切削数据库的研究现状与发展(下)

HEATS · 发表于 2010-9-12 10:14:42

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　　意大利比萨大学开发的用于选择刀具的COATS系统，实现了与CAPP系统的联结，其输入数据来自CAPP的其他子系统。一些计算机辅助设计与制造软件开发商开发了一些切削数据库模块，如UGCAM中包含了一个功能强大的切削数据库，通过数据库的查询，可以定义工件材料、刀具材料、刀具尺寸参数以及切削方法等，并通过数据库的运算，获得主轴转速和进给速度的数据。UG CAM数据库由五个子库组成：工件材料库、刀具材料库、刀具尺寸参数库、切削方法库和切削速度库。刀具材料分为五类：高速钢、无涂层整体硬质合金、无涂层可转位硬质合金、涂层可转位硬质合金及涂层高速钢。切削方法分为四类：立铣、开槽、面铣和侧铣。刀具类型有：立铣刀、面铣刀、T形铣刀、鼓形铣刀、UG5参数铣刀、UG7参数铣刀和UG10参数铣刀。工件材料类型有：碳素钢、合金钢、高速钢、不锈钢、工具钢、铝合金和铜合金。其他CAD/CAM软件，如Pro/E、MasterCAM、Cimatron等，也都开发了各自的切削数据库模块。

　　传统开发的切削数据库和刀具管理系统所提供的数据，大多只是“静态”的原始数据，比较具体、确定，从根本上来说，只能算作电子手册，对于生产现场出现的种类繁多的加工方式、性能千变万化的工件材料和刀具材料，仅靠“静态”数据库往往难以解决。目前，切削数据库正朝着智能化方向发展，利用人工智能的方法来建立切削数据库，使其具有“动态”特性。由于数据库管理系统不能从存储的数据中进行逻辑推理或作启发性判断，因而存储数据的价值得不到充分发挥，而人工智能的优势却可以解决这一难题。把人工智能与切削数据库结合起来，可以解决切削数据库中一些难以解决的问题。智能化是20世纪80年代以来切削数据库研究的重点，也是切削数据库今后的发展方向。

　　智能化就是将切削专家的经验，切削加工的某些一般规则与特殊规律存储在计算机中，实现运行与决策。很多切削技术及其专家的经验很难用严格的数学模型表达，如果将数据库与人工智能技术结合，则是解决这类问题的最好方法。

　　专家系统由知识库、推理机和人机界面三部分组成，其中最关键的部分是知识库和推理机。COATS系统的知识表示采用了产生式规则。为了避免推理过程中出现多条规则同时满足的不确定情况，给每条规则赋予一定的权重。刀具参数的选择主要依靠知识库中的规则及其权重，通过一定的算法运算来得到。COATS系统大约有300条规则，用PROLOG语言写成。宾夕法尼亚州立大学开发的切削加工参数选择专家系统ESMDS的推理方式为正向推理，系统的开发语言为FORTRAN77。加拿大温莎大学开发了基于零件特征的机床和刀具选择专家系统，该系统用专家系统开发工具EXSYS开发，知识表示采用产生式规则(共122条)，推理方式为逆向推理。南斯拉夫开发了产生式规则和矩阵方法表示知识的刀具自动选择专家系统。国家“863”计划资助北京理工大学开发的CIMS环境下的切削数据库和专家系统(BYJC-CIMS-MDES)，将切削数据库和专家系统服务多种功能加以集成，把专家系统中知识库的设计与数据库相结合，取得了较好的效果。

　　专家系统采用规则匹配推理，适于容易找到因果关系的领域，切削加工中的有些现象却很难用规律性的知识和因果关系来描述，规则匹配推理也需解决规则冲突问题。此外，还有利用人工神经网络、模糊算法、基因遗传算法等，用于切削数据的计算推理，英国开发了基于实例推理的智能磨削参数选择系统，山东大学正在开发基于实例推理的刀具材料与切削参数选择的高速切削数据库。

　　根据人工智能学说，智能系统的智能越高，系统开发的成本就越大，所以，智能化切削数据库的开发研究，应充分利用目前智能技术和信息科学等领域已有的科研成果，综合人与计算机的各自特点，从而开发出新型的智能切削数据库，以满足企业对切削数据合理使用的要求。

　　实用化

　　通用切削数据库提供针对不同机床、不同切削方法、不同刀具材料的切削工艺参数，能够根据不同的加工条件，提供优化的刀具角度、切削速度、进给量等切削用量和切削液等一系列切削参数。但是，建立通用切削数据库是一项巨大的工程，要耗费大量的人力、物力和资金。作为一个公司、一个行业范围来说，它用到的刀具、工件材料是有限的，基本切削数据可以通过资料获得并经实践检验。因此，建立一个公司自己的数据库是有必要的，并且不会太困难。

