1打磨工艺系统总体结构设计
1.1软件体系架构与开发工具
打磨工艺系统包含客户端和服务器两大部分，所开发的工艺系统选择C/S架构作为应用体系架构。C/S架构的交互性强，客户端有完整的客户端软件，能处理大量的、实时的数据流，响应速度快。B/S架构虽然也可以提供一定的交互能力，但交互能力很有限[5]。如图1所示，系统总体分为桌面应用程序和数据库服务器两层结构。
图1 工艺系统架构
应用程序采用C#语言编写，基于Visual Studio 2019平台，并使用在界面上较容易产生良好效果的WPF框架，它提供了统一的编程模型、语言和框架。数据库服务器包含应用程序所需要的数据，选择了拥有良好读写性能、数据可靠和易用性好的SQL Server数据库软件。
1.2打磨工艺系统功能构成
开发的工艺系统面向汽车冲模制造的实际生产需要，旨在为汽车冲模打磨工艺及生产案例提供参数和专业性的支持，可为用户提供以下功能：注册登录验证、用户权限管理、工艺参数推荐、参数文件导出、数据查询与双向管理、串口数据获取等。工艺系统的总体功能结构如图2所示。
图2 工艺系统功能结构
2打磨工艺系统功能开发
根据对系统的体系架构和功能构成的设计，结合工艺人员的生产需求和操作习惯，对工艺系统的各项功能进行开发。
2.1系统后台数据库建立
建立4个基础数据库：模具零件材料库、刀具库、实例库和用户信息库。
（1）模具零件材料库的数据来源于汽车冲模制造的生产实例，包括钼铬铸铁、铸态空冷钢等材料的牌号和常用模具类型以及不同材料在不同粗糙度要求下推荐使用的设备工艺参数。
（2）刀具库包含打磨工艺设备目前采用的各种型号的磨头，磨头型号唯一，包括材料、目数、尺寸等信息。
（3）实例库的数据来源为经过打磨设备加工过的模具，记录模具的型号、名称、热处理工艺、目标粗糙度、设备加工参数和时间等数据。
（4）用户信息库包含使用工艺系统的用户信息，在操作上做了权限管理，根据操作权限可分别定义为普通用户、知识管理员和用户管理员，例如知识管理员可以对数据库内的专业知识进行改动，用户管理员可以对用户的权限进行改动。
以实例库为例，每个案例都有唯一的ID，其次是模具型号、粗糙度要求、名称、热处理工艺，这些数据定义了模具的特点；接着是磨头型号、主轴转速、进给速度、法向压力、侧向步距，这些数据为打磨设备加工时所用的加工参数。最后是创建时间和上次操作时间，方便管理员对相应设备加工记录。因为ID是每个案例唯一的标识，故将其作为主键，且设置为自动增长，ID不可重复，每个案例只对应一种模具，如加工参数改变可进行修改，相应数据如表1所示。
表1 实例库信息表
2.2系统软件功能开发
2.2.1 用户权限管理
根据系统设计要求，普通用户具有查询知识和使用打磨设备工艺参数建议功能的基础权限，知识管理员在基础权限上可进行软件和数据库的数据双向交互操作的权限，用户管理员在基础权限上可进行用户的权限管理，如表2所示。
表2 用户权限管理
用户管理员登录系统后，在权限管理界面内进行用户的权限管理，增加或减少用户的权限，例如将普通用户赋予知识管理权限，即添加、修改、删除知识等权限。
2.2.2 用户注册与登录
用户在注册和登录时，系统与数据库交互，返回用户的权限信息，决定登录者在软件内的操作权限，当用户进行一些越权操作时，会被系统告知。新用户可以通过登录界面的注册按钮进入注册界面，新注册的用户可以直接登录使用，拥有基础的使用工艺分析和信息查询权限。
2.2.3 工艺分析
工艺分析模块中，用户可以输入模具的基本信息，例如模具的型号、名称、零件材料、热处理工艺、粗糙度要求和磨削量范围等。接着用户可选择导入模具零件型面的图片和参数文件，在复杂的型面加工时，不同加工区域要求使用不同的设备工艺参数，系统将根据不同的加工区域要求给出建议参数，给出参数后需要型面图片对照加工区域，用户可根据实际情况再进行修改，此功能由系统通过基本信息和参数文件综合给出建议参数，主要针对设备尚未加工过的模具。对于已经加工过的模具，输入基本信息后可直接进行参数建议，结果中包含该模具使用打磨设备的工艺参数，该结果可导出为表格文件。
2.2.4 信息查询
信息查询模块用户需要选择查询范围，然后输入关键字进行查询，可以根据模具零件材料、粗糙度、加工参数等具体数字要求查询，也可以输入磨头型号、模具名称等模糊查询。在查询模块可以对数据进行添加、修改和删除，知识管理员在此模块进行知识管理操作。
2.2.5 设备概况
设备概况界面记录了打磨设备固有的参数，同时为了便于在加工现场作为上位机软件使用，该模块连接了计算机串口数据通信，可获得计算机串口数据，用户可根据实际需要，将打磨设备数据接入计算机串口，当设备启动时，该模块的界面会显示设定好串口的实时数据。
3工艺系统应用实例
3.1打磨设备参数建议功能
工艺分析模块用户输入模具的型号DR、名称外板、零件型面材料SKD-11、热处理工艺淬火、磨削量范围数值0.05和目标粗糙度数值0.02，然后读取本地模具图片和对应的文件，文件包含模具零件型面不同区域的加工要求。点击工艺分析按钮对其分析后获得推荐的打磨工艺参数，系统对不同精度要求的区域规定不同的颜色，每个区域使用不同的打磨工艺参数，包括打磨机器人磨头型号、主轴转速、进给速度、法向压力、侧向步距。该参数根据以往案例推荐，模具信息匹配度高时推荐案例中的参数组合，否则根据模具基本信息及粗糙度要求综合推荐加工设备，参数建议的结果可通过保存按钮保存至数据库，也可以导出为Excel表格文件，流程如图3所示，软件界面如图4所示。
图3 工艺分析流程
图4 工艺分析模块界面
3.2信息查询功能
在信息查询模块搜索框输入查询的关键字SKD，下拉菜单选择搜索的范围建议记录，点击查询按钮即可得到有关SKD的模具零件加工案例。对于需要修改内容的案例，通过下方的相应按钮进行添加、修改和删除，此功能面向知识管理员开放，无权限用户无法操作，如图5所示。
图5 信息查询模块界面
3.3串口数据通信
打开外部软件Virtual Serial Port Driver建立2个虚拟串口，例如COM1和COM4，使用软件串口调试助手打开COM1串口，设置好串口参数后发送信息，打开系统软件，进入设备概况模块，点击接收数据按钮，串口发送的数据显示在界面左下角，界面下方区域以时间为X轴，串口数据为Y轴展示动态折线图，如图6所示。
图6 设备概况模块界面
▍原文作者:宋家洛 1谢晖 1付山 1,2
▍作者单位：1. 湖南大学 机械与运载工程学院；2. 大捷智能科技（广东）有限公司
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