基于數(shù)據(jù)庫的刀具管理模塊的設(shè)計與實現(xiàn)

邢　強

上海重型機器廠有限公司　上海　200245

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基于數(shù)據(jù)庫的刀具管理模塊的設(shè)計與實現(xiàn)

邢強

上海重型機器廠有限公司上海200245

摘要：以車刀為例，從數(shù)據(jù)建模、數(shù)據(jù)參數(shù)化的實現(xiàn)、數(shù)據(jù)庫的建立等方面論述了刀具管理模塊的設(shè)計與實現(xiàn)方法。實踐證明，刀具管理模塊提高了刀具的利用率，更加適應(yīng)數(shù)據(jù)加工的靈活性、高效性，降低了新產(chǎn)品開發(fā)成本。

關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)庫； 刀具管理； 數(shù)據(jù)模型

Abstract:It takes the turning tool as the example to make a discussion on the design and implementation method of tool management module in terms of data modeling, implementation of data parameterization and establishment of a database. Tool management module may improve the utilization ratio of the tools with better adaptation of the flexibility and efficiency in data processing and reduced costs for new product development.

Key Words:Database； Tool Management; Data Model

隨著對機加工精度、效率、靈活性等要求的提高，數(shù)控加工已廣泛應(yīng)用于制造企業(yè)。在數(shù)控加工中，刀具管理是一項重要任務(wù)，關(guān)系到產(chǎn)品的技術(shù)先進性、質(zhì)量可靠性以及成本。正確選擇刀具，可達到刀具資源的合理配置、提高工作效率、保證產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量的目的。在計算機輔助制造中，刀具的準備工作隨工件結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性及尺寸精度的高標準，其要求也日趨復(fù)雜，成為企業(yè)提高生產(chǎn)率的瓶頸。由于缺乏規(guī)范的數(shù)控編程流程、統(tǒng)一的刀具庫和切削參數(shù)庫等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫，數(shù)控加工的效率將大打折扣。雖然一些計算機輔助制造軟件提供了加工數(shù)據(jù)平臺，但其刀具數(shù)據(jù)庫中只包含一些示例數(shù)據(jù)，故不能滿足不同企業(yè)的應(yīng)用需求。

1刀具數(shù)據(jù)庫的建立

1.1　數(shù)據(jù)庫的設(shè)計

本系統(tǒng)采用Visual C++.NET 2003為刀具數(shù)據(jù)庫開發(fā)平臺，以Microsoft SQL Server 2000作為后臺數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，利用ADO數(shù)據(jù)庫訪問技術(shù)實現(xiàn)對刀具數(shù)據(jù)庫的管理，設(shè)計開發(fā)了刀具數(shù)據(jù)庫管理模塊。該數(shù)據(jù)庫不但能提供刀具信息，更主要的是它能為整個系統(tǒng)提供刀具三維數(shù)據(jù)查詢、瀏覽及修改服務(wù)，使整個系統(tǒng)功能更完善，適應(yīng)性更強。

1.2　概念設(shè)計

刀具數(shù)據(jù)是以表格的形式來體現(xiàn)，因此利用關(guān)系數(shù)據(jù)模型來建立刀具數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。關(guān)系數(shù)據(jù)模型是以集合論中關(guān)系的概念為基礎(chǔ)發(fā)展起來的，一個關(guān)系實質(zhì)上是一個二維表，通常關(guān)系型數(shù)據(jù)庫的設(shè)計分4個階段： 需求分析、概念設(shè)計、邏輯設(shè)計和物理設(shè)計。概念設(shè)計就是在需求分析的基礎(chǔ)上，用概念模型，如E-R模型(Entity-Relationship data model)表示數(shù)據(jù)及其相互間的聯(lián)系。E-R模型作為數(shù)據(jù)庫概念設(shè)計的數(shù)據(jù)模型，它包括實體、屬性和聯(lián)系3個抽象概念，本系統(tǒng)中，刀具庫采取結(jié)構(gòu)化的方式。

刀具數(shù)據(jù)庫中包括外圓端面車刀、內(nèi)孔車刀、仿形車刀、切槽車刀和螺紋車刀的基本信息等，在這個刀具數(shù)據(jù)庫中，每個刀具基本信息都包含了許多如刀具號、刀具名稱、材料、刀片的前角、刃傾角、主偏角和刀具長度等信息。外圓端面車刀基本信息E-R圖如圖1所示。

