（机械制造及其自动化专业论文）基于开放式数控系统的刀具数据库管理研究与设计.pdf

摘要 刀具是机械制造系统中的重要组成部分之一，在机械行业的生产过程中涉及 到大量的机械加工，尤其是金属切削加工。那么，是否能合理、有效的管理刀具， 在很大程度上决定了c a m 系统的可靠性和生产效率的高低。就实际生产而言， 能否提供一整套与之相符的比较完善的刀具数据库管理系统就显得尤为重要，这 就为一些专家学者在研究刀具数据库管理系统的开发和设计方面提供了现实意 义和研究价值，也将为提高企业的生产效率和经济效益创造有利条件。本文在分 析和研究现有研究成果的基础上，着重进行了以下几个方面的研究与设计，主要 包括四部分内容： 一、从开放式数控系统的发展，国内外刀具管理的研究状况和未来的发展前 景阐述了本课题研究的现实意义和实用价值，并根据现有实验室的可利用资源引 出了该论文的研究方向和研究内容。 二、研究建立刀具数据综合信息库。如：组合车刀、圆柱平头和球头立铣刀 的几何参数、工艺参数、切削参数等信息。详细地介绍了基于数据库平台开发技 术，实现了利用a c c e s s 软件建立在数控加工过程中合理选择刀具的工艺参数和 查询库存刀具几何参数的方法。 三、介绍了刀具数据库管理系统的开发思路和实用价值，利用实际生产过程 中对刀具的使用和维护，设计并建立了数据关系模型，利用v i s u a lb a s i c 6 0 开发 应用程序中a d o 数据访问技术对建立的刀具数据库进行了访问，从而实现了面 向开放式数控系统刀具数据库应用系统的开发。本系统能够完成刀具在使用过程 中的查询、添加、修改等操作和维护，在此基础上实现了选刀和报表打印等功能， 为用户在实际生产中提高生产效率奠定了基础。 四、对刀具的磨、破损状态监测技术有了初步的探究。智能监测、远程诊断 技术是当前最前沿的监测技术，以刀具振动信号为特征量，利用多传感器搭建了 数据采集和硬件分析平台，对刀具状态离线分析做了简单介绍，并得出结论。 关键词：数控机床，开放式数控系统，刀具数据库，状态监测技术 a b s t r a c t c u ri so n eo ft h ek e yp a r t so fm a c h i n e r ym a n u f a c t u r i n gs y s t e m i np r o d u c i n g p r c c e s so fm e c h 柚i c a lf i e l d ，m a s sm a c h i n i n g a l ei n v o l v e d ，s p e c i a l l ym e t a lc u t t i n g i t n o to n l yh a sh i 曲l yr e s e a r c hv a l u ea n ds i g n i f i c a n c ef o rt h em a n a g e m e n to f c u t t e lb u t a l s oc r c a t e sa d v a n t a g ef o ri m p r o v i n ge n t e r p r i s e sp r o d u c i n ge f f i c i e n c ya n d e c o n o m i c a l p r e f i t b a s e do nt h ea n a l y s i sa n dr e s e a r c ho fe x i s t i n gr e s e a r c hr e s u l t , t h i sp a p e rp u t s e m p h a s i so nr e s e a r c ha n dd e s i g ni nt h ef o l l o w i n ga s p e c t s t h i sp a p e rm a i n l y c o n t a i n s f o u rp a r t s ： f i r s t l y , f r o mt h ed e v e l o p m e n to fo p e nd i g i t a lc o n t r o ls y s t e m ，e x i s t i n gr e s e a r c h s l ：a ：t u sa n df u t u r ed e v e l o p i n gp r o s p e c ti nd o m e s t i ca n da b r o a d o fd i g i t a lc o n t r o l m a c h i n et ) o la n dm a n a g e m e n to fc u r e r ，i te x p a t i a t e st h es t u d y i n gm e a n i n ga n d p r a c t i c a lv a l u eo f t h i st o p i ca n dd e r i v e st h er e s e a r c ho r i e n t a t i o na n dc o n t e n to ft h i s p a p e rb a s