【編者按】在柔性制造系統(tǒng)中糙箍，被加工零件的品種較多讲仰，零件加工工藝比較復(fù)雜谜诫，且工序高度集中漾峡，需要的刀具種類、規(guī)格喻旷、數(shù)量是很多的生逸。隨著被加工零件的變化和刀具磨損、破損且预，需要定時(shí)強(qiáng)制性換刀和隨機(jī)換刀槽袄。

系統(tǒng)運(yùn)行過程中，刀具頻繁的在各機(jī)床之間锋谐、機(jī)床與刀庫之間進(jìn)行交換遍尺，刀具流的運(yùn)輸、管理和監(jiān)控是很復(fù)雜的涮拗。因此乾戏，需要有一個(gè)先進(jìn)、實(shí)用三热、功能完善的刀具管理系統(tǒng)鼓择，以實(shí)現(xiàn)柔性制造系統(tǒng)中刀具的調(diào)度甘虑、儲(chǔ)存及信息管理等任務(wù)。

1刀具管理系統(tǒng)應(yīng)具備的性能

刀具管理系統(tǒng)應(yīng)具備的性能：一是管理數(shù)量龐大的刀具的讯，通常是數(shù)百把至幾千把刀具;二是刀具輸送自動(dòng)化程度高匪笨，具有高性能、智能化的機(jī)器人作為刀具流動(dòng)的傳送工具;三是自動(dòng)误反、準(zhǔn)確地采集刀具信息;四是借助大型數(shù)據(jù)庫實(shí)現(xiàn)對(duì)刀具的調(diào)度及動(dòng)靜態(tài)最優(yōu)化管理;五是自動(dòng)在線檢測(cè)刀具壽命及刀具磨損喝灌、破損管理，并能實(shí)現(xiàn)在線換刀功能奠钾。為此嘉栽，以某一關(guān)鍵零部件的柔性加工系統(tǒng)中的刀具管理系統(tǒng)為例進(jìn)行說明。

2刀具管理系統(tǒng)的組成

該系統(tǒng)采用VB6.0編程系統(tǒng)軟件作為開發(fā)平臺(tái)浮两，由6個(gè)程序塊及5個(gè)外存文件組成损螃。

2.1程序塊

2.1.1用戶登錄模塊主要實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的保護(hù)措施，防止非法用戶進(jìn)入系統(tǒng)俩食，確保系統(tǒng)數(shù)據(jù)和系統(tǒng)運(yùn)行的安全筹聂。

2.1.2系統(tǒng)運(yùn)行控制模塊主要實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的初始化，以完成對(duì)在線刀具管理各種模塊的起途盏控制节芥、任務(wù)排隊(duì)及接口管理，確認(rèn)加工中心刀庫及中央刀庫的信息逆害。

2.1.3刀具離線管理模塊主要實(shí)現(xiàn)刀具庫的管理头镊，進(jìn)行刀具需求分析，刀具裝配計(jì)劃編制魄幕，刀具的刃磨和預(yù)調(diào)相艇，刀具的編碼生成、粘貼及信息輸入纯陨，刀具的組件管理坛芽，生成刀具購買清單，及時(shí)向線內(nèi)提供所需刀具翼抠。

2.1.4刀具在線管理模塊主要實(shí)現(xiàn)柔性制造系統(tǒng)內(nèi)的刀具活動(dòng)的管理咙轩，保證加工中心在正確的時(shí)間得到正確的刀具，完成對(duì)加工中心刀具的需求與供給阴颖，運(yùn)用適當(dāng)?shù)牟呗詫?shí)現(xiàn)刀具的合理選擇臭墨、調(diào)度以及刀具運(yùn)送指令的下達(dá)和刀具剩余壽命的計(jì)算。

2.1.5系統(tǒng)信息管理模塊主要完成缺刀檢查犯绪，刀具入庫管理(包括新刀入庫和從柔性自動(dòng)線上返回的刀具入庫)乐肿，刀具出庫管理，磨損骑失、破損刀具的管理以及數(shù)據(jù)庫管理软雹。

2.1.6系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)控模塊主要實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)刀具嘲本、設(shè)備故障的監(jiān)控以及為刀具管理系統(tǒng)實(shí)時(shí)管理提供必要的資源狀況信息。這6個(gè)程序塊是系統(tǒng)的主要組成部分丙煞，它們按照一定的邏輯順序相互調(diào)用灌饵，使系統(tǒng)具有完善、合理的刀具管理功能钢陨，同時(shí)又是結(jié)構(gòu)相互獨(dú)立的子程序模塊粹龄，子程序間通過數(shù)據(jù)傳遞而相互聯(lián)系。

