数控机床换刀装置控制方法研究及刀具参数数据引擎开发

宋明伟 韩伟 高峰 张小丽

摘要：换刀装置控制作为数控机床自动运行的基础环节，控制程序的编设，决定实际换刀精度与效率。本文探讨数控机床换刀装置控制方法，并对刀具参数数据引擎开发进行研究，仅供参考。

关键词：数控机床;换刀装置;控制方法;数据引擎

课题来源：2020年邢台市市级科技计划自筹经费课题《基于开放式数控机床的智能换刀系统研究》课题编号：2020ZC055

引言：先进科学技术的支撑下，我国工业产业步入高速发展阶段，特别是在数控自动化控制体系的研发与运用，工业产业逐步向自动化、智能化模式转变。在此类发展规律下，传统数控机床人工换刀已经无法应用于高效率、高质量的工业一体化生产加工中。对此，需严格控制换刀装置，完成对各类刀具参数数据的分析，提高换刀的自动性与智能性，为数控行业的发展提供有效助力。

一、数控机床换刀装置控制方法

数控机床换刀系统在工作期间是针对刀具运行状态进行监测，利用传感器反馈外部环境中刀具运行工况信息，如刀具无法满足当前系统程序的操作需求，则此类反馈信息则作为系统下一步换刀工序的基准执行点。通过开放式数控加工系统中主系统程序与子系统程序的对接，完成不同模态下数据信息对于智能换刀的主体驱动，保证切削加工的完整性。

在刀具控制过程中，需要进行分层控制，完成对不同子模块的有效链接。第一，通过硬件驱动底层解决物理驱动之间存在的误差问题，此过程主要是利用windows系统，对不同设备完成驱动，防止出现地址冲突或不兼容的问题，保证工作环境中运行的稳定性。第二，利用执行机构完成对控制中间层的数据处理，中间层可作为刀具机构运行的过程点，其可实现以电机转动为基准的刀库刀具调节，也可通过刀位气动电磁阀完成机械式的换刀处理，此过程中的控制机制是保证数据对接实现的基础。第三，智能决策层。智能决策层的实现是针对数控加工过程中刀具设定的智能控制模式，此过程既是通过精密算法完成对不同换刀工序的确认，同时也可依据算法模型以及模糊控制理论，完成对换刀动作的具体指向。保证基层程序驱动软件在控制刀具的过程中，可以按照数据信息的多节点确认，最优选取符合外界加工环境的刀具，令每一类驱动的实现是符合数控自动化加工需求的。

从运行驱动来讲，换刀运动控制可分为刀库控制、刀套控制、换刀机械手控制与换刀控制动作时序四个方面，阶段化的控制程序及操控机制，确定不同驱动环境下，刀库电机运行模式以及刀具换刀程序之间的关联性，保证系统在确认与驱动过程中，真正作为刀具运动控制系统的组成点。通过终端反馈系统完成对各类刀具信息的修正以及驱动，增强刀具控制精度，切合于数控加工行业高效率、高质量的运行方案之中。

二、数控机床刀具参数数据引擎开发

根据数据表明系统换刀程序流程，此过程主要是以五轴加工中心为主，进行换刀处理。自动化控制实现是按照传感器检测机械设备旋转期间的位置参数，并完成对周边环境信息的确认，通过信号信息反馈对机械臂取刀以及换刀工序进行数据确认。在具体驱动过程中，刀库刀具参数数据的确认及界定，需按照系统换刀流程以及刀库内部之间的排列组合，完成数据协同匹配，保证自动控制模式下智能自主换刀工序实现的流畅性。在此期间参数数据引擎开发则需对加工中心刀具数据访问进行多维度的数据采集，并在统一格式的前提下，完成对封装刀库内刀具信息的整合处理。

在具体研发过程中，本文采用的是SQL数据管理系统，对数据库信息进行高效率采集及处理。此类系统呈现出的优势是以高效率、多功能、普适性为基础，完成对数据存储分析及管理，高效实现对数据库内各类数据信息的访问与处理。与此同时，此类系统搭载的数据库访问技术可建立相对应的数据模型，通过面向对象完成数据源的建设与接入，保证在不同语句以及对象命令下，指令操作的对接性。数据库访问模型，此类模型的实现是按照连接、命令与记录，三个层次为主，将刀库内部的刀具信息进行属性参数以及文件方面的比对。通过全过程性的数据录入与分析，保证信息在确定不同属性上，完成与数据库的链接。这样可真正实现数据文件以及数据属性的实时化调配，保证链接功能作为数据库可整改的一项基准值。

针对安装刀具参数数据引擎开发时，本文采用的是C++语言对加工中心刀库进行数据确认并编程处理，结合数据库访问技术进行刀库内部刀具信息的接入处理。从数据接入角度来讲，为保证安装刀具参数数据引擎开发的完整性，需进行数据管理系统内部的全过程记录，然后辅助添加工序、修改工序与查询工工序等，将工具分别导入到不同数据文件及属性之中，建立具有面板模块功能的一体化操作系统。这样一来，在实际运行期间，可按照数控显示设备完成对刀具几何参数值的显示。与此同时，数据处理过程中可搭载不同数据选择模块进行分析及处理，保证刀具信息是按照其编号记录完成在数据表格中的确认。例如，刀库号数据位长度为20，刀长数据位长度为10，球头直径数据位长度为30，通过不同形式下的数据接入及处理，保證数据库访问技术的实现可界定相关数据的属性，增强数据运行属性。

从引擎开发模式来讲，为实现五轴加工中心换刀运行的精确性，则需按照不同刀库完成对刀具信息的确认，并结合不同控制层之间的运行机理，保证换刀系统驱动之间，底层驱动与中间层、决策层驱动合理性，提高实际换刀效率。

结语：

综上所述，换刀控制系统及刀具参数数据引擎的开发与应用，是保证数控机床智能运行的基础所在，前期文件信息及程序设计的合理性直接决定后期数控机床的操控精度。为此，后期发展过程中，应加强对换刀程序的设计，注重刀具换刀程序与数控机床外部驱动环境的链接，全面提高数控机床的运行质量。

参考文献：

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作者简介：宋明伟，出生年月：1981-9-15，男，汉族，籍贯：河北省衡水市人，所在院校：河北机电职业技术学院，职称：副教授，学历：博士研究生在读，学位：硕士，研究方向：智能制造、数控技术