据对刀具库存 管理模 块 以及刀具寿命管理模块的汇总 与生产 管理 系统 的 集成 对刀具进行核算 完成刀具使用工时 成本等统 计 并 通 过 网络 直接 把 数 据 传递 给财 务 部 门进 入 P D M 对于提高工厂生产率起到很大的作用 8 故障诊 断模块 刀具在 机床上的在线监控可 以对由于刀具的磨损 崩裂或其他异常情 况而发生 的 换刀请求迅速做 出反应 并可连接到故障诊断模块 中 该模块汇总了十余台常用 的数控机床的数百种常见故 障以及相应的排故方法 只要输入故障的代码 或现象 就可进行查询 快速定位故障点并修复 该系统可实 现与 C A D C A M的集成 与 D N C系统集成 完成加工 程序的 自动生成 刀补程序 自动生成与传送 减少人为 因素造成 的刀具参数输入误差 3 关键技术 高速切削刀具管理系统将 中央管理系统 生产车 间 D N C系统 库房管理 系统 财务部 门成本核算部 门 集成为一体 通过网络共享数据 3 1 建立数据库 1 2 8 该数据库涉及到刀具全生命周期 的所有数据 因 此非常庞大 选用 M y S Q L作为数据库后 台 建立名为 H S C T MS 的数据 库 包括 1 2个 表 系统设 置 b y co n fig 留言板 b y g b 刀具成本 核算数 据表 b y co s t a cco u n t in g 刀具选择数据表 b y cu t t in g t o o 1 故 障诊断表 b y F a u lt d i a g n o s is 刀具 寿命表 b y t o o l lif e 刀具 库存 表 b y s t o ck d a t a 刀具 图纸 表 b y d r a w in g s b u t t o n编辑器 表 e w e b e d it o r b u t t o n s t y le 编辑器表 e w e b e d it o r s t y le s y s t e m编辑器表 e w e b e d it o r s y s t e m t o o lb a r编 辑 器表 e w e b e d it o r t o o lb a r 各数据表通过关键字相联系 以刀具选择数据表为例 进行说明 该数据表包含有 9个字段 每齿进 给量 山 高材料分组编号 铣槽 m m 齿 螺旋 斜坡铣 铣平面 m m 齿 侧铣粗加工 m m 齿 侧铣精加工 mm 齿 仿 形铣削粗加工 mm 齿 仿形铣削精加工 mm 齿 建立 动态 网页 连接数据库 查询 网页中的表单有一个变 量名 查询网页和显示 网页通过表单传递 的变量名联 系起来 显示网页通过过滤条件 表单变量 显示最 后结果 3 2 网络系统结构的建立 本网络系统采用 B S网络体 系结构 该 网络体 系结构属于三层结构 客户端通过浏览器将刀具信息 包括刀具全生命 周期涉及 到各 部门刀具信息 上传 至服务器端并接收由高速切削刀具管理系统发送的各 类数据 前端 B r o w s e r 实现 网络数据的传递 服务器 端 S e e r 实现高速切削刀具管理 系统的主要工作 分析各客户端 如财务部 门 库房 生产 车问等 的数 据 直接管理加工车间 调刀室 刀具库房 维修等刀具 流通部门的所有刀具的品种 规格 数量等详细信息 实现在线刀具选择 对刀具进行全寿命周期的追踪 和 管理 生成刀具成本评估清单和刀具利用情况统计表 优化刀具使用成本及使用频率 降低制