數控銑削加工切削參數數據庫的構建與應用

楊校可

數控銑削加工切削參數數據庫的構建與應用

楊校可

(平頂山技師學院，河南 平頂山 467000)

近年來，隨著我國經濟的快速發展，市場對機械產品的精度和質量要求越來越高，切削參數數據庫也越來越受到國內外制造行業的重視。針對數控銑削加工過程中存在的切削參數選擇、存儲等問題，在仿真技術的基礎上，設計開發了一套基于Microsoft. net架構，用C#語言實現，采用SQL Server 2012管理軟件的數據庫管理系統。該數據庫可以方便、有效地為優化數控銑削提供切削參數，提高加工效率，便于用戶對數據庫進行維護和修正。

切削參數；數控銑削；仿真；數據庫

切削參數是否精準是衡量切削加工技術水平的一個重要標志。選擇合理的切削參數可以發揮現有機床和刀具的最大效能。傳統的獲取切削參數方法是查詢切削手冊或進行試切，但在實際應用中存在數據針對性不強、數據量有限或試驗受客觀條件影響大等局限性。建立切削參數數據庫，對于解決切削參數缺乏問題具有重要意義[1]。

在金屬切削過程中，切削用量(包括切削速度、進給量、切削深度)的選擇受制于機床、刀具、工件材料及切削液等因素的影響，加工質量和加工效率也會因選取不同的切削用量而表現出較大的差異。數控銑削加工切削數據庫的構建與應用涉及切削加工方式、機床、刀具、工件、切削液、切削用量等多個機床動態信息，還涉及到切削力、振動、變形等力學和動力學信息[2]。

要確保切削數據庫的安全可靠運行，進行合理的用戶和用戶權限規劃必不可少，切削數據庫系統應該具備可存儲與管理用戶已使用過的有效切削參數的功能。

1　數據庫管理系統的設計

1.1　系統總體構成

數控庫管理系統的構建是一個相對復雜的過程，可以按照軟件工程的原理和方式進行。在準確了解與分析用戶需求的基礎上進行概念設計、邏輯結構設計、數據庫的設計與實施、數據庫的運行與維護、軟件的編程開發。在需求分析階段應定義數據庫要實現的功能、目標，確定系統運行的環境，獲得數據字典和數據流圖。切削參數數據庫概念如圖l所示，打開工作界面，主要事務邏輯在服務器端運行，實現數據庫、用戶功能以及業務功能的交互。操作者可以通過用戶界面輸入機床、工件、刀具、工藝等信息來獲取銑削過程的仿真模擬作業，依據模擬效果來優化切削參數。

圖1　切削參數數據庫概念圖

1.2　概念模型設計

概念模型設計是整個數據庫設計的關鍵環節。概念設計的主要任務是分析用戶提供的加工產品信息，建立產品的抽象概念數據模型。

復雜的切削加工過程中，切削用量受到機床、刀具、工件、加工方法、裝夾方式、切削液等諸多因素的影響，任何一個因素發生變動都會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、進給量等參數，這些參數彼此之間關系錯綜復雜且互相影響。

描述概念模型的主要工具是實體—聯系模型(簡稱E—R模型)。該模型用長方型表示實體，用橢圓表示實體的屬性，用菱形表示實體之間的聯系。建立E—R模型的重點在于能夠對實體的屬性進行劃分，確定實體之間的關系。基于銑削加工仿真技術的切削參數包含機床信息、刀具信息、工件材料、切削液信息等。數據庫概念設計的方式是從頂向下進行需求分析，然后再從底向上來設計概念結構，先設計局部，然后進行綜合設計，最終形成全局E—R圖，如圖2所示。

圖2 全局E—R圖

1.3　邏輯模型設計

系統邏輯模型設計的主要工作是將概念數據模型設計成適應于某種特定數據庫管理系統所支持的邏輯數據模式。Power Designer會自動將概念數據模型(Concept Data Model, CDM)中的對象和數據類型轉化為物理數據模型(Physical Data Model, PDM)中的對象和其支持的數據類型。當CDM中的表轉換為PDM中的表時，實體屬性則轉換成表中的列，標識符轉化成PDM中的主鍵或外鍵，數據則根據所選擇的DBMS的具體特點轉化為其支持的類型。CDM轉化為PDM時概念對象和物理對象之間的轉化關系如表1所示。

表1 CDM對象與PDM對象

通過Power Designer生成創建物理數據庫的SQL腳本，執行該腳本，在SQL Server2012中生成物理數據庫(見圖3)。根據用戶事務在SQL Server 2012中創建視圖及存儲過程，可以減少網絡通信量并且易于管理。