e do n a v a i l a b l er e s o u r c ei nl a b o r a t o r y ； s e c o n d i v d a t a b a s eo fc u t t e rs y n t h e t i cm e s s a g e ，f o re x a m p l e ，m e s s a g e o f g e o m e t r yp a r a m e t e r , e m i lp a r a m e t e r , c u t t i n gp a r a m e t e ro fc o m b i n i n g l a t h ea n df l a t - a n db a l l e n d m i l l i n gc u r e ri se s t a b l i s h e d i ti n t r o d u c e sd e t a i l e d t h ed e v e l o p i n g t e c h n 0 1 0 9 yo nd a t a b a s ep l a t f o r m ，a n da p p l i e sa c c e s ss o f t w a r et ob u i l dt h e m e t h o do f c o l l e c t i n gc u r e r sc r a f tp a r a m e t e ra n di n q u i r i n gc u r e r sg e o m e t r yp a r a m e t e r ； t h i r d l y , i ti n t r o d u c e st h ed e v e l o p i n gi d e aa n dp r a c t i c a lv a l u eo f c u r e rd a t a b a s e m a n a g e m e n ts y s t e m ，d e s i g n sa n db u i l d s t h ed a t am o d a lb yu t i l i z i n gt h ec u t t e r s o p e r a t i o na n dm a i n t e n a n c ei na p p l i c a t i o np r o c e s s ，a p p l i e sv i s u a lb a s i c 6 0d e v e l o p i n g a p p l i c a t i o na n da d od a t a a c c e s st ob u i l dc u r e rd a t a b a s ea n dt h e n a c h i e v e s d e v e l o p i n gt ot o o ld a t a b a s e o no p e nc n c s y s t e m t h es y s t e mf u l f i l l st h ec o n v e n i e n t o p e r a t i o na n dm a i n t e n a n c ei ni n q u i r y , a d d i n ga n dm o d i f i c a t i o ni na p p l i c a t i o np r o c e s s ， t h u si tb a s i c a l l yr e a l i z e sc u t t e rs e l e c t i o na n dt a b l ep r i n t i n ga n dc r e a t e sf o u n d a t i o nf o r i m p r o v i n gp r o d u c i n ge f f i c i e n c y f i n a l l y , i ti m p l e m e n t sp i l o ts t u d y f o ra b r a s i o no fc u t t e rs t a t u sm o n i t o r i n g t c c h n o l o g y i n t e l l i g e n tm o n i t o r i n g 、r e m o t ed i a g n o s i st e c h n o l o g y a r ek e e p i n gh e a d c u r r e n t l y b a s e do nc u t t e rv i b r a t i o ns i g n a le i g e n v a l u e ，i te s t a b l i s h e sa n a l y s i sp l a t f o r m o fd a ：t ac o l l e c t i o na n dh a r d w a r ea n a l y s i st h r o u g hm u l t i s e n o r , i n t r o d u c e s o f f - l i n e a n a l y s i