高速切削工艺数据库的研究开发(上)

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　　高速切削加工(High Speed Machining，简写HSM)是现代先进制造技术之一，具有切削效率高、工件承受的切削力小和切削热低、切削强迫振动小、加工质量高等突出优点。
　　它切削速度、进给速度、进给加速度提高到普通速度切削加工的5至10倍，机床、刀具、切削工艺技术数据大不相同。由于国内工件材料的牌号性能有别于国外情况，不能够完全照搬国外的HSM工艺技术数据。为了充分发挥昂贵的进口HSM设备的效用，尽可能延长刀具寿命，迫切需要研究开发适合国情的HSM工艺数据库，尽快为国内企业提供实用的参考工具。以下介绍通过开展国际产学研合作研究开发的高速切削工艺数据库。

; y+ [" X3 R  H! r　　图1数据库系统框架结构
1 j! Q! c5 |5 K8 T+ _3 o　　1数据库系统的功能与基本结构
　　数据库系统的功能是提供工艺技术数据查询信息，供用户实际HSM参考高速铣削加工占HSM应用的80%，因此数据库当前仅收录到铣削工艺技术数据。
　　如图1所示，数据库系统包含软件和工艺技术数据两大部分。
% l6 A  ?! L8 D# M4 u6 O  {　　软件设计采用当前主流的树状结构关系型数据库，与层次数据或网络数据模型相比较.它数学基础明晰，管理功能强，可操作性好。软件由后台数据库和用户操作界面两大部分构成。前者为各种表格，用于载入对应的工艺技术数据，包括工件的几何图形信息，后者是介于前者和用户之间的一组人机对话图框。
　　软件的后台数据库部分在关系数据库管理系统SQL Server2000平台上制作开发，便于修改补充，能够扩展为专家系统.而且支持网络远程查询数据信息。用户操作界面选用VB6.0编程语言编制开发，能够完全支持结构化查询语言SQL，并且便于人机对话操作使用。
* g, D! i+ k! q; G) G( N　　用户操作界面通过微软开发的开放式数据库连接(ODBC)接口，与后台数据库发生联系。ODBC根据SQL规则设计，可用作各种微软编程语言与所有接受SQL规则的数据库开发平台之间的通用接口。
7 L: U7 q; m. ^+ t- ^& K, W6 s　　HSM工艺技术数据一部分通过在我院实验室进行试验切削积累，另一部分由参加国际合作项目的中方合作企业提供，是它们多年生产实践的结晶。
　　2软件的后台数据库
　　按照为数据库系统规定的功能，它需要收录HSM切削实例的工件材料、刀具、切削工艺及其它数据信息备查。相应地在后台数据库中需要建立工件材料、刀具、工艺及工艺图片等表格，来存储这些信息，如图2所示。

- d% e4 Q7 K4 E　　图2数据信息表格逻辑结构
0 x+ S3 s2 u; D! a. A9 p) V2 [　　其中，被加工工件材料对HSM工艺具有全局性影响；工件材料一旦发生变化，所用刀具材料、切削工艺参数等都可能要随之变化。所以确定数据库表格间的逻辑关系时，是以工件材料表格为先导，由它引出工艺表格，其中包含刀具材料和牌号栏目；经由它们，再进一步引出刀具详细的信息数据。
& S" ^- u; }+ ^/ Z/ M) Z- Z9 f　　考虑到工件的几何形状与尺寸对HSM工艺也有很大影响，在后台数据库中又设立了工艺图片表格，来表明切削实例对应的工件几何信息，使全部数据信息更具有参考价值。工艺图片表格也隶属于工艺表格之下。
! p2 x' j) P6 A0 F, U　　为确切说明和界定被加工工件材料，除了要知道其名称和牌号作为基本标识，还要给定其硬度、抗拉强度、屈服强度、冲击值、热膨胀系数、延伸率等力学性能指标数值；它们的大小，通过影响切削力和切削热，会对HSM工艺产生很大影响。据此，工件材料表格中设立了各相应栏目。
: ^8 |6 j  d3 D0 I0 {　　根据实践经验.确定工件材料后，选取不同的刀具材料与牌号，又会决定性地影响到切削参数和其它工艺条件的设定。所以，刀具材料与牌号栏目排列在工艺表格的开头。考虑到刀具的几何参数、结构性能信息很多、很重要，而且反过来会受到工件几何与加工工艺的制约，逻辑上不宜与工艺数据信息并列，在后台数据库中就单独设立了刀具表格，隶属于工艺表格之下。
( F( V, y8 T. s4 t8 m6 t　　工艺表格中第二序列的栏目内容，是实际操作HSM数控铣床时，需要直接设定调整的切削参数，即主轴转速，轴向切削深度，进给速度，径向切削深度也即走刀行距。由于切削速度是HSM的代表性工艺参数，铣刀每齿进给量也是重要的切削参数，在工艺表格中增设了对应栏目，由后台数据库把它们折算出来一并显示和提供参考。除此之外，还设立有说明冷却润滑等其它工艺条件的栏目。
, K* i! Z) l# r! ?　　HSM主要用于钢铁及难切削材料的半梢和梢加工，以及易切削材料如铝、铜、工程塑料、石墨的全部粗、精加工。为了兼顾工艺多样性，后台数据库的工艺表格按照粗加工和精加工分类，在后者当中增添有加工精度和表面粗糙度两个栏目。
, N( g0 ~* b$ T　　工艺表格中最后一栏是工艺图片号，用于异引出工艺图片表格，把工艺技术参数同被加工工件几何信息联系起来。在工艺图片表格中，只有工艺图片号和工艺图片两个栏目。前者与工艺表格呼应链接，后者指向放置工艺图片的物理地址，当用户调用时图片才显示出来。
　　在刀具表格中，前两个栏目是刀具材料与牌号.同样与工艺表格呼应链接。然后，根据实际需要设立了刀具名称、几何与物理参数、使用限制参数、构成情况以及制造供应厂商方面的共十多个栏目，今后还可以随时增减。
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　　图3 SQL Server2000平台下的材料表格
文章关键词： 数据库   刀具   高速切削