0 引言
随着我国制造业现代化步伐的推进，数控机床已经成为大部分制造加工企业的主要加工设备。现代制造企业生产规模越来越大，加工设备和产品种类也越来越多，生产过程中需要采用各类标准和非标准的刀具，这些刀具的特点是规格多、品种多、数量大、精度高。企业对生产现场刀具的管理水平直接决定了产品的生产效率。据统计，16％的计划作业停止是由于缺乏刀具造成的，30％～60％的刀具库存不在控制之中，20％的工艺师时间花费在查找刀具上，40％～80％的监督人员时间花费在寻求刀具上E3-s]。因此，基于信息化平台，充分应用规范化的数据库技术和网络计算机技术开发基于工件加工特征信息的数控刀具管理系统，成为现阶段企业发展的迫切要求。
1 刀具使用流程分析
针对现代化的制造流程，刀具管理模式适合采用集中管理的方式，即在企业内部成立刀具管理中心，对刀具进行整体的采购、选配、库存管理、状态监控、修磨和调整，刀具管理人员根据车间的各种需求，按照流程准备刀具。企业数控刀具业务信息流程如图1所示。在整个业务流程中共有采购、入库、出库、选配、返修5大业务流程。
2 功能模块设计
根据企业的实际情况，应用网络系统与数据库技术开发刀具选配系统，使生产过程中数控刀具选配更及时、管理更合理有效。按照刀具业务流程设计的系统各功能模块如下：
(1)基础数据管理模块：将各种不同生产厂家、不同型号的刀具组件，用一种编码方式统一编码建立刀具组件库，同时对各生产厂家的详细情况也建立详细的档案，维护所有操作人员、部门等静态数据，并且进行权限设置。
(2)刀具入库模块：主要完成新购刀具组件及使用后归还组件入库，入库时对组件信息进行描述。
(3)查询功能：可供工艺设计部门查询现有刀具组件信息，用户可根据自身使用需要，在用户端输入刀具各组件的名称或者编码，通过网络与服务器交互，经过服务器端应用程序的处理，提取数据库中的信息，通过网络把查询结果反馈给客户端用户。
(4)选配设计功能：客户端用户可在刀具选配设计查询界面输入机床型号、加工类型、加工直径、加工长度、待加工工件材料、加工精度要求等特征信息，且与服务器端交互后完成刀具的选配，并在客户端机上完成刀具的拼装。系统在完成一把刀具的选配后，自动生成相应的选配信息，存入到知识库中，供下次选配时直接调用，节省了刀具的选配时间。
(5)库存预警功能：当刀具库存量达到警戒线时自动提示，并根据需要制定刀具短缺清单，以便及时购买。
3 刀具选配及库存管理模块开发
3.1 刀具模块划分定义
数控刀具分为整体式和模块式两种形式。整体式刀具由连接机床的柄部和切削头两部分组成；模块式刀具包括连接机床的柄部、中间加长杆、刀夹、切削头4部分。从刀具资源的使用上来说，无论是整体式刀具还是模块式刀具，若其各工作模块的连接方式相同，连接尺寸相同，则不同品牌间的刀具工作模块是可以互换使用的，这样就能提高刀具的利用率，大大缩短刀具准备时间。
根据刀具组件安装功能互换使用的原则，将整体式刀具和模块式刀具的各模块重新定义，按功能分为连接柄、加长杆、夹头、刀头4部分。连接柄指刀具与机床输出轴连接部分；加长杆指刀具上为满足加工要求加长刀具主体长度的功能模块，有等径式和变径式两种类型；夹头指装夹各种刀头的功能模块；刀头指刀具中的切削模块。
3.2 刀具选配功能
根据实际加工工艺需求，刀具的组成形式分为：连接柄-刀头形式、连接柄-夹头-刀头形式、连接柄-加长杆-夹头-刀头形式、连接柄-加长杆-刀头形式。刀具组件选配条件由CAPP系统提供的加工类型和待加工原材料特性等信息来确定，根据加工类型(粗精加工)条件来确定加工机床，结合加工机床的输出轴直径的大小来具体选择连接柄，由工艺特性确定刀头类型，夹头部分需根据刀头的安装夹紧方式来确定，加长杆则由待加工件、车床工作台、输出轴问的相对位置来选用，各组件问的相对约束是连接直径必须相等。
刀具的加工工艺特征由企业PDM系统中CAPP信息提供，根据工艺特征与选配规则库进行对比，选出合适的刀具组件拼装刀具。当完成一种刀具选配后，系统推理机将根据现有规则库中是否存在该刀具组配规则进行判断，若是新刀具则将选配信息进行存储，进一步丰富刀具选配规则。刀具选配功能模块如图2所示。
3.3刀具库存管理模块
该系统的库存管理模块的特色主要体现在每个组件模块的工作记录及阶段盘点，在刀具组件选配出库时，配刀员将具体记录该组件使用次数及累计使用时间，通过该记录来预测刀具的使用寿命。阶段性生产完成后，刀具管理人员将对出库频率较高的刀具进行统计，并通过数据的形式反馈给ERP系统，从而让ERP系统来决定各类刀具组件的购买量，以此来提高企业资金的利用率，减少刀具组件库存，提高刀具组件利用效率。
4 系统实现
该数控刀具管理与选配系统采用了基于Web的B/S结构，便于企业使用和维护，用户只需建立企业的内部网络，在服务器端安装该系统，在企业端口通过IE浏览器就能使用系统各模块功能。系统采用三级管理的方式，分为管理员、设计师和一般用户。管理员主要对系统的数据进行维护，完成刀具的盘点并上报采购信息，对各级用户进行管理与协调等；设计师主要根据一般用户的需求完成刀具的选配、组装检测、出入库管理等；而一般用户根据生产需要提出需求并借用、返还刀具。下面以实例说明系统的实现。
4.1 加工零件描述
在某零件上加工4-M10螺纹孔，通过CAPP获得的具体信息为：机床为csjcl；加工部位为内螺纹孔，特征归类为孔特征；孔特征具体参数要求为螺纹直径M10，且为盲孔，深度15mm；材料为不锈钢。
4.2 选配步骤
(1)根据工艺知识库中孔特征描述，确定加工方案为钻、攻丝。
(2)根据要求从加工特征刀具库中选择的刀具规格为中心钻(Al/3.5)、麻花钻(8.5)、丝锥(M10X1.5)。
(3)根据工艺中机床型号确定刀柄大小为BT40。
(4)根据工艺要求材料(不锈钢)选择硬质合金刀具。
4.3 系统选配结果
刀具选配结果如图3所示。
5 结束语
本系统充分考虑了数控刀具的基本特征，对其功能模块进行了定义，提高了刀具组件的互换性，并将刀具系统与企业内部的ERP和PDM系统互联，将企业生产实际环节的数据实时有效地反馈给ERP系统，为企业资源的合理分配决策提供一定的参考。
(审核编辑: 智汇小新)