so fc u t t e rs t a t u sa n d e d u c e sc o n c l u s i o n k e yw o r d s ：c n cm a c h i n e ，o p e nd i g i t a lc o n t r o ls y s t e m ，t o o ld a t a b a s e ，s t a t u s m o n i t o r i n gt e c h n o l o g y 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得苤鲞盘堂或其它教育机构的学位或证 书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中 作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：j 渺二名0 签字日期：咄矿月彤日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解苤聋盘鲎有关保留j 使用学位论文的规定。 特授权叁鲞盘堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者主名：j 瓣 秽 导师签名 签字日期：2 僻，月y 厂日 签字日期五争，砷0 日 第一章概述 1 1 课题来源及研究意义 1 1 1 课题来源 第一章概述 本论文课题的研究主要来源于导师的科研项目组，得到以下科研项目的资 助： l 、国家自然科学基金支持项目：“基于动态监控建模和物理仿真的制造系统 智能控制理论与模式 ，项目编号：5 0 4 7 5 1 1 7 ； 2 、天津市应用基础研究计划重点项目：“面向开放结构数控系统的嵌入式 智能重构与二次开发技术”，项目编号：0 5 y f j z j c 0 1 8 0 0 。 1 1 2 刀具数据库管理系统的研究意义和重要性 刀具是机械制造系统中重要的组成部分之一，机械工业的生产过程中涉及大 量的金属切削加工，其中要采用各类标准与非标准刀具，其共性是规格多、品种 杂、数量大、精度高，在实际加工中刀具的性能和质量直接影响到能否顺利加工 出符合要求的产品，影响到加工工艺，影响到产品的精度，而能否按时保质、保 量地将调度或修磨好的刀具顺利地提供给生产线又将直接影响到生产能否正常 持续地进行下去【l 】，特别是在实施高精益生产的c a m 中，生产的中间环节是整 个生产线的核心环节。因此，一把关键的刀具特别是非标准刀具如不能按时提供 到位，将会造成整个生产线的停产作业，此时如没有完善的应急措施或迅速反应， 可能会造成最后的装配线的停产作业，这将给整个企业的经济带来重大的损失。 由此看来，刀具的管理无疑是影响其效率发挥的重要因素之一，其综合管理显得 尤为重要。 刀具管理是否合理、科学，在很大程度上决定了c a m 系统的可靠性和生产 效率的高低。刀具管理的目标就是保证及时、准确地为指定的机床提供所需的刀 具，一个合理有效的全面刀具管理系统必然会对整个系统生产力水平的提高、投 资费用的减少起重要作用。在现代数控技术迅速发展的当今，对刀具的使用和管 理提出了更高的要求。因此，科学的管理和合理地利用有利资源将为企业提高生 产效率奠定坚实的基础，刀具数据库管理系统的研究有了一定的实用价值。 第一章概述 1 2 国内外研究现状综述 1 2 1 开放式数控系统的发展状况 国内外开放式数控系统的研究状况，随着计算机技术、信息技术、网络技术 的迅速发展，开放式数控系统的优越性已为越来越多的系统商、设备制造商和用 户所认识和欢迎。开放式结构迅速使数控系统在通用化、柔性化、智能化和网络 化方面大大发展，推动数控技术得到更广泛的应用，提高了数控技术在市场中的 竞争力。其中，美国是最早提出开放式数控系统这一概念的国家，美国于1 9 8 7 年提出了n g c ( n e x tg e n e r a t i o nw o r k s t a t i o n m a c h i n ec o n t r o l l e 0 计划，企图通过实 现基于相互操作和分级式软件模块的“开放式系统体系结构标准规范一 ( s p e c i f i c a t i o nf o r 锄o p e ns y s t e ma r c h i t e c t u r es t a n d a r d , s o s a s ) 找到解决传统数 控系统存在的“专用、封闭 的问题。在n g c 计划中提出了“开放式体系结构” 的新一代数控的概念，一个开放式系统体系结构能够使供应商为实现专门应用选 择最佳方案去定制控制系统【2 】。 那么什么是开放式数控系统呢? 目前尚未形成统一的定义，但从1 9 5 2 年世 界上第一台数控机床诞生以来，数控技术经过几十年的发展已日趋完善，已由最 初的硬件数控( n c ) ，经过计算机数控( c n c ) ，发展到今天以微型计算机为基 础的数控( m n c ) ，直接数控( d n c ) 和柔性制造系统( f m s ) 等，现在正朝着 更高水平发展开放式数控技术。 