楊校可

數(shù)控銑削加工切削參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)的構(gòu)建與應(yīng)用

楊?？?/p>

(平頂山技師學(xué)院，河南 平頂山 467000)

近年來(lái)，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，市場(chǎng)對(duì)機(jī)械產(chǎn)品的精度和質(zhì)量要求越來(lái)越高，切削參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)也越來(lái)越受到國(guó)內(nèi)外制造行業(yè)的重視。針對(duì)數(shù)控銑削加工過(guò)程中存在的切削參數(shù)選擇、存儲(chǔ)等問(wèn)題，在仿真技術(shù)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了一套基于Microsoft. net架構(gòu)，用C#語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)，采用SQL Server 2012管理軟件的數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)。該數(shù)據(jù)庫(kù)可以方便、有效地為優(yōu)化數(shù)控銑削提供切削參數(shù)，提高加工效率，便于用戶對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行維護(hù)和修正。

切削參數(shù)；數(shù)控銑削；仿真；數(shù)據(jù)庫(kù)

切削參數(shù)是否精準(zhǔn)是衡量切削加工技術(shù)水平的一個(gè)重要標(biāo)志。選擇合理的切削參數(shù)可以發(fā)揮現(xiàn)有機(jī)床和刀具的最大效能。傳統(tǒng)的獲取切削參數(shù)方法是查詢切削手冊(cè)或進(jìn)行試切，但在實(shí)際應(yīng)用中存在數(shù)據(jù)針對(duì)性不強(qiáng)、數(shù)據(jù)量有限或試驗(yàn)受客觀條件影響大等局限性。建立切削參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)于解決切削參數(shù)缺乏問(wèn)題具有重要意義[1]。

在金屬切削過(guò)程中，切削用量(包括切削速度、進(jìn)給量、切削深度)的選擇受制于機(jī)床、刀具、工件材料及切削液等因素的影響，加工質(zhì)量和加工效率也會(huì)因選取不同的切削用量而表現(xiàn)出較大的差異。數(shù)控銑削加工切削數(shù)據(jù)庫(kù)的構(gòu)建與應(yīng)用涉及切削加工方式、機(jī)床、刀具、工件、切削液、切削用量等多個(gè)機(jī)床動(dòng)態(tài)信息，還涉及到切削力、振動(dòng)、變形等力學(xué)和動(dòng)力學(xué)信息[2]。

要確保切削數(shù)據(jù)庫(kù)的安全可靠運(yùn)行，進(jìn)行合理的用戶和用戶權(quán)限規(guī)劃必不可少，切削數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)應(yīng)該具備可存儲(chǔ)與管理用戶已使用過(guò)的有效切削參數(shù)的功能。

1　數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1.1　系統(tǒng)總體構(gòu)成

數(shù)控庫(kù)管理系統(tǒng)的構(gòu)建是一個(gè)相對(duì)復(fù)雜的過(guò)程，可以按照軟件工程的原理和方式進(jìn)行。在準(zhǔn)確了解與分析用戶需求的基礎(chǔ)上進(jìn)行概念設(shè)計(jì)、邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)與實(shí)施、數(shù)據(jù)庫(kù)的運(yùn)行與維護(hù)、軟件的編程開(kāi)發(fā)。在需求分析階段應(yīng)定義數(shù)據(jù)庫(kù)要實(shí)現(xiàn)的功能、目標(biāo)，確定系統(tǒng)運(yùn)行的環(huán)境，獲得數(shù)據(jù)字典和數(shù)據(jù)流圖。切削參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)概念如圖l所示，打開(kāi)工作界面，主要事務(wù)邏輯在服務(wù)器端運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)、用戶功能以及業(yè)務(wù)功能的交互。操作者可以通過(guò)用戶界面輸入機(jī)床、工件、刀具、工藝等信息來(lái)獲取銑削過(guò)程的仿真模擬作業(yè)，依據(jù)模擬效果來(lái)優(yōu)化切削參數(shù)。

圖1　切削參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)概念圖

1.2　概念模型設(shè)計(jì)

概念模型設(shè)計(jì)是整個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。概念設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是分析用戶提供的加工產(chǎn)品信息，建立產(chǎn)品的抽象概念數(shù)據(jù)模型。

復(fù)雜的切削加工過(guò)程中，切削用量受到機(jī)床、刀具、工件、加工方法、裝夾方式、切削液等諸多因素的影響，任何一個(gè)因素發(fā)生變動(dòng)都會(huì)引起切削用量的改變。切削用量包括切削深度、切削寬度、切削速度、進(jìn)給量等參數(shù)，這些參數(shù)彼此之間關(guān)系錯(cuò)綜復(fù)雜且互相影響。