2.2外數(shù)據(jù)庫文件

2.2.1刀具文件材圈、存放所有刀具的主要參數(shù)插驾，每1把刀具的參數(shù)作為1個(gè)記錄。

2.2.2機(jī)床文件

存放機(jī)床的主要參數(shù)三稿，一種型號(hào)的機(jī)床參數(shù)作為1個(gè)記錄篇裁。

2.2.3工藝數(shù)據(jù)文件

存放各種與加工有關(guān)的工藝數(shù)據(jù)，一種加工方法的數(shù)據(jù)作為1個(gè)記錄赡若。

2.2.4切削條件系數(shù)文件

存放決定切削條件的各種系數(shù)达布。

2.2.5磨損、破損刀具文件

存放磨損逾冬、破損刀具的主要參數(shù)黍聂，每1把刀具的參數(shù)作為1個(gè)記錄。

3刀具磨損和破損的在線檢測(cè)

刀具磨損和破損在線檢測(cè)的方法很多身腻，主要有功率檢測(cè)产还、聲發(fā)射檢測(cè)、學(xué)習(xí)模式霸株、力檢測(cè)等。在此介紹一種利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)柔性制造系統(tǒng)中的刀具的檢測(cè)方法集乔。

3.1刀具負(fù)載模型的建立

切削加工過程中刀具所受的負(fù)載與很多因素有關(guān)去件，根據(jù)在線檢測(cè)的要求，僅考慮幾個(gè)較大的影響因素扰路，即主軸轉(zhuǎn)速尤溜、進(jìn)給速度、切削深度聘银、加工材料的切削性能4個(gè)因素篇惧，則刀具負(fù)載的模型為

F=f(s,v,h,m)

式中：

F為負(fù)載向量;

h為切削深度;

s為主軸轉(zhuǎn)速;

m為材料的切削性能;

v為進(jìn)給量。

很明顯替独，上式僅能說明負(fù)載與各個(gè)影響因素有關(guān)蔫婉，可以用微分幾何的數(shù)學(xué)方法或?qū)嶒?yàn)的方法建立相應(yīng)的關(guān)系式，但應(yīng)用于在線檢測(cè)效果并不理想衬蚤。在此孕赫，應(yīng)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)處理該刀具的負(fù)載模型还幅。

3.2神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

本刀具負(fù)載自適應(yīng)控制的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)采用3層的BP結(jié)構(gòu)。根據(jù)上面的分析玉惫，顯然輸入層有4個(gè)節(jié)點(diǎn)挠氛，輸出層有3個(gè)節(jié)點(diǎn)，即負(fù)載在XYZ方向的大小计灌〉牛考慮到本負(fù)載自適應(yīng)控制系統(tǒng)的特性，可以認(rèn)為負(fù)載是進(jìn)給速度的連續(xù)函數(shù)钟牛，根據(jù)Kolmogorov定理允悦，中間隱層的節(jié)點(diǎn)數(shù)應(yīng)為2倍的輸入點(diǎn)數(shù)再加1。因此溅呢，本神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為輸入層4個(gè)節(jié)點(diǎn)澡屡，中間層9個(gè)節(jié)點(diǎn)，輸出層3個(gè)節(jié)點(diǎn)咐旧。根據(jù)上面的分析驶鹉，采取每個(gè)節(jié)點(diǎn)給定4個(gè)值，以它們的不同組合作為樣本輸入數(shù)據(jù)铣墨，這樣可得 256個(gè)樣本室埋。具體做法是：將各個(gè)輸入量在可能的變化范圍內(nèi)大體分為4等份，并用實(shí)驗(yàn)的方法測(cè)出在每種輸入情況下的負(fù)載值伊约。在得到256個(gè)樣本后姚淆，采用離線進(jìn)行學(xué)習(xí)，得出每個(gè)節(jié)點(diǎn)的權(quán)值屡律，這樣經(jīng)過學(xué)習(xí)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)就建立了相應(yīng)的刀具負(fù)載模型腌逢，為刀具的在線檢測(cè)提供條件。

3.3刀具在線檢測(cè)原理

首先測(cè)出刀具的切削深度和進(jìn)給量超埋，連同主軸轉(zhuǎn)速和加工材料的類型一起輸入神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器缓冷。由神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器進(jìn)行負(fù)載計(jì)算，得出的負(fù)載輸入至檢測(cè)器淑免。檢測(cè)器輸出的結(jié)果與輸入信號(hào)進(jìn)行比較即倦，若該負(fù)載超過刀具的疲勞條件下的裂紋擴(kuò)展負(fù)載，則減小刀具的進(jìn)給速度暑礼，并將進(jìn)給速度的減小量反饋到CNC控制器疚线，使CNC 控制器做出相應(yīng)的控制，以使得負(fù)載的大小改變到安全的水平硅拆。

4結(jié)論

在柔性制造系統(tǒng)中背渤，一個(gè)好的刀具管理系統(tǒng)和在線檢測(cè)技術(shù)，不僅能提高加工生產(chǎn)率栗衍、降低勞動(dòng)成本恒猴，而且對(duì)于產(chǎn)品優(yōu)化組合荡拌、減少故障率都會(huì)起到非常關(guān)鍵的作用。

（中國刀具信息網(wǎng)）

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