开放式数控系统一般应具备以下特征【l 3 1 1 、采用分布式控制原则，采用系统、子系统和模块分级式的控制结构，其 构造是可移植和透明的： 2 、根据需要可方便地实现重构、编辑，以便实现一个系统多种用途； 3 、开放式体系结构中各模块相互独立，系统厂、机床厂及最终用户都可很 容易地把一些专用功能和其它有个性的模块进行独立开发，为此要有方便的支撑 工具，控制程序设计按系统子系统模块三级进行，各模块借口协议要明确； 4 、要具有一种将较好的通信和接口协议，以便各项对独立的功能模块通过 通信实现信息交换满足实时控制要求。总之，所谓开放式数控系统应是一个模块 化、可重构、可扩充的软硬件控制系统。 在现代制造系统中，数控技术一直是先进制造技术的核心，是各种柔性化制 造系统核心控制单元。由于计算机技术、信息技术、网络技术的迅速发展，开放 式数控系统的优越性已为越来越多的系统制造商、设备制造商和用户所认识和欢 迎。开放式结构迅速使数控系统在通用化、柔性化、智能化和网络化方面大大发 2 第一章概述 展，推动数控技术得到更广泛的应用，提高了数控技术在市场中的竞争力。 n g c 技术是一个实时加工控制器和工作站控制器，其首要目标是开发 s o s a s ，用来管理工作站和机床控制器的设计和结构组织。一个开放式系统体系 结构能够使供应商为实现专门应用选择最佳方案去定制控制系统。其中n g c 计 划于1 9 9 4 年完成了原型研究并已转入工业开发应用。 欧盟和日本在九十年代初提出的o s a c a 和o s e c 计划，其目标是开发出开 放性的c n c 系统，允许机床厂对系统作修改、补充、扩展、裁剪来适应不同用 户的需要。o s a c a 体系结构保证了各种应用系统与操作平台的无关性及相互间 的互操作性，保证了开放性，并明确规定了不同的开放层次：应用层开放、核心 层开放、全部开放。而国内的开放式数控系统的研究也取得了一定的成绩，正朝 着成熟、完善、适用的方向发展。 1 2 2 开放式数控系统的发展状况 就目前从刀具数据库管理系统的发展现状来分析，国内外对数控系统的研究 非常看重，国外的研究已经趋于成熟，而国内对开放结构数控系统的研究比较侧 重于对用户的专用控制功能的实现，但一直处于模仿国外体系结构的阶段，基本 都是在朝着基于p c 平台的开放控制器模式发展，所进行的相关创新研究主要体 现在软件结构上口1 。随着国内经济的迅速发展，科技水平的不断提高，为跟踪国 际制造业先进水平，作为自动化领域主题的c i t s 得到国内外许多企业的重视， 引进了一大批先进加工设备，改善了生产条件，在一定程度上提高了生产力和产 品质量，其中典型的刀具库管理系统a m s t m s l 0 是北京机电研究院开发的先进 制造系统( a m s ) 中刀具管理系统软件的原型，其主题思想为开放式数控系统基 于网络数据库刀具管理技术提供了必要的技术支持，为终端用户使用提供了便 利 但是，不少企业在生产过程中忽视了配套软件的使用，刀具管理中还存在的 种种弊端已经严重影响到了引进的一流设备的充分高效率的利用。具体表现在以 下几个方面h ： 1 、企业刀具信息管理仍停留在手工处理阶段，劳动强度大且出错率高。 2 、刀具准备计划和生产作业计划脱节，不配套，常造成停机和等刀现象。 3 、刀具切削参数、刀具的寿命没有得到严格的管理与控制，造成刀具利用率 低下、易破损及平均寿命短等后果。 综上所述，为适应现代数控技术的不断发展，研究开发一套较为配套完善的 刀具库管理系统是非常必要。 第一章概述 1 3 问题的提出和研究内容 1 3 1 问题的提出 通过以上对国内外研究现状分析可以看出，工业制造业系统正朝着开放式、 模块化、智能化、网络化和可靠稳定性的综合集成方向发展。就以上对刀具数据 库管理系统的不完善之处提出本课题的研究，其主要目的是为了目前各大企业在 刀具管理中利用最小的刀具资源来达到企业的生产要求，尽可能减少对刀具资源 的占有，使刀具的存取更便利，刀具交换次数少，准备时间短，利用率高的效果， 为提高自动化生产效率奠定基础。 1 3 2 本课题主要研究内容 l 、刀具综合信息管理 通过市场调研，了解制造业对刀具的需求状况，如刀具的类型、规格、切削 条件等，为刀具制造商进行产品设计开发提供信息。对刀具使用单位，则应根据 被加工零件的具体要求，提出刀具需求计划，进行刀具成本核算。 刀具综合信息管理包含了全面刀具管理，可以将刀具在制造系统中所处的不 同位置及状况，把刀具的管理有侧重地进行模块化划分，如：刀具的综合物资管 理、使用管理、技术管理等；根据刀具在制造系统中的使用情况，又可将刀具管 理应用软件进行划分，如：刀具计划与库存模块，刀具调度模块，数据查询和维 护模块等。如图卜1 所示。 人 机 交 互 破 损 监 控萋ll 雾li 囊ll 囊i i 耋ll 翼l i 番il 橐 技术管理ll 使用管理li 物资管理 刀具综合信息管理k 一刀具信息库 图1 1 刀具库管理模块 4 第一章概述 2 、刀具参数管理 刀具参数管理包括几何参数和工艺参数。针对刀具材料使用要求和切削量的 选择原理，对刀具的几何参数提出了更高的要求，在刀具材料确定之后，刀具的 切削性能便由其几何参数来决定。