高速切削用量的优化以及系统功能的完善 毕业论文.doc

高速切削用量的优化以及系统功能的完善摘 要高速加工技术是一项先进的制造工艺，已成为切削加工的重要发展方向，在航空航天、汽车、模具等行业得到越来越广泛的应用，并逐渐向其它行业扩展。推广应用高速切削加工技术，可以提高制造业的综合效益和竞争力。研究和建立高速切削参数数据库，为生产企业提供迫切需要的高速切削加工数据，对推广高速切削加工技术具有非常重要的意义。目前，国内有关模具高速切削加工的实用工艺参数还十分缺乏，针对模具高速切削的数据库系统的研究和开发也报道的很少。而由于切削工艺参数选择不当而影响零件的加工质量和加工效率以及造成刀具严重磨损的情况还普遍存在，大量实例数据和经验数据的流失又造成了资源的严重浪费。本文的主要目标就是构建一个模具高速切削工艺参数数据库的系统，将模具制造企业在实际生产中结合刀具、工件、机床与企业自身的实际情况积累得高速切削加工实例、工艺参数和经验等数据有选择地存储到高速切削数据库中，不但可以节省大量的人力、物力、财力，而且可以指导高速加工生产实践，达到提高加工效率，降低刀具费用，获得更高的经济效益。在综合分析高速切削加工技术的领域知识及信息需求与处理需求的基础上，1.提出了模具高速切削工艺参数数据库的系统结构，并以microsoft sql server 2000为数据库管理系统的平台、以vc为应用程序开发工具建立了数据库系统；2.利用vc编写了ug接口程序将系统集成到ug中，cam编程者所有对数据库的操作都在ug环境下直接通过接口程序进行，不需要在程序间切换，提高编程效率；3.研究了基于实例的推理（case-based reasoningcbr）在高速切削加工中的应用。在目前缺乏大量系统适用的高速切削加工数据的情况下，应用基于实例推理解决问题的思想和方法，为建立高速切削数据库、推广高速切削加工技术，提供了一条切实可行的途径。实例改写算法的深入研究、高速切削用量的优化以及系统功能的完善等将是今后继续研究的方向。关键词：高速切削加工 数据库 基于实例推理 ug目 录摘 要i1 绪 论1.1 本课题的来源、目的及意义(1)1.2 课题背景及国内外研究现状(2)1.3 本课题研究的主要内容(8)2 系统功能及总体结构2.1 概述(10)2.2 系统功能(10)2.3 系统结构(11)2.4 小结(13)3 系统的数据库部分的设计与实现3.1 数据库设计概述(14)3.2 数据库的设计(15)3.3 小结(22)4 应用程序与ug接口程序设计4.1 概述(23)4.2 应用程序设计(23)4.3 ug接口程序的设计(27)4.4 小结(31)5 基于实例推理（cbr）在系统中的应用5.1 cbr概述(32)5.2 cbr在高速切削工艺中的应用(33)5.3 知识库的构建 (38)5.4 小结(44)6 系统的应用及性能分析6.1 应用概述(45)6.2 系统应用(45)6.3 性能分析与评价(54)6.4 小结(55)7 结论与展望7.1 本文总结(56)7.2 将来展望(57)致 谢(58)参考文献(59)毕业设计任务书(63)1 绪 论1.1 本课题的来源、目的及意义在当前制造环境中，高速切削工艺参数的选择和使用已成为困扰零件加工的一个大问题。为此人们也做了大量的工作，由于种种原因至今效果并不明显。因此目前由于切削工艺参数选择不当而影响零件的加工质量、加工效率和刀具磨损的情况还比较严重。就东风汽车模具有限公司而言，虽然拥有国际领先水平的高速加工机床，但相应的工艺技术却相对落后，致使硬件资源不能得到充分利用。