国内外数控工具磨削软件的发展状况

综述 s p e C ia I R e p 0 n s 国内外数控工具磨削软件的发展状况 张洪军 李建广 张天微 哈尔滨工业大学机电工程学院 黑龙江 哈尔滨 1 5 1 0 0 1 齐齐哈尔大学机电工程 学院 黑龙江 齐齐哈尔 1 6 1 0 0 6 摘要 对数控工具磨削软件进行 了研究 分析 了国内外数控工具磨床所采用的磨削软件的发展现状和技术 水平 介绍了几种典型的数控工具磨 削软件产 品 提 出了我国在引进国外先进技术 借鉴国外数控工 具磨削软件的研发经验的同时 应依 靠产学研合作攻关开发 出能满足刀具制造企业对数控工具磨 削 软件追求的尖端产 品 浅析 了今后数控工具磨削软件的发展方向和我国在该方向上的研究重点 关键词 数控工具磨削软件发展现状刀具制造企业 中图分类号 T P 3 1 1 文献标识码 A Th e d e v e l o p me n t s t a t u s o f CNC t o o l g r i n d i n g s o f t wa r e a t h o me a n d a b r o a d Z H A N G H o n g j u n L I J i a n g u a n g Z HA N G T i a n w e i S c h o o l o f Me c h a n i c a l E n g i n e e r i n g H a r b i n I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y H a r b i n 1 5 1 0 0 1 C H N S c h o o l o f Me c h a n i c a l E n g i n e e ri n g Q i q i h a e r U n i v e r s i t y Q i q i h a e r 1 6 1 0 0 6 C H N Abs t r a c t On t h e CNC t o o l g r i n di n g s o ftwa r e wa s r e s e a r c h I n t h i s p a p e r t he s t a t us a nd t e c h n i c a l l e v e l o f CNC t o o l g r i n d i n g s o f t wa r e a t h o me a n d a br o a d wa s a n a l y z e d a n d s e v e r a l t y p i c a l CNC t o o l g r i n di n g s o f t wa r e p r o d u c t s we r e i nt r o d u c e d whi l e i mpo r t i ng f o r e i g n a d v a n c e d t e c h n o l o g y a n d d r a wi n g e x p e r i e n c e o f t h e r e s e a r c h a n d d e v e l o pme n t o f f o r e i g n g r i n d i n g s o f t wa r e f o r CNC t o o l t h e c u t t i n g e d g e p r o d u c t s me e t i n g t h e pu r s u i t o f t o o l ma n u f a c t u r i n g c o mpa n i e s for CNC t o o l g rin di ng s o f t wa r e wo u l d b e d e v e l o p e d r e l y i n g o n t he c o mb i n a t i o n o f pr o du c t i o n t e a c h i n g a n d r e s e a r c h Fi n a l l y t h e f u t u r e d e