选择刀具合理几何参数的目的在于充分发挥刀 具材料的效能，保证加工质量，提高生产效率，降低生产成本；刀具工艺参数则 主要根据刀具材料、工件材料选择机床加工工艺参数，刀具参数管理网系统全面 的收集了刀具几何参数和工艺参数的基本要求。 3 、刀具状态查询管理 刀具使用信息管理是控制系统及时向机床发出更换刀具的指令，机床控制装 置接受指令，安排刀具在相应的库位中就位，接收相应的刀具调整数据，满足机 床加工的需要，分配刀具首先要根据机床加工任务确定机床所需的刀具使用计 划，再根据剩余寿命计算求得刀具需求量。由于机床到库的容量是有限的，为了 防止可能出现刀具短缺的情况，同时实时监测刀具的可使用性，相应的做好刀库 的管理及刀具状态的记录，及时向刀具分配调度模块回报刀具使用的实际状况， 排除那些不再使用或需重新返修的刀具，并修改相应的信息，以便下次作业调度 时提供确切数据。此块模块需要对刀具的工况进行实时监控，主要控制刀具磨损、 破损状态，对刀具磨损应采取补偿、调整等措施；对刀具破损应及时报警，停止 工作，进行更换。 在刀具使用过程中根据刀具的可用信息，将刀具进行分类入库，一方面，根 据刀具的需求清单，将刀具的各个元件从库存中取出，进行组装。通过刀具预调 仪进行尺寸调整后，放在相应的刀架中，准备发送；另一方面，根据刀具的卸刀 清单，将运送来的刀具拆卸，检查刀具各元件是否可用，如可用，则对刀具进行 修磨维护，然后，放入库存进行下次调用；如不可用，则删除。刀具修磨的精度 直接影响到加工的精度，因此，对刀具的修磨管理是必不可少的，且对修磨刀具 的几何参数要达到机床加工要求方可使用。 4 、关键技术及可行性分析 ( 1 ) 数据库技术 基于数据库技术设计开发刀具管理应用系统就可以实现刀具的计算机管理， 本课题选择面向对象的关系型数据库a c c e s s 及完全面向对象的高级开发语言 v b n e t ，开发适用于嵌入式开放架构数控系统平台的刀具数据库管理子系统嘲， 利用多维映射技术基本实现对刀具的综合管理、几何参数及工艺参数管理、刀具 的使用信息管理和维护等功能。 ( 2 ) 状态监测与分析 机床运行过程中的状态监测技术是随着近十多年发展起来的一门了解和掌 第一章概述 握机床在运行过程中的状态，确定其整体或局部是否正常，及早发现故障及原因 以防止更大损失的新型的综合性边缘学科技术。对于监测对象，为提高数控机床 的工作可靠性，应对机床刀具的主轴转速、进给量、切削液、系统电压波动等参 数和状态进行实时监测。其中刀具状态监测是先进制造技术中的关键技术，目前 对机床状态监测的研究也主要集中在了对刀具的在线实时监测方面，方法主要有 声发射、切削力、振动、电机功率等哺1 。 根据刀具在运行过程中所产生的各种信息，如振动、温度、油液、声音等信 息进行数据采集、信号处理与分析，诊断出刀具的运行状态，以确保刀具的实时 监测与维护。就监测信号形式而言，振动信号涉及的领域最广、理论基础最为雄 厚、研究得最具生机与活力。目前，对振动信号采集来说，计算机技术足以胜任 各种场合的需要。 6 第二章刀具数据库管理方案的研究 2 1 引言 第二章刀具数据库管理方案的研究 随着数控技术的不断发展，合理的选用刀具和刀具的切削参数对数控加工起 着重要作用和有着不可替代的意义。切削参数选择的恰当与否，将直接影响到产 品的质量、生产效率，加工成本等，从而影响企业的竞争能力，由于影响切削参 数选择的因素繁多，且各因素之间要相互交叉、相互制约，因而确定最佳的切削 参数较为困难。人们最初是根据工艺人员的加工经验来确定切削参数，但这种方 法所确定的切削参数会园人因厂而异，实际情况相差很大。随着各种新加工材料 的不断涌现，以及数控加工机床、加工中心和乘性制造系统的广泛运用，依靠跟 据人的经验来确定切削参数已不能适应时代的发展了，因此有必要对刀具切削数 据库进行研究为生产中的关键设备配置合理的加工参数。 一个完整的优化切削数据库，应包含加工条件、加工技术要求、推荐数据、 优化数据、相应切削状态及约束条件检验等大量繁杂而相互关联的数据信息，如 何周密的组织这些数据信息是建立切削数据库的基本技术，也是建立数据库系 统的关键要素，因此，我们所要建立的数据库应该具备以上的各项功能。 2 2 刀具数据库管理方案的分析 2 2 1 刀具数据库的整体结构 数控加工过程中，一方面是确保机床n c 代码的正确性，另一方面要借助刀 具库的数据来优选最佳的加工刀具根据给定的时间序列间隔生成相应的刀具扫 描，通过刀具的扫描结果与工件的实体模型相交来反映零件的几何切削过程”1 ， 在此过程中需要大量的与切削过程相关的各种数目互互e 口- l 巨型型 据的介入，因此，应用刀具数据库 切削参数) 浩输入数据库窘码 可以使得机床加工工艺、加工过程更具有实用性， 卜” 提高了生成效率和生成质量。确定 l 取诮 l 、刀具数据库登陆功能。为了防止别人修改 和盗取数据，在调用数据库时设置了调用密码 图2 一l 数据库密码窗口 第二章刀具数据库管理方案的研究 其窗口如图2 - 】所示，只有管理员才可打开数据库对其数据进行修改和添加、删 除等操作，一般的用户要通过刀具数据库系统享有使用权。 2 、数据库设计技术。在设计开发刀具数据库系统时，建立刀具信息数据库 是基础，数据库设计阶段应首先对数据库应用领域进行深入细致的调查和分析， 收集用户对数据库信息和处理功能方面的要求，设计出能充分反映用户需求的概 念模式，通过查阅大量的资料和对典型先进制造系统中刀具流动情况分析可知： 刀具信息是在刀具工作站、机床数控装置以及设计工艺部门之间传输即刀具信息 流。