通过现场调研发现存在如下主要问题：1）空刀过多，零件有效切削的时间较少，从而延长了零件的加工周期；2）加剧了机床和刀具的振动，降低了零件的表面质量；3）在零件转角处拉刀，造成零件过切；4）在加工零件缘条或轮廓时，由于拉刀或让刀造成厚度尺寸和轮廓形状不准确；5）切削力过大，造成零件变形或定位状态改变；6）刀具磨损剧烈，从而降低了刀具耐用度；7）工时定额不准，使得高速切削加工的管理水平难以进一步提高；8）在数控加工中心，由于切削参数选择不当而造成的零件超差报废现象十分普遍，以至于目前大多数工艺人员依然依靠工作经验，或是通过查询有关的资料来选择加工参数。基于上述等等原因，对高速切削加工中工艺参数的优化和整理研究已势在必行。我们将针对东风汽车模具有限公司制造车间实际的高速加工对象和加工过程，对涉及高速加工过程中的机床、刀具、零件及其相配套的工艺参数等数据进行科学整理、归纳和完善，并结合有限元模拟技术、基于实例推理的人工智能技术的优点以及ug二次开发技术设计了本系统（有限元模拟技术主要用于参数优化，由课题组另外成员完成），对东风模具有限公司的cam加工工艺进行了优化和管理。本课题的主要研究目的，一方面是通过对高速切削加工中工艺参数实施优化策略，不但能够缩短生产周期，降低制造成本，提高加工精度，延长刀具寿命，而且依据优化了的工艺及刀具参数，可以建立或完善高速切削工艺数据库，将切削工艺实践中积累的合理选择切削参数与刀具的经验和数据收集起来，为现场加工提供准确及优化的高速切削数据，从而更大程度上提高切削加工水平，获取更大的经济利益；另一方面是在ug环境下通过开发的ug接口程序来调用高速加工工艺数据库系统，针对不同零件的加工特征给出优化的工艺参数，从而改进cam编程效率，提高生产效率和产品质量。1.2 课题背景及国内外研究现状1.2.1高速切削加工技术及其研究现状以高切削速度、高进给速度、高加工效率和高加工质量为基本特征的高速切削技术是近20年来当今世界制造业中一项快速发展的高新技术，它极大的提高了生产率和推动了制造业的发展1-2。该技术在美国的航空航天工业中首先得到应用，因为其多数零件是从原材料中切除80的多余材料而制成的（即所谓“整体制造法”）3，现在高速切削加工已广泛的应用于航空航天4-5、汽车6-7、模具8-11、机床3等工业，展现了它巨大的活力和潜力。美国空军于19581960年实施了第一个高速切削加工技术研究计划，由美国洛克希德飞机公司进行具体试验研究3。但最初的目的并没有取得真正意义上的成功。接着，人们的研究兴趣转向改善工件的加工精度和表面质量，并取得了一定的成功。二十世纪七十年代后期，对高速切削加工的研究集中到了一个更为实用的目的，就是利用高速切削加工大幅度提高生产率、加工精度和表面质量。这引起了各国政府部门和研究机构的极大兴趣，纷纷投入大量人力、物力进行高速切削加工的各项研究工作。1979年，美国国防高技术研究总署(darpa)发起了一项为期4年的“先进加工研究计划”(amrp) 5，旨在为高速切削加工金属材料提供科学依据。这是迄今为止最为系统的有关高速切削加工的研究计划之一，其重点放在铝合金、镍基合金、钦合金、钢与铸铁及其合金的高速车削和铣削加工的研究上。研究计划取得了丰硕的成果，证明高速切削加工时随着切削速度升高切削力降低，加工精度和表面质量提高等12。19791988年，德国国家研究技术部拨款支持高速切削加工的研究工作，由达姆斯达特工业大学 (technical university darmstadt)的生产工程与机床研究所(ptw)联合41家公司，实施了两项研究计划，全面系统地研究了黑色及有色金属材料的高速铣削加工，以及高速切削机床、刀具及主要部件的相关工艺技术13。英国、韩国、意大利、日本等国也相继进行了大量的研究工作。1980年以后，越来越多的高校、研究机构、公司投入对高速切削加工的研究，研究成果也更趋多样化。