圖3　數據庫表的生成

2　系統功能

數控銑削加工切削參數數據庫主要使用者是銑削加工技術人員、編程人員和工藝負責人。為了滿足用戶的需求，數據庫系統應具備數據管理、數據查詢、數據導出三大功能。系統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據的權限外，還具有對數據庫中的切削數據進行添加、刪除和編輯等權限。切削數據庫由數據查詢模塊、數據管理模塊、用戶注冊和管理模塊、數據手冊導出模塊、后臺維護模塊組成，如圖4所示。

圖4　功能模塊流程圖

(1)數據查詢模塊。為用戶提供簡單查詢和多字段組合查詢兩種查詢方式，通過任何一種查詢方式，都可以得到機床、刀具、工件、工藝信息、切削參數等的查詢。

(2)用戶注冊和管理模塊。用于添加新用戶，申請用戶級別，得到相應的數據操作權限。

(3)數據管理模塊。為管理員提供方便快捷的數據庫維護手段，具體包括如何實現各種信息的添加、刪除和修改等操作，主要是通過SQL Server中的存儲過程來實現。

(4)數據手冊導出模塊。利用水晶報表功能把用戶的查詢結果按一定輸出格式生成并導出數據手冊。生成的數據手冊涵蓋機床、刀具、工件材料以及優化的切削參數等信息。

3　軟件解決方案

本數據庫系統軟件是在neL框架下采用c#語言開發，軟件體系為B/S(瀏覽器/服務器)三層體系結構，如圖5所示。用戶通過瀏覽器來進行工作界面操作，主要事務邏輯在服務器端(server)實現，極少部分事務邏輯在前端(Browser)實現，可大大降低客戶端電腦的負荷，減少系統維護與升級的成本和工作量。中間層服務器是整個系統的核心，主要用來實現用戶管理和對數據庫的瀏覽、查詢、管理等業務邏輯功能。B／S模式將業務邏輯單獨提取出來作為中間層體系結構，便于數據庫的修改和功能擴充，同時也增加了數據庫系統的安全性。

圖5　數據庫系統B/S構架圖

4　系統實現

用戶在注冊后登錄數據庫系統，通過主界面的樹型結構分別進入各模塊對銑削過程動力學仿真信息進行查詢及維護。系統進入組合詳細查詢界面，用戶從界面添加機床屬性(機床型號)、刀具屬性(刀具材料、刀具類型、銑刀直徑、銑刀齒數、銑刀懸長等)、工件材料屬性(材料牌號)等信息，點擊相應的按鈕可分別獲得機床、刀具、工件材料的詳細信息，“機床—刀具”系統動態特征參數，工件材料的銑削力系數，如圖6所示。當點擊“顫振穩定域”按鈕時，系統進入顫振穩定域仿真界面，選擇不同的銑削切入、切出角度或者銑削切寬參數b1b2等條件獲得在此條件下的顫振穩定域仿真圖形，如圖7所示。當點擊“時域仿真”按鈕時，系統進入時域仿真界面，選擇不同的銑削切入、切出角度或者銑削切寬參數b1b2刀具進給速度、主軸轉速、切削深度等條件獲得在此條件下的時域仿真圖形，如圖8所示。

圖6　機床用戶界面

圖7　顫振穩定域曲線

圖8　時域仿真結果

采用報表開發工具Crystal Report 10實現從數據庫中以預定義的數據手冊形式導出數據并打印。Crystal Report 10是目前是業內最專業、功能最強的報表系統，并且可以實現與目前絕大多數流行開發工具的集成和對接。

5　結語

為更有效地提高數控加工的效率和質量，充分發揮數控機床的性能優勢，在仿真技術的基礎上建立了切削數據庫管理系統，把采集的數據經過仿真優化處理并現場驗證后存儲在數據庫中，為使用人員提供了合理的切削參數，減少了以往通過試切帶來的經濟和時間上的浪費，同時還能將較優的經驗參數儲存在數據庫中。目前，該系統所生成的參數手冊已在多個企業試用。

[1] 鄭耀東,蔡騫.ASP.NET網絡數據庫開發實例精解[M].北京:清華大學出版社,2006.

[2] 劉強,李忠群.數控銑削加工過程仿真與優化: 建模、算法與工程應用[M].北京:航空工業出版社,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，主要研究方向為機械加工。

責任編輯：張亦弛

英文編輯：唐琦軍