v e l o p me n t d i r e c t i o n o f CNC t o o l g r i n di n g s o f t wa r e a nd r e s e a r c h f o c u s o f o ur c o u n t r y we r e a l s o brie fly a n a l y z e d Ke ywo r d s CNC T o o l Gr i nd i n g S o ft wa r e De v e l o p me n t S t a t u s To o l Ma n u f a c t u r i n g Co mp a n i e s 随着现代制造技术 的发展 对 高精度复杂刃型刀 具品种的数量需求越来越大 而这类 复杂刃形高精度 刀具 采用普通工具磨床和传统工艺方法来制造是很 难实现的 为了满足这一要求 数控工具磨床得到了快 速的发展 高精度 高刚度 结构紧凑 操作方便 效率 高 软件编程灵活 合适的功率和可视化效果一直都是 刀具制造企业对数控工具磨床的追求 数控工具磨床 必须配置用于磨削加工 工件测量 砂轮修整等软件才 能完成相应操作 制造 出高 品质 的刀具 所 以刀 具磨削软件的发展必须满足这些需求 否则只有机身 没有磨削软件是不能满足市场需求的 机床的软件功 能已成为判断数控工具磨床先进性水平 的主要标 志之 导 经营基于战略 研发基于战术 一个体系的建立 要确定其纲领 应当由决策层 出台 产品经营的战略 指南 这一纲领性文件 以便从科学 的角度规范 和指 导产品的营研工作 比如确 定营研 的战略思想 产 品 经营的现实意义 前瞻设想 服务领域 产 品构成 水平 定位 发展空间 品牌形象设计 产 品评价 质量控制 市场应变 技术储备 营研组织模式 约束机制 激励机 制 权 限与责任界定 资源配置及 良性利用资源 研发 力量建设 营研制度建设 信息化建设 软环境建设 硬 环境建设等 建立科学的营研体系是一项紧迫 的系 统工程 它要面向现实 也要面向未来 企业的生存和 发展是不断 的追求进步 第一作者 高志棠 男 1 9 6 2年生 高级 工程师 主 要从事数控 机床及机床 外观 造型和 防护 结构设计 工 作 编辑谭弘颖 收稿日 期 2 0 1 2 1 0 1 8 文章编号 l 3 o 8 l 3 如果您想发 表对本文的 看法 请将文章编号填入读者意见调查 表中的相应位置 等 咤 cu 0o 平 弗 0 删 1 国内外数控工具磨削软件的发展现状 国外 C N C工具磨床配置 的刀具磨削加工软件可 分为两类 一类是 由专业的刀具磨 削软件公 司开发 的 软件 如 D E C K E L公司为其采用 P MA C型数控 系统 的 工具磨床配置 了瑞士 MT S公司开发 的 t o o l k i t P R O F E S S I O N A L 又如 E w a g S t a r S a a c k e等公 司为其 制造 的工具磨床配置了瑞士 N U M公司开发的刀具磨削软 件 N U MR O T O p l u s 另一类 是 由工具磨床制 造商 自主 开发的软件 如 A N C A公 司的 T o o l R o o m WA L T E R公 司的 以 所 见 即所得 为 宗 旨开发 的 H e l i t r o n i c T o o l S t u d i o C U O G H I 公 司为 O C T O P U S 1 0 0型数控 工具磨 床开发的 O C T O S O F T等 这类磨削加工软件 中不但包 含了工具磨床制造商 国外知名的工具制造商通常也 是知名的刀具制造商 的刀具磨 削 机床制造知识 更 融入 了其长期积累的刀具生产实践经验 虽然各公司 推出的刀具磨削加工软件在功能 智能化 可视化等方 面存在差异 但都包含具有仿真加工功能的模块 以便 于实现刀具的设计和制造 我国 2 1世纪初期开发 的数控工具磨床 大多采用 的是主机 自行制造 数控系统靠引进的方式研制 这种 数控 工具磨 床产 品不但 成本很 高 而且 由于通 用 的 C N C系统没有集成刀具磨削加工技术和编程软件 难 以实现刀具 