大型螺紋旋風銑切削參數數據庫系統的設計與開發

朱紅雨，李 迎

ZHU Hong-yu1,2, LI Ying1

（1. 南京理工大學 機械工程學院，南京 210096；2. 南京化工職業技術學院，南京 210048）

0 引言

螺紋旋風硬銑（Thread Hard Whirling）技術是高速硬加工技術與旋風銑削技術相結合的螺紋加工技術，該技術可以對硬度60HRC以上的滾珠絲杠和滾珠螺母實施硬銑削，以切代磨實現一體化加工、免去磨削和熱處理工序，同時以干切削或少切削液實現綠色加工，是國外精密螺紋高效制造的主要工藝方法。目前，國內尚未針對此技術系統的數據庫與模型庫。

本文提出了基于web的切削數據庫的解決方案，詳細說明了該系統的基本功能和基本模塊，并給出了切削數據庫的數據模型。

1 數據庫平臺和界面開發工具的選擇

切削數據庫面向企業，采用C/S（客戶端/服務器）模式架構軟件。以刀具、工件材料或機床等作為查詢入口條件，查詢獲取切削用量、切削液等，指導操作人員進行生產。

以SQL Server、Oracle 為代表的關系型數據庫是目前應用最廣泛的數據庫管理系統，也是基于網絡的大中型業務首選數據庫平臺。綜合考慮數據量、兼容性、易用性、與其他CAM/CAE/CAPP 軟件接口等因素，確定了以SQL Server 2000 作為服務器數據庫平臺，構建大型螺紋旋風銑切削參數數據庫系統，并利用Java語言實現數據庫的運行。

2 大型螺紋旋風銑切削參數數據庫的結構設計

數據庫系統的設計包括需求分析、概念結構設計、邏輯結構設計、物理結構設計幾個階段。由于直接采用現成的數據庫管理系統，可以不考慮其物理結構設計。

2.1 系統需求分析

圖1 數據庫系統的功能模塊和流程圖

旋風銑削參數庫系統主要應用于工藝設計研發人員和生產現場操作人員，這就要求這個數據庫系統能夠根據不同用戶需求和數據安全要求，對系統用戶進行權限分配。數據庫系統的功能模塊和流程圖如圖1所示。根據生產實際需要，將用戶分為一般用戶、高級用戶系統管理員三類，對不同的用戶分配不同的權限，系統管理員建立各用戶檔案，并對用戶檔案進行維護，包括用戶名、密碼等。高級用戶要進行旋風銑削參數的管理與維護，包括對工件材料、機床、夾具和刀具的基礎數據進行增、刪、改、查的基本操作，以保證機床數據的完整性。一般用戶可根據查詢條件得到旋風銑削參數，為其操作和工藝安排提供數據。

2.2 系統概念設計

數據庫的概念設計的目標，就是用與數據庫管理系統DBMS無關的概念數據模型，把數據庫系統所需要處理的數據及其相互間的關系表示成用戶和數據庫設計者都能理解的全局數據模式。通常使用實體一聯系模型(Entity Relationship Model，簡稱E-R模型)作為數據庫概念設計的數據模型。建立實體一聯系模型的關鍵在于正確劃分實體屬性和實體間的關系?？梢源_定的實體有工件材料、刀具、機床等，每個實體有很多屬性。

圖2 旋風銑削加工數據庫系統的E-R圖

圖3 旋風銑參數數據表格及其關系

旋風銑削加工數據庫系統的E-R如圖2所示。

根據理論要求和實際需要，將總體E-R模型轉換為關系模型，最終確定數據庫主要包括工件材料表、機床表、刀具參數表、加工參數表、切削液表。以工件材料表為例，其表頭字段如表1所示。數據庫中各表及彼此之間的總體關系如圖3所示。

3 旋風銑削數據的采集

切削數據的采集是建立切削數據庫系統的一項基礎性工作，也是最重要的一項工作。切削參數庫數據的豐富程度和準確程度，對于整個系統的實用性具有決定性影響。傳統切削數據庫系統的數據來源主要包括：1）實驗室試驗數據；2）車間生產經驗數據；3）文獻手冊數據。實驗室數據來自于針對具體加工條件而專門設計的切削試驗，獲得的數據比較科學有效，但采集難度較大。車間生產經驗數據是操作人員加工經驗的積累，比較符合生產實際，但離散性較大。文獻手冊數據比較系統和豐富，采集也比較容易，但可靠性一般。

表1 工件材料表的字段

本數據庫系統除以上三種數據來源外，還包括對優化旋風銑削參數的數據輸入。優化研究的系統模型如圖4所示，以切削速度v、每齒圓周進給量af、頭架轉速n、跟刀架夾緊力F、刀具前角g為設計變量，利用遺傳算法進行優化，得出以旋風銑表面完整性為優化目標的加工工藝參數優化值。

4 旋風銑削數據的查詢

數據庫中存有工件材料、刀具、機床和切削條件等數據。為了保證數據庫系統的實用性，當輸入機床、工件材料、所用刀具和切削要求等信息后，系統先從“旋風銑參數”表中檢索本次加工條件是否已經存在過，若已經存在，可根據檢索出的“加工標識”到“旋風銑參數”表中去找參數并顯示；若不存在，則根據輸入信息到優化模型中進行計算，獲得新的“旋風銑參數”記錄并將計算結果保存到“旋風銑參數”表中，最后顯示輸出參數。旋風銑削數據查詢流程如圖5 所示。

圖4 螺紋旋風硬銑削工藝參數優化研究的系統模型

圖5 數據查詢流程圖

5 結束語

本文根據我國大型螺紋旋風銑加工的現狀和用戶需求分析，針對大型螺紋旋風銑工藝，建立了大型螺紋旋風銑切削數據庫系統，確定了切削數據查詢流程，并開發了相應的應用程序。該系統可為用戶提供優化的切削刀具、切削用量等加工信息，有利于提高生產效率、降低生產成本、增強企業競爭力。

[1]任小平, 劉戰強, 萬熠, 葉洪濤, 龐繼有. 難加工材料切削數據庫系統的研究與開發[J]. 工具技術, 2009, 40：39-41.

[2]咎林, 成群林, 郭玲, 儲祥冬, 陸程城, 汪通悅.高速加工數據庫設計與功能實現[J].科技創新導報, 2008(13)：27-28.

[3]趙亞坤, 談洪波, 管雅娟, 候正全, 宋健. 基于Web和加工特征的切削參數數據庫系統設計[J]. 航天制造技術,2008(2)： 34-37.