如h.k.toenshoft14、a.gatto15等人研究了高速切削加工时切屑的形成；t.d.marusich16等人用有限元法分析了高速切削加工时切屑的形成；g.m.kim、t.ozel、s.jayaram等人17-19对高速铣削时的切削力、应力的预测及仿真进行了研究；其它的研究成果涉及高速切削加工时的毛刺控制、表面粗糙度、工艺参数优化、走刀路线切削方程等20。目前，高速切削加工技术己成为切削加工的主流和发展方向。高速切削加工技术是建立在机床结构及设计制造技术、高速主轴系统、快速进给系统、高性能 cnc系统、高性能刀具材料及刀具设计制造技术、高速切削加工机理、高速切削加工工艺等诸多相关技术均得到充分发展的基础之上的。高速切削加工技术的推广应用是建立在制造技术全面发展的基础上的高速切削加工的关键技术包括刀具技术（刀具及刀具材料等）、高速机床及数控技术高速切削加工理论等20。目前，高速切削加工在欧美、日本等发达国家的应用已比较普遍，但在我国的研究及应用起步较晚。二十世纪八十年代以来，我国最早开展的是高速硬切削加工技术的基础研究，其后陆续开展高速切削加工铝合金、钢铁及其合金的研究，以及高速切削机床技术及刀具技术的研究。在“国家十五重点领域技术预测研究”及“先进制造领域关键技术的分析论证”中，高速切削技术被列为重大综合型项目和经济与社会发展急需技术项目中的重要内容21-22。与国外相比，我们在高速切削机床及其数控系统、刀具技术方面的差距最大。目前国内使用的高速切削机床和加工中心主要是进口产品，但主轴转速达10,00015,000r/min的数控机床和加工中心也有自己的产品；刀具也以进口和外资在国内生产的产品为主，但通过引进技术的改造或合资生产的方式，国内也开始生产高速工具系统和高速切削刀具。在高速切削加工理论的研究方面，我国对高速硬切削加工的研究具有自己的优势，但从整体上看，还没有形成自己的高速切削加工理论系统，与国外还有差距。切削工艺技术是高速加工中的关键技术之一。实践证明，如果只有高速机床和刀具，而没有良好的工艺技术作指导，再昂贵的高速加工设备也不能充分发挥其作用。近年来国外对高速切削工艺进行了较深入的研究,并开发出满足高速切削工艺要求的机床和刀具,有力地促进了高速切削工艺在机械制造业的应用,特别是轻金属材料的切削加工。国外的飞机制造业、工模具制造业等已成功地应用了高速切削工艺,在缩短制造周期、降低制造成本、提高产品质量等方面取得了较好的效果。其他如汽轮机叶片、精密刀具的制造等方面也开始引入了高速切削工艺23。日本等国外的一些著名的制造企业已经有相应的加工工艺数据库来控制加工的单项或多项指标，保证加工的效率和质量。此外日本电气公司研制开发的塑性加工fms系统，德国mbb公司开发的自动化飞机制造系统，法国雷诺汽车零件计算机辅助制造系统等，都有专用的工艺数据库。虽然大多数情况下一般只能从手册上得到一些常用的性能指标，而一些重要数据，尤其是工艺性能指标是严格保密的，但从波音公司质量控制体系中不难看出，国外在这方面的发展已经成熟和普及，都建有全公司共享的数据库系统。1.2.2切削数据库及其研究现状建立切削数据库，为机械制造业提供合理或优化的切削数据是提高加工精度、表面质量和加工效率的最有效措施之一；而且切削数据库还是发展各种现代制造技术（如cnc，capp，cad/cam，fms，cim等）的一项基础性工作，也是这些系统公共制造数据库的重要组成部分。切削数据库的经济效益是相当可观的。如美国的金属切削数据库 mdc（加工性数据中心）在建库初期即为生产部门节约了1.6亿美元，采用切削数据库后，车削效率提高50%，铣削效率可提高一倍以上；德国报道，采用 infos切削数据库可使单件生产时间下降10%生产成本也下降10%24。