特别是复杂刀具 的磨削加工 目前 我 国各数控工具磨床 生产 厂家也积极与各 科研院所合作 开发具有 自我知识产权 的数控磨削软 件 武汉机床厂 MK 6 0 3 5 5数控万 能工具磨 床选 用 国产华 中数控系统 软件基于 Wi n d o w s X P操作系统 的操作界面 操作者利用图形交互式刀具加工软件 在 提示下输人刀具参 数 即可生成定制程 序完成加 工 2 D或 3 D磨 削模拟软件支持刀具截形模 拟 上海黑格 数控的 H E L I XC N C 一 5 A五轴联动数控工具磨床采用华 中 H N C 一 2 2 MD数控系统 五轴联动 配置 自行开发设 计的具有 自主知识产权 的刀具磨削软件 大连科德数 控有限公司 T G 一 4 5数控 工具磨床采用 大连光洋 自主 开发的 G T O O L刀具磨削软件 实现六轴五联动 从 国内数控工具磨床磨削软件的发展现状不难看 出国内工具磨床制造企 业还缺乏市场需 求 的准 确定 位 尽管刀具本身看似简单 但其结构数学模型却很复 杂 高精度 结构紧凑 操作方便 可视化效果好 生产 修磨一体化的高档磨削软件 在国内尚属于起步阶段 虽然 我们生产的五轴联动数控工具磨 床同国外公 司 的产品一样 通过 自己开发的软件 能够加工设计要求 I 等 矿 zu J 牛 弟 b 朋 S p e c ia I R e D 0 n s 综述 的各种形状的特型刀具和一般平面刀具 但是 对于例 如圆锥球头立铣刀等复杂形状刀具的磨削加工只有德 国 WA L T E R 美 国 HU F MA N 瑞士 的 S T R A U S A K这样 实力雄厚的公司才能精确地加工出来 因为加工这种 刀具需要高精度多轴联动的数控工具磨床 以及高精度 的加工数据计算 国内工具磨床企业要在这一领域有 所突破 在引进 国外先进技术 借鉴国外数控工具磨削 软件的研发经验的同时 必须要投人大量 的人力和物 力从事这方面的研究 应依靠产学研合作攻关开发出 能满足刀具制造企业对数控工具磨削软件追求 的尖端 产品 2 典型数控工具磨削软件分析 2 1 德 国瓦尔特 WA L T E R 公 司 He l i t r o n i c T o o l S t u d i o刀具磨削软件 WA L T E R公司以刀具市场 的前景为开发点 历年 来陆续推出了适应市场需求 的成型刀具软件包 从复 合铣刀 复合钻头到 圆环面 球面一 铣刀 燕尾槽铣 刀 梯型槽铣刀直到圣诞树铣刀 其软件的通用性和灵活 性越来越被市场所认可和接受 所加工的刀具也被广 泛地使用在飞机制造 冶金行业 模具加工和汽轮机行 业 在 2 0 1 1年 C I MT展 出 的刀具磨 床所采用的软 件 如图 1所示 是基 于 Wi n d o w s X P操作界 面 利用 自适应技术根据实际磨削量动态调整所需的进给速度 实现等扭力控制 不仅节省加工时间 也有利于砂轮使 用寿命 机床具有 自动定位测量系统探针 能快速获 取刀具参数 确保 高效率生产 软件涵盖 了 目前市场 上所有类型刀具的生产和修磨 可实现装载机 自动上 下料 图1 德国WA L T E R 公司开发的刀具磨削软件 2 2 德国德克 MI C H AE L D E CK E L 公司 2 2 P型 工具磨削中心的磨削软件 德克精密机械 制造公 司 MI C H A E L D E C K E L 是 一 家有 5 0多年历史的专业工具磨床制造厂 在世界精 密工具磨床技术领域一直 占据领先地位 诞 生了多项 53 具生产商和刀具修磨商基于软件独立编程的优越性 选择安装 N U MR O T O p l u s软件 在生产 中 刀具 生产 商大都采用 N U MR O T O p l u s 软件中 成型铣刀 来编程 和磨削 该软件的应用范 围涵盖广泛 应归 功于软件 卓越的灵活性与成熟性 在刀具研磨领域里拥有丰富 经验 的 N U MR O T O p l u s 软件团队 运用专业技术知识 以 Wi n d o w s应用软 件为基 础 开 发创新 为 N U MR O T O p l u s 软件应用提供了保证 2 5 瑞 士 MT S公 司 t o o l k i t