按照用户的需求对整个数据库的数据处理过程进行划分，建立多个分过程的 实体联系模型( 详见第三章) 。对其中各个实体、联系进一步分析，建立对它们 进行详细描述的数据字典。本文中主要是使用a c c e s s 软件建立并完成了刀具数 据库的整体统筹和设计，其框图如2 - 2 所示。 ，墨嘲! 目心 菌h * 锄女# - s a q px 。i j 蠹罾 m ! 一 丐习! 。一一” m ；裂麓：。| 【 3 2 i 鼎蜘l z h i 目七臣日盈霍墨宙叠量互墨越；：_ i 旦j 苎| 制积 3i 槲啪* 目挝# z 口珂砸亚巫亚囤亘面五习 * ! ：氅笋“m m ”t * 崮盘；慧：嚣：；：罾” m 一；嚣笋 目蕊i 震i 慧i iii 嬲 。 ：嚣一* 曰竺i 嚣：篙：船 月拢静- ：礴月-口r t 目i 矾 i ! ! 黑竺：! ：? “jl 盟i 慧：嚣；：等” 图2 - 2 刀具数据库整体窗口 2 2 2 刀具数据库的基本管理 刀具数据库主要是用来存储刀具相关数据的，对相关联的数据表建立合理的 数据访问技术实现最基本的管理功能。本人设计的数据库主要有车刀、铣刀的 几何参数库，切月用量库，切削液库，刀具工艺库等。刀具数据库系统主要有机 床、夹具、工件、刀具、切削用量等数据库以及由此而产生的为某一具体工序服 务的工艺系统苦工序库，方便了手工编程也便于数据加工过程中提取数据 第二章刀具数据库管理方案的研究 同时为便于存储加工过程中瞬时预测结果建立的工步库，数据库结构主要有以下 几个模块组成： l 、刀具、工件、机床夹具等数据库 刀具、工件、机床夹具等数据库内均有两类数据表，一类是按照存储着决定 其加工所需的全部尺寸，以及其名称、编号、规格参数等；二是有利于浏览、查 询的各分类的数据库表。以刀具库为例，把莫氏锥柄立铣刀i 组作为一类，把旋 转刀具作为一大类，在大类表中存储刀具的分类编号如刀具名称、材料、齿数、 直径、度等主要参数，便于选刀。大类与各类的数据库表之间建立参照完整性如 图2 3 所示。 图2 3 刀具数据管理框架结构图 2 、切削用量库、单位切削功率库 切削用量库根据加工方法、加工特征分为多个子库，每个库内存储着刀具材 料、刀具直径、工件材料、切削深度、进给量、切削速度等有关数据。单位切削 功率库存储着工件材料、硬度、加工方法、刀具材料、进给量、单位切削功率等 数据。 3 、机床刀库、工艺、工序、工步库 用户根据工序的需求，如图2 3 所示，将从刀具库中选出的刀具再经选中、 添加到机床刀具库哺3 的数据库表中，并自动生成与数控机床系统要求格式一致的 刀具号。把经常加工的工件以及与其对应的夹具及机床，添加到工艺系统库。工 艺系统数据库包含工艺系统号、工件号、夹具型号、工艺系统质量、刚度、阻尼 以及调整好的机床、夹具、工件的装配关系等字段。将满足约束要求的切削用量 9 第二章刀具数据库管理方案的研究 添加到工序库，工序库中的数据库表包含了程序段号、各工步的加工方法、加工 特征、切削深度、切削宽度、刀具号、刀具规格、主轴转速、进给速度、工艺系 统号、程序编号等，程序段号由系统自动按一定间隔生成。工步库主要包括了刀 具加工时的相关参数，如：加工刀具中心的位置，包含时刻、刀具中心的位置坐 标，瞬时切削力、相对振动、表面尺寸误差、程序段号、程序编号等。 4 、数据的管理功能 对刀具、工件、夹具、切削用量等数据库具有数据进行浏览、查询、插入、 删除、更新等功能，并通过查询、显示、选中添加到相应的工艺系统库、机床刀 库、工序库，还可以对这几个库的记录进行删除操作，访问、使用简单方便。 2 3 数据库平台开发技术 数据库的应用程序是针对实际工作的需要而开发的各种基于数据库管理方 式的应用程序。通常有两种方案：一是使用数据库管理系统提供的各种命令直接 开发；二是使用v b 等开发工具在开发前台界面的同时，去访问后台数据库脚。 本文中采用的是后者，即在用v i s u a lb a s i c6 0 开发的应用程序中，对用a c c e s s 软件建立的刀具数据库进行访问，以实现数据库强大的应用功能。 2 3 1a c c e s s 软件 a c c e s s 是v i s u a lb a s i c 的内部数据库，即缺省数据库类型。这里的内部有两 方面的含义：一是用a c c e s s 建立的数据库( m d b ) 可以在v i s u a lb a s i c 中使 用；二是用v i s u a lb a s i c 可以直接建立a c c e s s 数据库。因此，通常在v i s u a l b a s i c 中，“a c c e s s 数据库 和“v i s u a lb a s i c 数据库 含义相同。 