基于刀具切削參數(shù)的NC編程技術(shù)研究

馬秋成，鐘 敏，楊湘軍

（湘潭大學(xué)，湖南 湘潭 411105）

隨著計算機技術(shù)在制造業(yè)中的廣泛應(yīng)用，傳統(tǒng)的手工編程正逐漸被計算機編程所取代，目前各大企業(yè)普遍采用大型三維軟件如CATIA、UG 等進行數(shù)控加工編程。然而在用軟件編程時，刀具的切削參數(shù)是需人工進行輸入的，這使得刀具切削參數(shù)的選取不一定合理，刀具的性能得不到充分的發(fā)揮。

本文來源于某數(shù)字化制造項目，主要針對企業(yè)數(shù)控編程不能科學(xué)選擇刀具切削參數(shù)這一問題，提出了一種基于CATIA 軟件平臺，在數(shù)控編程中自動輸入刀具切削參數(shù)的方法。在一定程度上去除了人為選擇的因數(shù)，保證了刀具的使用性能和加工品質(zhì)[1～2]。

1 NC編程刀具切削參數(shù)庫開發(fā)總流程

CATIA 是法國達索公司的大型CAD/CAE/CAM一體化軟件，在CAD/CAE/CAM 領(lǐng)域中處于領(lǐng)導(dǎo)地位，其內(nèi)容涵蓋了產(chǎn)品從概念設(shè)計、工業(yè)造型、三維模型設(shè)計、分析計算、動態(tài)模擬與仿真、工程圖輸出，到生產(chǎn)加工成產(chǎn)品的全過程[3]。其加工模塊因為界面友好，編程功能強大，受到各制造企業(yè)的廣泛好評。

針對企業(yè)目前使用的數(shù)控加工軟件CATIA，本文提出了一種在CATIA 數(shù)控加工模塊自動輸入刀具切削參數(shù)的方法，設(shè)計思路如圖1開發(fā)總流程所示。

首先，根據(jù)廠家提供的刀具信息，建立一個刀具切削參數(shù)Excel表。其內(nèi)容應(yīng)包含刀具名稱、生產(chǎn)廠家、刀具材料、工件材料、粗加工背吃刀量、精加工背吃刀量、粗加工進給速度、精加工進給速度、粗加工主軸轉(zhuǎn)速、精加工主軸轉(zhuǎn)速、庫存情況等。

其次，將Excel表數(shù)據(jù)直接導(dǎo)入Access，生成數(shù)據(jù)庫的源文件。利用Access 軟件建立刀具切削參數(shù)數(shù)據(jù)庫，提供刀具的入庫、修改、刪除、查詢等功能。

最后，利用已經(jīng)建立的Access 刀具切削參數(shù)庫，建立包含刀具切削參數(shù)的CATIA 刀具庫。根據(jù)加工零件的三維模型，利用CATIA的加工模塊和刀具庫，實現(xiàn)NC編程過程刀具切削參數(shù)的自動輸入。

2 刀具切削參數(shù)庫的建立

本參數(shù)庫是某企業(yè)數(shù)字化制造項目的一部分，故建庫思路和內(nèi)容會有一定的局限性。根據(jù)公司實際情況，對于同一種刀具，可能名稱相同，但生產(chǎn)廠家和工件材料不同，則刀具對應(yīng)的切削參數(shù)也不相同。

所以，本文的思路是給每一種切削參數(shù)建立唯一的編號，這樣能方便刀具信息在數(shù)據(jù)庫里的管理、存儲、傳輸和查詢。如編號01010101003，其中第一個01 代表生產(chǎn)廠家、第二個01 代表刀具類型、第三個01 代表刀具材料、第四個01 代表工件材料、第五個003 代表刀具主要參數(shù)d=3 mm 等。

本文所用的數(shù)據(jù)庫軟件為Access 2003。Microsoft Access 一直是Windows 平臺上優(yōu)秀的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)[4]。它與其他office 組件，如Word、Excel 在很多特性上保持一致，使用戶更容易操作，也可以方便地在Office 組件之間交換數(shù)據(jù)，這些都能很好的適應(yīng)本項目的需求。

下面是基于Access 2003 建立刀具切削數(shù)據(jù)庫的主要過程：

2.1 建立Access數(shù)據(jù)表

基于已經(jīng)建立的刀具切削參數(shù)Excel表，選擇“文件”/“獲取外部數(shù)據(jù)”/“導(dǎo)入”命令，打開“導(dǎo)入”對話框，將已建好的excel表導(dǎo)入到Access 中，生成Access數(shù)據(jù)表如圖2。

圖2 Access數(shù)據(jù)表

2.2 建立Access數(shù)據(jù)查詢

建立數(shù)據(jù)表以后，我們需要在表中查詢需要的信息，這就必須建立數(shù)據(jù)查詢。如查詢立銑刀D3，企業(yè)可能同時采購了多家公司的立銑刀D3，而立銑刀D3 切削不同材料，其對應(yīng)的切削參數(shù)也不盡相同，這里都要一起顯示出來，所以這是一個“一對多”的查詢結(jié)構(gòu)。

根據(jù)Access的具體要求，建立一個“一對多”的查詢結(jié)構(gòu)，主要顯示數(shù)據(jù)有刀具名稱、生產(chǎn)廠家、刀具材料、工件材料、切削三要素和庫存情況等。