二十世纪八十年代及以前，世界各国建立的金属切削数据库大都以系统性、全面性为主要要求，这需要花费大量的人力、物力资源，且耗时长久，以至切削数据库的水平往往落后于制造技术的发展水平。进入二十世纪九十年代后，计算机技术在制造业领域中的应用逐渐加强，cnc，capp，cad/cam，fms，cim 等在机械制造业得到了较为普遍的应用。这使得切削数据库的研究重点逐渐转向以专业性为主，世界各国的有关机构、研究单位所建立的切削数据库大都具有很强的针对性。在此期间的研究成果大量涌现，如k.j.fernandes等人25利用面向对象技术研究了集成刀具选择系统itss，实现了在cim环境中按照加工精度、表面粗糙度、加工成本等用户要求由计算机完成对不同工件选用相应车削刀具的功能，克服了以往靠操作者经验选择带来的偏差和不一致性；j.h.zhang，s.hinduja等人26,27专门针对车削加工的刀具选择及优化进行了研究，认为制造领域的智能系统离不开人的干预，并结合人工智能技术的成果建立了半智能化的刀具选择系统sits；b.y.lee等人28研究了车削加工数据库的建模问题，用多项式网络合成算法解决了切削用量及切削性能的优化；a.kaldos等人29利用计算机辅助技术研究了高速铣削加工中的工艺参数优化问题，这些都是建立切削数据库必须要解决的问题。随着计算机辅助技术在制造业中的广泛应用，人们意识到刀具及切削参数的合理选择对优化切削工艺、降低加工成本、提高加工质量，有着非常重要的意义。有关刀具选择的研究成为建立切削数据库系统的研究方向之一，如r.g.fenton等人利用计算机辅助技术研究了关于金属切削刀具材料的选择算法；m. v. riberio等人建立的切削条件优化与刀具选择数据库系统，能对切削加工过程中产生的大量数据进行优化处理，并按最大生产率条件选择最优的切削刀具和切削参数；s. v. wong等人建立了金属切削参数选择的通用模糊模型，用模糊逻辑算法计算切削速度和进给速度的优化值等30-32。对于国内来说，南京航空航天大学是较早开展切削数据库研究工作的高校之一，于 1988年研制了车削和铣削加工数据的计算机辅助采集和处理系统，开发了一个小型通用的切削数据库系统naimds24；1991年又在此基础上结合专家系统和数据库技术，开发了通用切削数据库系统kaimds，该系统可实现对切削数据的优化、根据工件材料及加工条件选择刀具材料，还可对切削数据进行评价33。航空工业部曾组织北京航空工艺研究所、西北工业大学和南京航空航天大学进行了航空金属切削数据库的研究开发工作。其中，北京航空工艺研究所将收集到的文献资料和生产数据输入了计算机，并开发了相应的检索软件；西北工业大学开发了14种常用钛合金的车削数据库，并与航空部172厂合作开发了数控车间的刀具管理系统；上海工业大学机械系与石油勘探开发研究院机械所联合开发建立了一个适合石油行业的小型切削数据库，可提供三种合金钢材料42crmo、20crnimo、20nimo的优化切削数据34。建立切削数据库的目的之一就是为生产企业提供各种实用的切削数据。通常这些数据应是经过优化的，这样才能达到提高加工质量，降低加工成本的目标。随着计算机技术的普遍应用，使得对切削加工中的各种参数优化方便可行，研究成果也大量涌现，如关于高速铣削用量优化35、车削用量优化等36-38。二十世纪八十年代以来，高速切削加工技术在我国开始研究，并在航空、模具和汽车等制造业中初步应用，加工的工件材料以铝合金、铸铁及淬硬钢为主，采用的刀具也以进口产品居多。我们的调研结果及有关文献研究表明，缺乏实用的高速切削工艺数据库给企业的生产和技术进步造成了很大的掣肘，是阻碍高速切削技术在机械制造业中推广应用的主要问题之一。