2 3 2 数据库访问技术 1 、v b 访问数据的接口 在v i s u a lb a s i c6 0 中，可用的数据访问接口有三种n 1 1 ： 数据访问对象( d a o d a t aa c c e s so b j e c t ) 远程数据对象( r d o r e m o t ed a t ao b j e c t ) a c t i v e x 数据对象( a d o - a c t i v e xd a t ao b j e c t ) 1 0 第二章刀具数据库管理方案的研究 ( 1 ) 数据访问对象( d a o - d a t aa c c e s so b j e c t ) 方式是允许程序员操作 m i c r o s o rj e t 数据库引擎的第一个面向对象的接口。j e t 数据库引擎是一种用来 访问m i c r o s o f ta c c e s s 和其它数据源的记录和字段的技术。它对于单一系统的数 据库应用程序非常有效。 ( 2 ) 远程数据对象( r d o r e m o t ed a t ao b j e c t ) 方式是提供给开放数据库互联 ( o d b c - - o p e nd a t a b a s ec o n n e c t i v i t y ) 数据源的面向对象的接1 3 。r d o 是开发 m i c r o s o f ts q ls e r v e r 、o r a c l e 和其它大型关系数据库应用程序的数据库开发者使 用的对象模型。 ( 3 ) a c t i v e x 数据对象( a d o - a c t i v e xd a t ao b j e c t ) 方式是d a o 和r d o 方 式的继承者，其编程模型是m i c r o s o f t 的一种新技术。该技术是m i c r o s o f t 最新 和最强大的数据访问范例o l ed b 而设计的，是一个简单的应用程序层接口。 o l ed b 是新的底层接口，它并不局限于i s a m 、j e t 甚至关系数据源，但是它 能够处理任何类型的数据，而不需考虑它们的格式和存储方法，是一种通用的数 据访问范例。由于o l e d b 接口比较复杂，不能在v b 中直接访问，a d o 封 装并且实现了o l ed b 的所有功能，从而可以通过a d o 调用o l ed b 。数据 库访问技术可由图2 - 4 所示n 羽。 关系数据 图2 - 4v b 数据库访问技术 非加工数据源 数据访问技术总是在不断地进步不断地发展，a d o 、d a o 、r d o 代表了该 项技术的不同发展阶段。a d o 是最新的数据库访问技术，是独立于开发工具和 开发语言的简单且容易使用的数据接口，同a d o 相比，其它数据访问接口都会 黯然逊色“1 3 1 第二章刀具数据库管理方案的研究 2 、v b 访问数据库的方法 v b 中有两种使用d a d 、r d o 、a d o 的方法访问数据库。第一种是利用支 持它们的特殊控件：数据控件( 支持d a o ) 、远程数据控件( 支持o d b c ) 和 a d o 数据控件( 支持a d o ) 。第二种是直接以编码方式使用三种数据库对象“。 3 、a d o 技术访问数据库 a d o 集成了o l ed b 和o d b c 它要么直接通过o l ed b 提供获取数据 要么间接地通过o d b c 获取数据。a d o 通过o l ed b 提供程序与数据库进行通 信，这种方法要优于通过o d b c 驱动。在a d o 中，一并提供了用于a c c e s s 、s q l s e r v e r 数据库的本机o l e d b 提供程序“”。 a d o 对象模型中包含了3 个一般用途的对象：c o n n e c t i o n 、c o m m a n d 和 r e c o r d e s t 。程序开发人员可以创建这些对象并且使用这些对象访问数据库。a d o 数据控件使用a c t i v e x 数据对象( a d o ) 来快速建立数据约束控件和数据提供者 之间的连接，并快速创建记录集，然后将数据通过数据约束控件提供给用户“。 a d od a t a 控件是扩展( a c t i v e x ) 控件。它通过m i c r o s o f ta c t i v e x 数据对象 ( a d o ) 来建立对数据源的连接，凡是符合o l ed b 规范的数据源都能连接“3 。 a d o d a t a 控件通过将c o n n e c t i o n s t r l n g 属性设置为一个有效的连接字符串， 然后将r e c o r d s o u r c e 属性设置为要打开的表名，实现对数据源的连接。 由于a d od a t a 控件不属于v b 中的固有控件，因此在使用之前先要将它 加载到工具箱中。单击菜单。工程部件”，打开“部件”对话框，在。部件” 选项卡中，选中4 m i c r o s o f t a d o d a t a c o n t r o l6 “o l e d b ) ”按“确定”按钮 返回，即可在工具箱中看到a d od a t a 控件。 设置a d od a t a 控件的c o n n e c t i o n s t r i n g 属性。把a d od a t a 控件放到 窗体上在属性窗1 2 1 中，单击c o n n e c d o n s t f i n g 属性右边的虬一”按钮，弹出属 性页对话框如图2 - 5 所示。 