數控機床換刀裝置控制方法研究及刀具參數數據引擎開發

宋明偉 韓偉 高峰 張小麗

摘要：換刀裝置控制作為數控機床自動運行的基礎環節，控制程序的編設，決定實際換刀精度與效率。本文探討數控機床換刀裝置控制方法，并對刀具參數數據引擎開發進行研究，僅供參考。

關鍵詞：數控機床;換刀裝置;控制方法;數據引擎

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

引言：先進科學技術的支撐下，我國工業產業步入高速發展階段，特別是在數控自動化控制體系的研發與運用，工業產業逐步向自動化、智能化模式轉變。在此類發展規律下，傳統數控機床人工換刀已經無法應用于高效率、高質量的工業一體化生產加工中。對此，需嚴格控制換刀裝置，完成對各類刀具參數數據的分析，提高換刀的自動性與智能性，為數控行業的發展提供有效助力。

一、數控機床換刀裝置控制方法

數控機床換刀系統在工作期間是針對刀具運行狀態進行監測，利用傳感器反饋外部環境中刀具運行工況信息，如刀具無法滿足當前系統程序的操作需求，則此類反饋信息則作為系統下一步換刀工序的基準執行點。通過開放式數控加工系統中主系統程序與子系統程序的對接，完成不同模態下數據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，對不同設備完成驅動，防止出現地址沖突或不兼容的問題，保證工作環境中運行的穩定性。第二，利用執行機構完成對控制中間層的數據處理，中間層可作為刀具機構運行的過程點，其可實現以電機轉動為基準的刀庫刀具調節，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據對接實現的基礎。第三，智能決策層。智能決策層的實現是針對數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，可以按照數據信息的多節點確認，最優選取符合外界加工環境的刀具，令每一類驅動的實現是符合數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，確定不同驅動環境下，刀庫電機運行模式以及刀具換刀程序之間的關聯性，保證系統在確認與驅動過程中，真正作為刀具運動控制系統的組成點。通過終端反饋系統完成對各類刀具信息的修正以及驅動，增強刀具控制精度，切合于數控加工行業高效率、高質量的運行方案之中。

二、數控機床刀具參數數據引擎開發

根據數據表明系統換刀程序流程，此過程主要是以五軸加工中心為主，進行換刀處理。自動化控制實現是按照傳感器檢測機械設備旋轉期間的位置參數，并完成對周邊環境信息的確認，通過信號信息反饋對機械臂取刀以及換刀工序進行數據確認。在具體驅動過程中，刀庫刀具參數數據的確認及界定，需按照系統換刀流程以及刀庫內部之間的排列組合，完成數據協同匹配，保證自動控制模式下智能自主換刀工序實現的流暢性。在此期間參數數據引擎開發則需對加工中心刀具數據訪問進行多維度的數據采集，并在統一格式的前提下，完成對封裝刀庫內刀具信息的整合處理。

在具體研發過程中，本文采用的是SQL數據管理系統，對數據庫信息進行高效率采集及處理。此類系統呈現出的優勢是以高效率、多功能、普適性為基礎，完成對數據存儲分析及管理，高效實現對數據庫內各類數據信息的訪問與處理。與此同時，此類系統搭載的數據庫訪問技術可建立相對應的數據模型，通過面向對象完成數據源的建設與接入，保證在不同語句以及對象命令下，指令操作的對接性。數據庫訪問模型，此類模型的實現是按照連接、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以及文件方面的比對。通過全過程性的數據錄入與分析，保證信息在確定不同屬性上，完成與數據庫的鏈接。這樣可真正實現數據文件以及數據屬性的實時化調配，保證鏈接功能作為數據庫可整改的一項基準值。

針對安裝刀具參數數據引擎開發時，本文采用的是C++語言對加工中心刀庫進行數據確認并編程處理，結合數據庫訪問技術進行刀庫內部刀具信息的接入處理。從數據接入角度來講，為保證安裝刀具參數數據引擎開發的完整性，需進行數據管理系統內部的全過程記錄，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據文件及屬性之中，建立具有面板模塊功能的一體化操作系統。這樣一來，在實際運行期間，可按照數控顯示設備完成對刀具幾何參數值的顯示。與此同時，數據處理過程中可搭載不同數據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據表格中的確認。例如，刀庫號數據位長度為20，刀長數據位長度為10，球頭直徑數據位長度為30，通過不同形式下的數據接入及處理，保證數據庫訪問技術的實現可界定相關數據的屬性，增強數據運行屬性。

從引擎開發模式來講，為實現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，換刀控制系統及刀具參數數據引擎的開發與應用，是保證數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控機床的操控精度。為此，后期發展過程中，應加強對換刀程序的設計，注重刀具換刀程序與數控機床外部驅動環境的鏈接，全面提高數控機床的運行質量。

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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、數控技術