很多生产厂家抱怨，花费巨额资金购买了先进的高速加工机床或加工中心，却只能按比原来普通机床高不了多少的切削用量进行生产加工，以至先进的加工设备得不到最充分的利用，不能获得最大的经济和社会效益。这实际上造成了巨大的浪费。目前,国内尚没有完整的加工参数表可供选择,也没有较多的加工实例可供参考,还没有建立起实用化的高速切削工艺数据库,在高速加工的工艺参数优化方面,也还需要作大量的工作22。由此可见，为生产企业提供系统实用的高速切削工艺参数，改变这种 “重设备、轻工艺”的状况，是摆在从事机械行业科学技术研究的广大专家、学者和工程技术人员面前的重要课题。模具高速加工是个新生技术，在国外处于发展之中，在国内刚起步，理论和实际应用技术缺乏39；工艺数据对高速加工机理研究和实际加工应用都具有重要的作用，工艺数据的科学整理和分析能有效提高零件高速加工的生产效率和产品质量。1.2.3基于实例推理（cbr）及其在高速切削加工中的应用基于实例的推理 （cbrcase-based reasoning）起源于二十世纪七十年代，是人工智能技术发展过程中出现的一种推理模式。简单地说，就是利用以前类似问题的解决方案及知识来解决新问题40。实际上，基于实例推理是一种被广泛应用于各种问题求解领域的推理方法，而不是一种技术。应用这种推理方法求解问题不依赖于所求解问题领域的规则，而是依赖于以前积累的经验和成功解决的类似实例。这非常接近于人类专家解决问题的思路和方法。二十世纪九十年代以后，cbr在理论方面已相对成熟，其发展主要侧重于在不同领域内的应用。据不完全统计，截至1997年，有文献记录的cbr系统就超过一百个，其应用领域也越来越广泛，涉及到社会生活的各个方面，如飞机故障诊断、法律事务处理、劳动仲裁、医疗诊断、广告设计、机械制造、信息处理等41。高速切削工艺数据库最基本的功能就是为工件的高速切削加工提供合理的切削用量。在工件的高速切削加工过程中，涉及的对象主要有工件、刀具、机床、切削液、切削用量、刀具寿命、加工成本、加工精度和表面质量等。这些对象及其属性之间的关系是错综复杂的，很难简单地用公式或规则来表示清楚，如加工成本与刀具寿命、切削用量、加工精度和表面质量之间的关系就根本不能找出实用的公式来简单清楚地表示。另外，加工过程中还会出现其它意想不到的因素，这些因素对目标的影响更是无法简单地用公式或规则表示42。当一个新的工件需要进行高速切削加工时，一方面可能因实用的高速切削数据少而找不到可用的切削参数：另一方面即使能够找到切削参数，要找到符合目标的最优数据也几乎是不可能的。这时，以前成功的高速切削加工实例对新工件的加工就有着非常重要的参考意义了。如果某个旧工件的高速切削加工在某些方面与新工件类似，那么，旧工件的解决方案就可以作为新工件的建议解决方案。虽然这个建议解决方案不一定是最优的，但它是接近于最优解决方案的。若根据新工件的实际情况及相应的领域知识、经验等，对其进行适当的修正，就可能找到更接近于最优的解决方案。尤其是当积累的经验和实例越来越多时，越容易找到与新工件类似的旧工件，也就越容易找到适用于新工件的接近最优的解决方案。另外，由于积累的经验少，高速切削加工过程中，工件与刀具材料的最优匹配及切削用量的选择、切削液的选用、机床刚性与工件刚性对加工精度和表面质量的影响及切削方法与机床的选用、刀具寿命与切削用量和加工成本之间的合理匹配、工件及加工面类型对工艺方案的影响等问题，也不能用简单的公式或规则来表示。而这些信息和经验对推广高速切削技术意义重大，因此如何收集和处理它们也是十分重要的。而基于实例推理解决问题的方法正好可以利用上述经验和加工实例来解决高速切削加工过程中出现的各种问题。在目前高速切削加工领域缺乏大量系统适用的切削数据和经验、规则的情况下，应用 cbr系统解决问题的思想方法，可为建立高速切削工艺数据库、推广高速切削加工技术，提供一条切实可行的途径。