日趸墨二型 1 j 女m t 1 胂d l p e f o 譬翟。，”口“z # 1 ! ! ! ! 燮墅! ! l 【 二1 一l 5 产型墅一。，l # * e q ) r 一 图2 - 5 属性页对话框 第二章刀具数据库管理方案的研究 在该对话框中允许通过三种不同的方式连接数据源。使用d a t al i n k 文件t 表示通过一个连接文件来完成连接。单击旁边的。浏览一按钮，选择连接文件。 使用o d b c 数据资源名称：可以通过单击右边的下拉按钮选择某个已经创 建好的数据源名称( d s n ) 作为数据源，如：车刀。若还没有创建好，则单击右边 的“新建一按钮，新建o d b c 数据源。 使用连接字符串。单击右边的“生成”按钮，弹出“数据链接属性 对话框， 在“提供程序 选项卡中选择o l ed b 提供程序。比如，连接m i c r o s o t ta c c e s s 2 0 0 3 数据库，选择“m i c r o s o f tj e t4 0o l ed bp r o v i d e r 一。单击“下一步，在 “连接”选项卡中选择要连接的数据库。单击对话框右下角的“测试连接”按钮， 即可测试连接是否成功。 设置a d od a t a 控件的r e c o r d s o u r e e 属性。与数据库连接成功后，还需 设置记录源，在a d od a t a 控件的属性窗口中，单击r e c o r d s o u r e e 属性右边 的q “一按钮，弹出记录源属性页对话框，在“命令类型 下拉列表中选择“2 a d c m d t a b l e 一，在“表或存储过程名称一下拉列表中选择相应的表名，单击“确 定一，关闭记录源属性页。此时，通过a d od a t a 控件已完成了v b 与数据库 的的连接工作。 可以在程序代码中完成这两个属性的设置，从而实现在运行时动态地连接数 据库。设置d a t a g r i d 控件的d a t a s o u r c e 属性值为a d od a t a 控件的n a m e 属性值，如a d o d c l 。运行v b 应用程序，即可在d a t a g r i d 控件中看到连接的 数据表内容。本系统采用了a d o 接口技术。在应用程序中使用了m i c r o s o f t a d o 数据控件建立一个o l ed b 连接字符串连接数据库和使用m i c r o s o f t d a t a g r i d 控件显示数据，即创建了a c c e s s 数据库数据的连接和显示。 2 4 刀具数据库开发思路及实例 由上面分析可知，以数据库技术管理刀具信息，不但可以减少数据的冗余， 而且还可以提高数据的独立性，为刀具数据的灵活管理带来了便利条件，通过实 际应用和操作，对刀具数据库的基本结构有了了解，为进一步开发奠定了基础。 2 4 1 刀具数据管理的数据模型 通过以上分析，建立刀具数据库的关键是要先构造数据库表的结构，这是 整个数据库技术的关键环节，刀具参数是以表格的形式来组织的，因此本章主要 第二章刀具数据库管理方案的研究 是利用关系数据模型建立刀具数据库管理系统的。 首先对刀具进行分类，按用途可分为车刀、铣刀、组合刀具等等，其中按 种类车刀可分为外圆车刀、端面车刀、切断刀等；铣刀可分为立铣刀、面铣刀、 圆柱铣刀、槽铣刀等等，其中立铣刀又可分为可转位立铣刀、套式立铣刀和球头 立铣刀等等，刀具的属性参数随着刀具类型的不同而有所差别。通过对刀具的分 析可知，每种刀具定义2 个关系表：一是和几何造型有关的属性表，另一个是只 和刀具性能有关而和几何属性无关的属性表n 刀。刀具的分类如图2 5 所示。 以刀库中的铣刀为例来构建数据表，选择结构复杂、常用的立铣刀为例构 建数据模型，从立铣刀的结构来看，铣刀可分为螺旋齿、刀颈、刀柄，由图2 6 可知，柄部可分为直柄、莫氏锥柄和7 2 4 锥柄，而莫氏锥柄又可细分为i 组和 组，直柄细分为普通直柄、削平直柄和螺纹柄等等，其之间的关系可由e - r 图 表示，一个螺旋刀齿和刀颈可以与多种形式的刀柄组合，一个刀柄可以与多个螺 旋齿及刀颈组合，为减少数据冗余，建立每种柄部的特征属性表，通过柄部特征 图2 6 螺旋齿、刀劲、刀柄的e r 图 代号与铣刀的几何参数属性表关联，分别设立相应的柄部代码，其柄部的具体参 数分别来源于国标手册。在各表之间建立关联，几何参数属性表与性能参数属性 表通过铣刀编号建立关联，几何参数属性表与铣刀共有属性表通过铣刀名称建立 关联，几何参数属性表与柄部特征属性表通过柄部特征代号建立关联，几何参数 属性表、性能参数属性表、柄部特征属性表均为多个表，建立特征表时命名要有 1 4 第二章刀具数据库管理方案的研究 规律，通过主键建立各表之间的连接n 帕。 2 4 2 刀具数据管理的框架结构 用户在应用过程中可以不断地根据实际条件来添加数据和修改不合适的数 据，从而使数据不断完善和全面。由于各个用户具有不同的加工设备，因此推荐 机床牌号的意义不大，本系统主要是实现数控机床与p c 平台间的联系，通过数 据传输，实时监测机床刀具的使用状况，并提供切削力、切削功率等加工参数， 以便用户判断现有设备、刀