描述概念模型的主要工具是實(shí)體—聯(lián)系模型(簡(jiǎn)稱E—R模型)。該模型用長(zhǎng)方型表示實(shí)體，用橢圓表示實(shí)體的屬性，用菱形表示實(shí)體之間的聯(lián)系。建立E—R模型的重點(diǎn)在于能夠?qū)?shí)體的屬性進(jìn)行劃分，確定實(shí)體之間的關(guān)系?；阢娤骷庸し抡婕夹g(shù)的切削參數(shù)包含機(jī)床信息、刀具信息、工件材料、切削液信息等。數(shù)據(jù)庫(kù)概念設(shè)計(jì)的方式是從頂向下進(jìn)行需求分析，然后再?gòu)牡紫蛏蟻?lái)設(shè)計(jì)概念結(jié)構(gòu)，先設(shè)計(jì)局部，然后進(jìn)行綜合設(shè)計(jì)，最終形成全局E—R圖，如圖2所示。

圖2 全局E—R圖

1.3　邏輯模型設(shè)計(jì)

系統(tǒng)邏輯模型設(shè)計(jì)的主要工作是將概念數(shù)據(jù)模型設(shè)計(jì)成適應(yīng)于某種特定數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)所支持的邏輯數(shù)據(jù)模式。Power Designer會(huì)自動(dòng)將概念數(shù)據(jù)模型(Concept Data Model, CDM)中的對(duì)象和數(shù)據(jù)類型轉(zhuǎn)化為物理數(shù)據(jù)模型(Physical Data Model, PDM)中的對(duì)象和其支持的數(shù)據(jù)類型。當(dāng)CDM中的表轉(zhuǎn)換為PDM中的表時(shí)，實(shí)體屬性則轉(zhuǎn)換成表中的列，標(biāo)識(shí)符轉(zhuǎn)化成PDM中的主鍵或外鍵，數(shù)據(jù)則根據(jù)所選擇的DBMS的具體特點(diǎn)轉(zhuǎn)化為其支持的類型。CDM轉(zhuǎn)化為PDM時(shí)概念對(duì)象和物理對(duì)象之間的轉(zhuǎn)化關(guān)系如表1所示。

表1 CDM對(duì)象與PDM對(duì)象

通過(guò)Power Designer生成創(chuàng)建物理數(shù)據(jù)庫(kù)的SQL腳本，執(zhí)行該腳本，在SQL Server2012中生成物理數(shù)據(jù)庫(kù)(見(jiàn)圖3)。根據(jù)用戶事務(wù)在SQL Server 2012中創(chuàng)建視圖及存儲(chǔ)過(guò)程，可以減少網(wǎng)絡(luò)通信量并且易于管理。

圖3　數(shù)據(jù)庫(kù)表的生成

2　系統(tǒng)功能

數(shù)控銑削加工切削參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)主要使用者是銑削加工技術(shù)人員、編程人員和工藝負(fù)責(zé)人。為了滿足用戶的需求，數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)應(yīng)具備數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)查詢、數(shù)據(jù)導(dǎo)出三大功能。系統(tǒng)用戶分為管理員和普通用戶，管理員除了和普通用戶一樣具有查詢切削數(shù)據(jù)的權(quán)限外，還具有對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中的切削數(shù)據(jù)進(jìn)行添加、刪除和編輯等權(quán)限。切削數(shù)據(jù)庫(kù)由數(shù)據(jù)查詢模塊、數(shù)據(jù)管理模塊、用戶注冊(cè)和管理模塊、數(shù)據(jù)手冊(cè)導(dǎo)出模塊、后臺(tái)維護(hù)模塊組成，如圖4所示。

圖4　功能模塊流程圖

(1)數(shù)據(jù)查詢模塊。為用戶提供簡(jiǎn)單查詢和多字段組合查詢兩種查詢方式，通過(guò)任何一種查詢方式，都可以得到機(jī)床、刀具、工件、工藝信息、切削參數(shù)等的查詢。

(2)用戶注冊(cè)和管理模塊。用于添加新用戶，申請(qǐng)用戶級(jí)別，得到相應(yīng)的數(shù)據(jù)操作權(quán)限。

(3)數(shù)據(jù)管理模塊。為管理員提供方便快捷的數(shù)據(jù)庫(kù)維護(hù)手段，具體包括如何實(shí)現(xiàn)各種信息的添加、刪除和修改等操作，主要是通過(guò)SQL Server中的存儲(chǔ)過(guò)程來(lái)實(shí)現(xiàn)。

(4)數(shù)據(jù)手冊(cè)導(dǎo)出模塊。利用水晶報(bào)表功能把用戶的查詢結(jié)果按一定輸出格式生成并導(dǎo)出數(shù)據(jù)手冊(cè)。生成的數(shù)據(jù)手冊(cè)涵蓋機(jī)床、刀具、工件材料以及優(yōu)化的切削參數(shù)等信息。

3　軟件解決方案

本數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)軟件是在neL框架下采用c#語(yǔ)言開(kāi)發(fā)，軟件體系為B/S(瀏覽器/服務(wù)器)三層體系結(jié)構(gòu)，如圖5所示。用戶通過(guò)瀏覽器來(lái)進(jìn)行工作界面操作，主要事務(wù)邏輯在服務(wù)器端(server)實(shí)現(xiàn)，極少部分事務(wù)邏輯在前端(Browser)實(shí)現(xiàn)，可大大降低客戶端電腦的負(fù)荷，減少系統(tǒng)維護(hù)與升級(jí)的成本和工作量。中間層服務(wù)器是整個(gè)系統(tǒng)的核心，主要用來(lái)實(shí)現(xiàn)用戶管理和對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的瀏覽、查詢、管理等業(yè)務(wù)邏輯功能。B／S模式將業(yè)務(wù)邏輯單獨(dú)提取出來(lái)作為中間層體系結(jié)構(gòu)，便于數(shù)據(jù)庫(kù)的修改和功能擴(kuò)充，同時(shí)也增加了數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的安全性。