　　许多刀具生产商和研究机构开发了计算机刀具数据管理(Tool Data Management，TDM)系统，如德国Walter公司的TDMeasy软件，向用户推荐该公司的各类刀具加工不同工件材料时的切削参数。Walter公司的TDM刀具管理软件具有缩短计划时间、使调整时间和工序间断时间降至最低、减少刀具种类、促进刀具标准化、减少刀具库存，以及对刀具订货进行控制的功能等。SandvikCoromant公司开发的AutoTAS刀具管理软件，有11个集成模块。软件可为该公司提供3000多种刀具的CAD模型(几何尺寸、检测、装配)，可自动选择该公司样本与电子样本中的刀具使用，提供各种刀具的库存位置、成本、供应商、切削性能、刀具寿命及要加工工件的信息。AutoTAS刀具管理软件还提供刀具库存管理、购买、统计分析，报表，刀具室计划与质量控制等功能。

　　Kennametal公司也开发了自己的刀具管理软件KATMS与ToolBoss。Datos计算机公司推出的刀具供应软件收录有30多种刀具，并提供大量的信息，本身计算出的或获取的切削数据可以集成在软件内。Mapal公司推出的全球刀具管理系统可为用户提供正确的刀具品种和数量，可为用户建立服务部，负责刀具的重磨、调整、发放等业务，帮助用户分析、评价加工过程等。Gunther公司和Seco公司的刀具电子样本可帮助用户正确选择和使用切削刀具。EMUGE FRANKEN公司的刀具电子样本可计算和分析加工成本，还可对多功能刀具(如钻-铣螺纹刀具)提供编程指南和G代码的运行程序。德国CIM公司研制了金属切削刀具的电子信息系统(在CDROM盘上，一般称为CIMSOURCE)，包括世界17个主要刀具公司生产的115000种以上的刀具数据。CIMSOURCE系统对刀具用户的服务，包括为刀具用户提供标准化图形、优化控制刀具业务和优化组织大批或成批的刀具供应。CIMSOURCE系统的电子目录可帮助用户了解世界刀具市场推出的品种繁多的产品，并可获得较深入的信息，以便进一步用来准备具体的加工工艺过程。刀具供应商采用CIMSOURCE系统，可保证做到：①精确、按时地将刀具提供给用户；②因供应的刀具是以电子产品形式的，故价格最佳；③可扩大市场和便于用户进入全球性贸易网络。

　　国内许多研究机构和企业对刀具管理系统进行了研究开发，如国家“863”计划资助清华大学开发的面向CIMS的计算机辅助刀具管理系统，济南轻骑发动机厂开发的适合自己企业的计算机刀具管理系统等。西北工业大学还开发了14种常用钛合金的车削数据库。上海工业大学建立了一个适合石油行业的车削数据库。航空工业部进行了航空金属材料切削数据库的筹建工作。哈尔滨理工大学开发了PCBN刀具切削数据库。山东大学正在筹建高速切削数据库和陶瓷刀具切削数据库及模具切削加工数据库。天津大学与汽车厂家合作，建立了一个针对汽车厂家使用的金属切削数据库。上海交通大学建立了旋转刀具/切削数据库。

　　网络化

　　迅速发展的Internet技术，给切削数据库应用领域带来了新的活力，网络化强调数据交换和资源共享，将是未来切削数据库技术发展的主要趋势。

　　目前，世界著名刀具制造公司纷纷开设了自己的网站，通过访问这些网站，用户可以了解该公司的概貌、目前的生产科研情况、新产品目录、特点、报价和出版物等，有的还可以提供切削参数，有的可以下载软件，如下载刀具制造的标准程序和刀具选择软件，以及刀具CAD图纸等。如Guhring公司在网上提供免费的刀具管理软件。CIMSOURCE也已纳入Internet，并以对话方式工作，将全世界的用户联系起来，不断获取关于切削刀具的信息。CIMSOURCE可帮助解决下列刀具制造和使用问题：切削刀具的选择、切削加工工艺、提供信息网络内的订单、刀具的图形信息、刀具的生产和刀具的出口数据。

　　切削数据库在向着集成化、智能化、实用化和网络化方向发展的同时，一方面需要进行信息模型、数据模型、开发设计理论与模式等方面的基础性研究；另一方面还应进行切削数据的标准化工作，切削数据的标准化是切削数据库技术推广应用和稳定发展的保障。

　　5结论

　　结合国内外切削数据库研究开发现状，本文分析了切削数据库研究及应用过程中存在的问题，着重探讨了切削数据库的发展趋势，指出了切削数据库的未来研究方向：切削数据库应向集成化、智能化、实用化和网络化方向发展；要开展切削数据库信息模型、数据模型、开发设计理论与模式等方面的基础性研究；同时，还应进行切削数据的标准化工作，切削数据的标准化是切削数据库技术推广应用和稳定发展的保障。

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