1.2.4 ug二次开发及其研究现状在ug接口程序开发方面，以往国内一般都是在ug提供的模块上进行的二次开发。ug/open二次开发工具包中界面开发工具包括：菜单ug/open menu-script、工具条toolbars, ug/open uistyler标准motif对话框编辑器。ug/open二次开发工具包中提供的二次开发语言主要包括:ug/open api, ug/open grip，ug/open+, ug/kf43-45。open api功能最为强大，但是由于ug/open api中没有直接提供对mfc的支持，所以在ug开发中还不能直接调用mfc。因此也就不能充分体现采用vc+开发出的mfc程序的优越性。我们通过查阅资料和大量的实践，提出了一种能够在ug/open中直接使用mfc的方法46，按照下面的步骤来创建应用程序： 1）在vc的应用程序创建向导中选择mfc appwizard(dll)； 2）选择应用程序类型为：regular dll using shared mfc dll； 3）结束创建应用程序的过程； 4）将ug库文件（libugopenint.lib，libufun.lib）加入所创建的项目； 5）结束。这种方法在国内还很少被采用，将用于本课题中的程序开发。1.3 本课题研究的主要内容本课题利用基于实例推理的方法，一方面可以克服建立高速切削工艺数据库过程中遇到的缺乏可用数据的困难，另一方面又能收集、处理、利用切削加工过程中的各种有用信息，为将来新的应用提供帮助。利用 cbr方法建立的高速切削工艺数据库，吸收了cbr的优点，具有自学习的功能，是一种智能型的切削数据库。同时，cam编程者所有对数据库的操作都在ug环境下直接通过接口程序进行，不需要在程序间切换，提高编程效率。本课题的主要研究内容有：1）高速切削工艺参数数据库的系统结构的提出：分析高速切削加工过程中涉及的数据信息，明确高速切削工艺参数数据库要处理的信息以及如何表示它们。确定高速切削工艺数据库的特点及功能要求，提出基于实例推理的高速切削工艺数据库的系统结构；2）切削数据库部分的设计与实现：高速切削工艺参数数据库中，处理需求虽然种类较多，但基本是固定不变的，而所处理的数据复杂多样且彼此间存在各种复杂的联系。在需求分析的基础上，提出高速切削工艺数据库的概念数据模型，在关系型数据库管理系统microsoft sql server 2000上进行逻辑数据模型设计和物理设计，得出高速切削工艺数据库的各个关系模式以及相应的索引；3）高速切削工艺参数数据库中crb的应用：分析应用 cbr的可行性，定义高速切削加工实例的表示模式。实例相似度是判别实例间相似性的尺度，切实可行的相似度计算方法是 cbr系统成功的基础。实例相似度主要根据问题描述部分的属性计算，根据高速切削加工中实例各属性的特点，研究这部分属性的局部相似度及其权重分配策略，提出实例整体相似度的计算方法；4）高速切削工艺参数数据库中知识库的应用：高速切削工艺参数数据库中的知识库用来存储关于高速切削加工的领域知识作为 cbr子系统的一部分，知识库是为实例改写及刀具选用等提供支持的。研究知识库中包含的领域知识与经验的表示模式及知识库的设计与实现；5）mfc应用程序以及ug接口程序的设计：对高速切削工艺参数数据库系统的应用程序开发进行分析，本系统用visual c+编写的mfc应用程序是用户和数据库交互的接口，一般用户都是通过应用程序才能使用数据库中的数据。用visual c+语言编制的接口程序是对ug做二次开发，在ug中通过菜单调用上述的mfc数据库应用程序。