圖5　數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)B/S構(gòu)架圖

4　系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

用戶在注冊(cè)后登錄數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，通過(guò)主界面的樹(shù)型結(jié)構(gòu)分別進(jìn)入各模塊對(duì)銑削過(guò)程動(dòng)力學(xué)仿真信息進(jìn)行查詢及維護(hù)。系統(tǒng)進(jìn)入組合詳細(xì)查詢界面，用戶從界面添加機(jī)床屬性(機(jī)床型號(hào))、刀具屬性(刀具材料、刀具類型、銑刀直徑、銑刀齒數(shù)、銑刀懸長(zhǎng)等)、工件材料屬性(材料牌號(hào))等信息，點(diǎn)擊相應(yīng)的按鈕可分別獲得機(jī)床、刀具、工件材料的詳細(xì)信息，“機(jī)床—刀具”系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特征參數(shù)，工件材料的銑削力系數(shù)，如圖6所示。當(dāng)點(diǎn)擊“顫振穩(wěn)定域”按鈕時(shí)，系統(tǒng)進(jìn)入顫振穩(wěn)定域仿真界面，選擇不同的銑削切入、切出角度或者銑削切寬參數(shù)b1b2等條件獲得在此條件下的顫振穩(wěn)定域仿真圖形，如圖7所示。當(dāng)點(diǎn)擊“時(shí)域仿真”按鈕時(shí)，系統(tǒng)進(jìn)入時(shí)域仿真界面，選擇不同的銑削切入、切出角度或者銑削切寬參數(shù)b1b2刀具進(jìn)給速度、主軸轉(zhuǎn)速、切削深度等條件獲得在此條件下的時(shí)域仿真圖形，如圖8所示。

圖6　機(jī)床用戶界面

圖7　顫振穩(wěn)定域曲線

圖8　時(shí)域仿真結(jié)果

采用報(bào)表開(kāi)發(fā)工具Crystal Report 10實(shí)現(xiàn)從數(shù)據(jù)庫(kù)中以預(yù)定義的數(shù)據(jù)手冊(cè)形式導(dǎo)出數(shù)據(jù)并打印。Crystal Report 10是目前是業(yè)內(nèi)最專業(yè)、功能最強(qiáng)的報(bào)表系統(tǒng)，并且可以實(shí)現(xiàn)與目前絕大多數(shù)流行開(kāi)發(fā)工具的集成和對(duì)接。

5　結(jié)語(yǔ)

為更有效地提高數(shù)控加工的效率和質(zhì)量，充分發(fā)揮數(shù)控機(jī)床的性能優(yōu)勢(shì)，在仿真技術(shù)的基礎(chǔ)上建立了切削數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)，把采集的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)仿真優(yōu)化處理并現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證后存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中，為使用人員提供了合理的切削參數(shù)，減少了以往通過(guò)試切帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)和時(shí)間上的浪費(fèi)，同時(shí)還能將較優(yōu)的經(jīng)驗(yàn)參數(shù)儲(chǔ)存在數(shù)據(jù)庫(kù)中。目前，該系統(tǒng)所生成的參數(shù)手冊(cè)已在多個(gè)企業(yè)試用。

[1] 鄭耀東,蔡騫.ASP.NET網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)開(kāi)發(fā)實(shí)例精解[M].北京:清華大學(xué)出版社,2006.

[2] 劉強(qiáng),李忠群.數(shù)控銑削加工過(guò)程仿真與優(yōu)化: 建模、算法與工程應(yīng)用[M].北京:航空工業(yè)出版社,2011.

Construction and application of cutting parameter database for numerical control milling

YANG Xiaoke

(Pingdingshan Technician College, Pingdingshan, Henan 467000, China)

In recent years, the requirements for the precision and quality of mechanical products for the market is gotten high with the rapid development of China's economy. At the same time, cutting parameter databases has been paid more and more attention by the manufacturing industry at home and abroad. In this paper, a database management system is designed and developed based on simulation technology for the selection and storage of cutting parameters in the number control milling process. The database is developed by Microsoft.net architecture, implemented by C #, and the management software is SQLServer 2012. The database can conveniently and effectively provide cutting parameters optimization for numerical control milling, improve machining efficiency, and facilitate users to maintain and modify the database.

cutting parameter; CNC milling; simulation; database

TG547

A

2096–8736(2022)02–0033–04

楊校可(1981—)，女，河南郟縣人，碩士研究生，講師，主要研究方向?yàn)闄C(jī)械加工。

責(zé)任編輯：張亦弛

英文編輯：唐琦軍