P R OF E S S I ON AL刀具 磨削软件 瑞士 的 M T S公 司从事专业化的刀具数 控磨 削软 件研发 和市 场推 广 以专业 化 的 t o o l k i t P R O F E S S I O N A L 软件产品闻名 J M T S的含义是 数学技术 软件 因为针对刀具 的专业 软件需要建立 复杂的数 学模 型 所 以 MT S的很多资深员工都是数学专家 作 为一家来 自瑞士的专业 刀具解决方案提供商 M T S为 制造复杂刀具 C N C加工 中心的制造企业 提供配套 的 通用刀具软件 同时也为世界领先 的刀具企业提供服 务 MT S已成为业内值得信赖 的刀具 机床制造商 其 产品在模块化概念 集成干涉控制 可视化 在线帮助 功能 可选的 3 D模拟 等方面都 极具优 势 t o o l k i t P R O F E S S I O N A L 软件以清晰逻辑化 的结构著称 支持 铣削 钻孔和车刀的生产和重新刃磨 通过模块化的设 计可 以定制不 同应 用以适应各种刀具几何形状 通过 向导程序和工作区处理模式 自动引导用户完成操作过 程 软件界面分为机床 管理 砂 轮 刀具数据 三个 区 域 支持 图形化的参数定义数据 并且任何时候都可 以调用在线帮助获取支持 在刀具 和砂轮数据 区域 以 及砂轮路径计算过程均提供 2 D和 3 D的可视化 并且 实现 3 D的机床模型和 C N C仿真过程展示 软件 的数 据 系统具备工件 砂轮和相 关数据 的实 时优化 能力 根据用户需求来组织数据库结构 t o p d o w n 的架构确 保每一步输人数据 的数量 自动最小化 完整 的磨削过 程包括所有的相关数据都记 录在数据库 中 操作者可 以为经常使用的刀具系列在表格 中创建预设 值 通过 点击相关按钮刀具可 以 自动创 建并直接送 向机床 软 件提供干涉控制 在机床指令生成 的时候可 以得 出所 有相关对象 的干涉分析结果 图形可视化工具详细地 记录了可能 的干涉位置使得操作者很容易分析和改正 数据错误或者砂轮设置等 在刀具测试方面支持所有 标准测试系统 并且对不 同的刀具几何外形有 自己的 测试准则 同样也实施了可扩展的测量系统界面 MT S t o o l k i t P R O F E S S I O N A L能 够 和所 有 已知 C N C系统配套 同时 提供全 系列参数化 刀具模型 s p e c ia I R e p 0 n s 综述 使得刀具的设计与加工变得简单易行 不再需要经过 设计一 图纸一试磨一 修改参数 图纸一磨削 这样一 个往复的过程 t o o l k i t P R O F E S S I O N A L从刀具设计 开始 通过全参数化定义刀具三维模型 再通过五轴或 六轴 的磨削加 工 中心直接 进行加 工 此外 t o o l k i t P R O F E S S I O N A L还有 C y c l e C a l c u l a t i o n功能 可以计算 出一批刀具的加工时间 还 可以设计和加工各类非标 的刀具 2 6 意大利库菲 C U OGHI 公司的刀具磨削软件 意大利库菲 C U O G H I 公司历史悠久 是欧洲知 名的工具磨床和钻头刃磨设备制造商 其数控工具磨 床 O C T O P U S 1 0 0和 MO D E N A 2 0 0采用了全新 的设计理 念 使其 制 造成 本 大 幅度 降低 具 有 明显 的竞争 优 势 1 但是 由于市场定 位和价格 的差别 这类设备 和其他欧洲品牌的机床并不形成直接竞争 在功能上 是其他机床 的补充 目的是共 同满足刀具制造和刀具 修磨客户的需求 刀具修磨商并不要求机床实现无人 操作 但希望一名操作者能够看管多台机床 以控制成 本 该公司的 WU 3 0 5万 能生产型工具磨床就能实现 这一要求 该机床的刀具磨削软件特点是 1 其 软 件和装载系统允许在一次安装下对不 同型式 不 同柄 部尺寸的刀具实现 自动重磨 包括圆柱形 和锥形立铣 刀 倒圆角和球头立铣刀 阶梯钻 以及其他不同外径 形状和几何参数 的阶梯形刀具 2 采用该公司整合 的 S I G S磨削软件 操作者 首先输入被磨 