2 系统功能及总体结构2.1 概述目前尚无有关高速切削加工的切削数据手册出版，其它文献资料提供的数据分散性太大，且不易收集。因此，可供利用的高速切削数据主要包括刀具厂商提供的部分数据和生产企业积累的少量切削加工实例和数据；另外我们还根据模具有限公司的实际情况利用有限元模拟技术及大量的试验优化出一些切削参数作为重要数据。我们决定将基于实例推理的方法应用到高速切削工艺数据库中，一方面克服缺乏高速切削数据的困难，另一方面充分利用刀具厂商和生产企业提供的成功经验和数据、优化切削参数以及生产实际和切削加工实验中积累的实例等。2.2 系统功能该系统按照功能划分为两大块：基本功能模块、管理功能模块。系统功能框图如图2.1所示。基本功能包括：1）cam编程工艺记录：记录每个cam项目所使用的加工解决方案和加工参数，其中嵌入了cbr系统模块，可以逐步改进加工中使用的加工解决方案和加工参数；2）设备资源信息浏览：查询生产加工中的机床、刀具、材料、切削液等详细信息；3）知识查询：查询与加工相关的领域知识。管理功能包括：1）cam编程项目管理：添加、修改、删除cam编程项目。2）cbr管理：添加、修改、删除实例库中的实例，cbr系统中权重、相似度、属性的添加、修改和删除；3）知识库管理：知识记录的添加、修改和删除；4）数据库管理：对数据库中机床、刀具、材料、切削液、加工参数、用户记录的添加、修改和删除。(略)图6.11 知识库管理对话框图6.12 机床管理对话框图6.13 用户管理对话框6.3 性能分析与评价在介绍了系统的几个主要应用功能之后，我们再结合系统的结构与实现，对其性能进行分析与评价。首先，本系统是一个关于高速切削的数据库系统，其基本功能是提供高速切削过程中用到的切削参数，除此之外还要有为用户提供关于刀具参数、刀具材料及工件加工解决方案等信息的功能。为达到上述目的，数据库系统需要处理复杂多样且彼此间存在复杂联系的各种数据。在数据库的设计过程中，我们采用了面向数据的设计方法，以信息需求为主，兼顾处理需求，所设计出的数据模式能比较好地反映数据的内在联系，而应用程序的设计又保证了上述功能的需要。由于目前高速切削数据还十分缺乏，系统所收入的数据还比较少，但运用cbr技术，克服了因缺乏数据给建立高速切削工艺参数数据库系统带来的困难。第二，系统所使用的dbms是关系型的。关系数据模型具有严格的数学基础，数据独立性强，能清晰简单地表示所处理的数据。关系型数据模式能够满足切削数据库的一般需要。但当涉及到具体工件的高速切削加工实例时，关系数据模型的处理能力就不能完全满足处理需要了。我们的处理方法是把工件的高速切削加工分解成多个工序，每个工序看作是一个实例保存在实例库中。这种处理方法使得查询某个工序的解决方案更有针对性，但不能给出一个工件进行高速切削加工的整体方案。第三，应用基于实例的推理方法，是本系统的主要创新点之一。针对cbr在高速切削数据库系统中的应用，提出了一套关于实例表示、实例相似度计算、实例检索、实例改写的方法。实际表明，这套方法在系统中的应用是成功的。但对实例改写的研究还不够系统化。实例改写是一个非常复杂的过程，与相应的领域知识有密切的关系，针对具体的cbr系统，应研究专用的改写算法。高速切削加工领域的知识非常复杂，大多数知识不能用规则来表示，这给实例改写带来了很大的困难。在一个实例的解决方案中，各属性不但受问题描述部分的属性影响，解决方案的各属性之间也存在相互影响。第四，研究了刀具与工件材料的最优匹配问题。系统中，对具体牌号的刀具材料，综合生产商提供的与各类工件材料的匹配优先顺序，用两级优先系数定量地表示了刀具工件材料的匹配关系。第五，系统中的知识库用来存储关于高速切削加工的领域知识，这相当于知识库系统中的一般规则；而切削数据库、实例库存储的内容则相当于知识库系统中的简单事实。