圖1　外圓端面車刀基本信息E-R圖

1.3　數(shù)據(jù)庫表的建立

為了能夠用某一數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)(DBMS)來實現(xiàn)用戶的需求，必須將概念數(shù)據(jù)模型進一步轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的邏輯數(shù)據(jù)模型，這就是數(shù)據(jù)庫的邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計。關(guān)系模型的邏輯結(jié)構(gòu)是一組關(guān)系模式的集合，而E-R圖則是由實體、實體的屬性和實體之間的聯(lián)系3個要素組成的，所以將E-R圖轉(zhuǎn)化為關(guān)系模型實際上就是要將實體、實體的屬性和實體之間的聯(lián)系轉(zhuǎn)化為關(guān)系模型。

表以相似數(shù)據(jù)的邏輯組合來存儲信息，以行和列來組織信息，行稱為記錄，列稱為字段。在表格中同一列數(shù)據(jù)具有相似的信息，這些數(shù)據(jù)的列條目就是字段，每一字段通過明確的數(shù)據(jù)類型來識別(如文本、數(shù)字、日期等)，并且有特定的長度，每個字段也有一個表明其信息類別的名字，在表中的行就是記錄。每一條信息都被設(shè)想成一個單獨的實體，它可以根據(jù)需要進行存儲或排序。

以75°直頭外圓車刀為例，刀具屬性表詳細列出了該類車刀的基本信息，如圖2所示。

圖2　刀具基本信息表

2刀具的參數(shù)化建模

刀具種類繁多，形狀也千差萬別，讓一個特定的系統(tǒng)保存所有刀具的三維實體模型是不現(xiàn)實的，也是沒有必要的，故對刀具進行分類，以尺寸驅(qū)動的方式對標準刀具進行參數(shù)化建模，建立數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。根據(jù)刀具的簡化原則和參數(shù)化設(shè)計原理，選擇刀具刀柄的f、B、H、H1、L作為構(gòu)建刀具模型的參數(shù)，刀具、刀槽和刀片在建模時直接繪出。以95°外圓端面車刀為例，具體參數(shù)如圖3所示。

圖3　刀具參數(shù)

在Pro/E中根據(jù)刀具的特征參數(shù)，建立一組可以完全控制三維模型形狀和大小的設(shè)計參數(shù)，再通過參數(shù)驅(qū)動生成幾何模型，具體創(chuàng)建過程如下。

(1) 創(chuàng)建模型。在Part模塊下創(chuàng)建一個同一類型的基礎(chǔ)刀具模型，該模型要具有很強的代表性，具有類似刀具的全部特征。

(2) 設(shè)置參數(shù)。選擇“工具”菜單下的“參數(shù)”選項，設(shè)置刀具的驅(qū)動參數(shù)，參數(shù)的命名要盡量符合零件特征，以便于識別區(qū)分。

(3) 添加關(guān)系。選擇“工具”菜單下的“關(guān)系”選項，添加參數(shù)間的關(guān)系式，建立參數(shù)和刀具尺寸之間的對應(yīng)關(guān)系。

(4) 再生模型。給設(shè)計好的基礎(chǔ)刀具參數(shù)賦初始值，經(jīng)調(diào)試無誤后，存儲模型并作為參數(shù)化設(shè)計系統(tǒng)的初始模型。

在Pro/E中建立好刀具的實體幾何模型，最后通過保存副本的方式將所建模型保存為Open Inventor默認的*.iv格式。由于在實體建模時采用了參數(shù)化方式，對于同一類型但尺寸不同的刀具，可以通過修改參數(shù)的方法實現(xiàn)刀具的重建，免去了重復(fù)建模的麻煩。

圖4　參數(shù)的設(shè)定

刀具參數(shù)化設(shè)置方法如圖4所示。在Pro/E中選擇“工具”菜單下的“參數(shù)”命令，打開參數(shù)對話框，添加f、B、H、H1、L5個參數(shù)并分別賦值，如圖4(a)所示。在Pro/E的參數(shù)設(shè)定對話框中，添加各個參數(shù)的關(guān)系式(如圖4(b)所示),當更改參數(shù)數(shù)值后，通過再生模型可達到繪制新的刀具模型的目的。對于建立好的車刀三維實體模型，將其以*.iv格式分別保存，并采用刀具數(shù)據(jù)庫的方式對刀具進行管理。在仿真系統(tǒng)中，通過刀具管理模塊對刀具進行查找等，可以方便、快捷地找到所需刀具。