削刀具 的数 量 尺寸和型式 其次 选取要执行 的操作工序 然后 对装在托盘上的刀具启动 自动磨削程序 2 7 上海黑格工具磨床磨削软件 2 0 0 6年以来 华中数控与上海黑格数控科技公司 合作生产的配备华中数控系统具有 自主知识产权 的五 轴数控工具磨床 已经形成 了批量生 产和批量销售 该系列机床成功地实现了对圆柱 圆锥立铣刀 球头铣 刀等刀具的刀面修磨 磨削软件功能和技术特点为 机床可实现五轴联动 可进行各种铣刀的磨削加工 直 接在 C N C上以图形菜单方式输入被磨刀具的参数 和 加工工艺即可进行加工或修磨 实现 了编程加工一体 化 具有刀具几何形状测量功能 保证各种铣刀后刀面 的重磨加工 可在线对砂轮参数 刀具参 数 磨削工艺 和磨削用量等进行方便的修改 可充分发挥操作者的 丰富经验 刀具试磨和修磨过程非常方便 3 数控工具磨削软件的发展 数控工具磨削软件是数控工具磨床 的大脑 是一 项多学科交叉的综合技术 涉及 的各项技术仍处于不 5 5 综述 S p e 咖 I R e p o n s 断的发展之中 将来 的发展方向主要体现在 1 数控工具磨床的专用系统的 C N C编程技术结 合了各种数学方程式 因而解决复杂形状 刀具 的高精 度加工 通用化的数学方程 的建立和各种插补算法 的 研究是刀具磨削软件发展的方向 2 为满足非标 专用磨 制刀具 的加工需 求 图形 引导 参数化编程功能 开放式刀具磨削专家库模块的 开发是刀具磨削软件发展的方向 3 高速 高效 高精度是当今数控切削加工技术 发展 的方向 为满足数控工具磨床加工质量需要 加工 路径优化功能 磨削进给 自适应控制 刀具碰撞监视及 三维工具模拟可视化功能也是 目前刀具磨削软件的发 展方 向 4 砂轮是工具磨床 制造生产和修磨刀具 的 刀 具 是工具磨床的关键部分 全 自动 的砂轮修整 检 测补偿 和测量结果评估技术也是未来工具磨床磨削软 件发展的一个重要方 向 5 利用计算机技术及模 拟技术 开发 能对刀具 刃磨过程 排屑过程 磨削力变化 磨削区温度 磨削精 度和磨削表面质量进行仿 真的数控工具磨 床磨削软 件 是未来数控工具磨床很好 的一个发展方向 4 我 国数控 工具磨削软件 的展 望 国内数控工具磨床经过近十年 的发展 在全功能 数控工具磨床领域 已逐步从借 鉴和引进 阶段进入 自 主研发设计 阶段 开发 出多 台具有 自主知识产权 的新 品 逐步打破了由进 口设备一统天下的局面 为逐步提高我 国高端装备 制造业 的 自主开发 能 力 满足国内重点行业对制造装备的基本需求 在数控 机床专项 十二五 实施计划框架下 五轴联 动工具 磨床及磨削软件开发 被列入 高档数控机床 与基础 制造装备 科技重大专项 2 0 1 3年度课 题 这就要 求我们坚持大兵团联合作战 产学研用合作 各 自发挥 优势 集中解决关键核心技术 的思路 大力发展数控工 具磨床磨削软件的关键技术 包括针对产品结 构特点 的数控系统后置处理软件设计 基于难加工材料 的复 杂刀具高效精密磨削工艺研究 工艺流程及砂轮轨迹 优化技术 刀具及砂轮在线测量 评估及其几何误差补 偿技术 刀具磨 削专 家软件研发 开放式 刀具磨削专 家库 碰撞监视及 三维工具模拟技术 和复杂刀具刃 磨的编程技术等 来缩短与世界先进水平的差距 甚至 打破 国际上技术封锁 占领了这一 战略性产业 的至高 点 5 结语 综上所述 数控工具磨床和刀具磨削软件 的水平 关键要看创新能力 人员素质和功能部件品质的提高 这也是一个 国家整体技术水平 的体现 我们应在消化 吸收国内外先进技术的同时 根据国内外市场需求 寻 找企业 自身定位 研究开发 出适合用户需求的产品 参考文献 1 沈秀莲 国外工具磨床 的发展 现状 J 工具技 术 1 9 9 4 3 8 1 2 3 0 3 6 2 沈小云 余江 刀具刃磨机床发展 的探讨 J 科技信 息 学术研 究 2 0 0 8 2 3 8 4 8 7 3 胡江林 孑 L 加工刀具 及数控 工具 磨床 发展现状 与趋 势 J 装备 机 械 2 0 1 2 1 1 5 2 3 4 陶杰 徐增豪 胡剑峰 等 国外数控工 具磨床 发展状 况 J 精 密制 造与 自动化 2