2.3 建立Access 窗體結(jié)構(gòu)

有了數(shù)據(jù)查詢之后，對于數(shù)據(jù)的查詢與結(jié)果，我們?nèi)詻]有一個直觀的顯示，這里就需要建立一個簡單的窗體結(jié)構(gòu)，方便用戶直觀地選擇查詢對象和顯示查詢結(jié)果。

具體步驟如下，進入Access 窗體模塊，單擊在設(shè)計視圖中創(chuàng)建窗體，根據(jù)需要建立相應(yīng)的窗體結(jié)構(gòu)，調(diào)用相應(yīng)的查詢，最后建立窗體結(jié)構(gòu)如圖3，查詢結(jié)果如圖4。

圖3 查詢窗體

圖4 查詢結(jié)果

2.4 輔助功能

建立查詢窗體，只是完成了查詢功能。一個完整的數(shù)據(jù)庫還需要有入庫，修改，刪除和權(quán)限等功能，這里的具體操作就不一一贅述了。

3 NC編程中刀具切削參數(shù)庫的應(yīng)用

根據(jù)公司現(xiàn)有加工軟件CATIA，本文利用刀具切削參數(shù)庫，建立包含刀具切削信息的CATIA 刀具庫。通過CATIA 加工模塊，調(diào)用刀具信息，刀具切削參數(shù)信息將自動輸入到數(shù)控編程過程，從而實現(xiàn)數(shù)控編程過程自動輸入刀具切削參數(shù)的目的。

下面是本文實現(xiàn)刀具信息由刀具切削參數(shù)庫傳遞到數(shù)控加工程序的主要過程。

3.1 基于刀具切削參數(shù)庫建立CATIA 刀具Excel表

根據(jù)具體的刀具、工件材料等，從刀具切削參數(shù)庫中查出對應(yīng)的切削用量值，輸入到符合CATIA 刀具信息的Excel表中[5]，如圖5、圖6所示。因為Excel表格太長，故需要用兩張圖片表示。

圖5 刀具幾何信息

圖6 刀具切削參數(shù)信息

3.2 基于CATIA 刀具Excel表生產(chǎn)CATIA 刀具文件

根據(jù)已經(jīng)建立的CATIA 刀具Excel表，把表格另存為.csv 文件，然后把.csv 文件復(fù)制到CATIA 安裝目錄下的指定位置，我的是D/Program FilesDassault SystemsB20intel_astartupManufacturingSamples。 啟動CATIA 運行宏命令MyCatalogVB.CATScript，輸入.csv 文件，單擊確定，就生成了CATIA 文件.catalog。

這個文件也在Samples 目錄下，把該文件復(fù)制到D/Program FilesDassault SystemsB20intel_astartupManufacturingTools 就可以在刀具庫中找到自定義的刀具，如圖7可以找到定義的ENDMILLT.catalog。

圖7 CATIA 刀具文件

3.3 查看刀具參數(shù)是否輸入到CATIA 數(shù)控程序中

選擇ENDMILLT.catalog 文件，可以在刀具選項卡中找到對應(yīng)的刀具。通過查看該刀具的參數(shù)，可以發(fā)現(xiàn)在Excel表中定義的切削數(shù)據(jù)在CATIA 加工環(huán)境里，被完整的輸入進去了。如圖8可以看到輸入的刀具幾何信息，圖9可以看到輸入的切削參數(shù)信息。

圖8 刀具幾何信息

圖9 刀具切削參數(shù)信息

在加工模塊選擇進給量和主軸轉(zhuǎn)速時，選擇Automatic compute from tooling Feeds and Speeds 和Automatic ompute from tooling Feeds and Speeds，這樣就實現(xiàn)了使用CATIA 加工模塊編程時刀具切削參數(shù)的自動輸入。如圖10、圖11可以看到進給量和主軸轉(zhuǎn)速的自動輸入。

圖10 進給量的自動輸入

圖11 主軸轉(zhuǎn)速的自動輸入

4 結(jié)束語

本文以某大型企業(yè)實施數(shù)字化制造項目為背景，以CATIA 軟件為平臺，根據(jù)刀具廠家提供的最佳切削參數(shù)，利用Access 建立刀具切削參數(shù)庫，并導(dǎo)入包含刀具切削信息的CATIA 刀具庫，從而實現(xiàn)刀具切削信息在CATIA 加工模塊中的自動輸入，解決了數(shù)控編程中人為輸入刀具切削參數(shù)的問題，為數(shù)控編程刀具切削參數(shù)的合理選擇提供了一定的參考。

[1]楊叔子，吳 波.再論先進制造技術(shù)及其發(fā)展趨勢[J].機械工程學(xué)報，2006，42（1）：1-5.

[2]寧汝新.數(shù)字化技術(shù)是先進制造的核心技術(shù)[J].中國制造業(yè)信息化，2011，（3）：18-19.

[3]詹才浩.CATIA V5 數(shù)控加工教程[M].北京：清華大學(xué)出版社，2009.

[4]夏邦貴，劉凡磬.Access 2003數(shù)據(jù)庫開發(fā)[M].北京：機械工業(yè)出版社，2006.

[5]蔡艷召，孔憲光，仇原鷹，張建麗.CATIA 刀具庫的建立技術(shù)研究[J].機床與液壓，2008，（4）：282-285.