3刀具數(shù)據(jù)庫模塊的使用

下面以刀具數(shù)據(jù)庫為例，介紹數(shù)據(jù)庫功能的實現(xiàn)。

如圖5所示，刀具數(shù)據(jù)庫模塊啟動后，首先彈出一個刀具類型選擇對話框，用戶需要根據(jù)對話框選擇要進入的刀具子庫。

圖5　刀具類型選擇對話框

以選擇外圓端面車刀為例，選擇后單擊“確定”按鈕，進入外圓端面車刀刀具庫管理用戶界面，如圖6所示，該界面對話框分為刀具基本信息、刀具列表、刀具圖形、刀具管理4個區(qū)域。刀具基本信息區(qū)由顯示刀具信息的一系列編輯框組成，可進行手動編輯；刀具圖形區(qū)可顯示刀具的三維圖形，并提供相關(guān)操作；左下方是一個List控件，該控件用來顯示刀具記錄信息，初始化后，先默認顯示所有信息，查詢后顯示查詢結(jié)果；右下方是管理功能區(qū)，刀具庫的絕大部分操作都在該區(qū)域進行。

3.1　查詢功能

用戶可以通過刀具號、刀具型號、刀具名稱、切削方向、主偏角、副偏角、刀具材料、前角、后角、刀尖圓角、刃傾角、制造商等多種查詢條件進行刀具查詢，如圖7所示，用戶先選擇查詢條件，再選擇查詢方式(精確和模糊)，輸入查詢的關(guān)鍵詞后，點擊“查詢”按鈕進行查詢。此時，程序接收到這一消息后，按SQL的語法規(guī)則將用戶在控件中輸入或選擇的內(nèi)容轉(zhuǎn)化成正確的SQL命令，然后作為參數(shù)傳給記錄集對象的Open函數(shù)。查詢結(jié)果顯示在刀具列表List控件中，如圖8所示。

3.2　刀具篩選功能

本系統(tǒng)中的刀具篩選功能類似于一個“刀具查詢智能選擇向?qū)А保鐖D9所示，它提供兩種篩選方式： 一是通過刀具主要加工內(nèi)容和刀具名稱進行篩選(如圖9(a)所示)；二是通過刀具型號的逐位選擇來篩選(如圖9(b)所示)。

圖6　刀具庫管理界面

圖7　刀具庫操作界面

3.3　添加功能

圖8　查詢功能

添加功能是用戶將刀具基本信息填好后，選擇“添加”按鈕來實現(xiàn)對記錄的添加。添加信息后，程序提示“請為新添刀具設(shè)置三維圖！”，可在刀具圖形區(qū)域為新添刀具添加刀具圖，添加按鈕IDC_BUTTON_ADD的響應(yīng)函數(shù)是OnBnClickedBu-ttonAdd()。

圖9　刀具篩選功能

3.4　修改功能

修改功能是用戶在List控件中選中需要修改的記錄，然后在基本信息區(qū)域修改記錄，最后單擊“修改”按鈕來實現(xiàn)對記錄的修改，同樣可在刀具圖形區(qū)域重設(shè)刀具圖或刪除圖，修改按鈕IDC_BUTTON_EDIT的響應(yīng)函數(shù)是OnBnClickedBu-ttonEdit()。

3.5　刪除功能

刪除功能是用戶在List控件中選中需要刪除的記錄，然后單擊“刪除”按鈕來完成對該記錄的刪除，同時更新List控件，刪除按鈕IDC_BUTTON_DELETE的響應(yīng)函數(shù)是OnBnClickedButtonDelete()。

3.6　瀏覽功能

瀏覽功能主要在List控件中完成，單擊選中某一記錄后，可在基本信息區(qū)域和刀具圖形區(qū)域瀏覽刀具信息。“鏈接刷新”按鈕可實現(xiàn)記錄集的重新查詢，按記錄集的數(shù)據(jù)更新控件顯示。

4結(jié)論

本文介紹了基于Pro/E三維設(shè)計軟件建立刀具參數(shù)化模型，采用Visual C++.NET 2003為刀具數(shù)據(jù)庫開發(fā)平臺，以Microsoft SQL Server 2000作為后臺數(shù)據(jù)庫服務(wù)器建立刀具數(shù)據(jù)庫。刀具數(shù)據(jù)庫的建立能夠高效管理復(fù)雜的切削加工數(shù)據(jù)，可更符合實際數(shù)控加工需求，確保適用性。刀具庫內(nèi)容的不斷更新，并且可與數(shù)據(jù)挖掘、專家知識、人工智能等先進技術(shù)集合，使經(jīng)過實際加工檢驗和優(yōu)化的刀具參數(shù)得以保留，便于在更大范圍內(nèi)共享知識與經(jīng)驗，并實現(xiàn)更加復(fù)雜的功能，從而提高加工效率，降低生產(chǎn)成本。

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中圖分類號：TP311.131

文獻標識碼：A

文章編號：1674-540X(2015)02-012-05

作者簡介：邢強(1981-)，男，本科，工程師，主要從事設(shè)備采購與管理工作，E-mail： xingqiang@shanghai-electric.com

收稿日期：2015年3月