而且，高速切削加工的领域知识，如刀具几何角度的选择、刀具一工件材料的优先匹配等，在系统中都表示成了关系模式，知识库与切削数据库、实例库及应用程序等一起组成了一个整体，不仅可以提供高速切削用量，还可以为工件的高速切削加工提供一个较完整的工序方案。从这个意义上说，本系统具有知识库系统的一些功能，但实际上，知识库是为实例改写及刀具选用等提供支持的，因此，还不是一个真正的知识库系统。第六，将数据库系统与ug集成，是本系统的又一个主要创新点。对高速切削工艺参数数据库系统的应用程序开发进行分析，系统采用visual c+编写的mfc应用程序是用户和数据库交互的接口，用户都是通过应用程序才能使用数据库中的数据。用visual c+语言编制的接口程序是对ug做二次开发，在ug中接口程序调用上述的mfc程序。这样程序员在ug环境下可以直接使用数据库系统，提高工作效率。但由于在初始化时要调用许多数据库，因此可能开始运行速度会较慢。6.4 小结本章简要介绍了系统的主要应用功能：信息查询、实例推理、数据库管理等等；并对系统的性能做了分析与评价。7 结论与展望7.1 本文总结与传统切削加工相比，高速切削加工具有明显的优越性，其应用前景也十分广阔。但由于目前缺乏实用的高速切削数据，高速切削加工技术的推广应用受到了一定的限制。建立高速切削工艺数据库，可为生产企业提供系统可靠的高速切削数据，是推广高速切削加工技术的重要途径之一。在综合分析高速切削加工技术领域知识及数据的基础上，本课题利用基于实例的推理方法，建立了高速切削工艺参数数据库系统，并结合模具企业的实际情况建立了ug接口程序以便cam编程人员在ug环境中直接调用数据库系统。这种建立高速切削数据库的方法，一方面克服了缺乏可用数据给建立高速切削数据库造成的困难，另一方面又能收集、处理、利用切削加工过程中的各种有用的经验和积累的数据，为将来新的应用提供帮助。本课题主要在以下几个方面取得了研究成果:1）高速切削工艺参数数据库系统的建立 在综合分析高速切削加工领域知识及信息需求与处理需求的基础上，提出了高速切削工艺数据库的系统结构，并在以microsoft sql server 2000为dbms的数据库管理平台上建立了基于实例推理的高速切削工艺参数数据库系统。该系统主要由两大部分组成，即切削数据库部分与实例库部分，前者主要用来存储机床、切削液、工件材料以及刀具厂商提供的刀具信息、高速切削加工数据等，后者主要用来存储积累的高速切削加工实例及关于高速切削加工的经验、规则与领域知识。2）基于实例推理在高速切削加工中的应用 将基于实例推理的思想方法应用于高速切削加工中，充分利用生产实际中积累的高速切削加工实例、数据和经验，为新工件的高速切削加工提供参考解决方案，克服因缺乏实用数据给高速切削加工的推广应用带来的困难。提出了切实可行的用关系数据模型表示的实例表示模式；分析了实例各属性的局部相似度特点和类型，并提出了局部相似度的计算方法；对计算实例整体相似度时各属性的权重分配问题，提出了“分级赋值法”的权重分配策略。3）高速切削工艺参数数据库系统智能特点 系统靠积累的实例与经验为解决类似问题提供参考解决方案，并把新的实例存储到实例库中，能为更多的新问题提供更接近需要的解决方案。系统中的知识库用来存储关于高速切削加工的经验、规则与领域知识，其应用为实例改写及刀具选用等提供了支持。应用系统为一个新的工件提供切削加工解决方案时，若解决方案是成功的，新实例会增强系统的推理性能;若解决方案存在一些问题或是完全失败的，又可以为知识库增加新的规则或经验。4）ug接口程序的开发 通过接口程序将数据库系统与ug进行了很好的集成，对高速切削工艺参数数据库系统的应用程序开发进行分析，系统采用visual c+编写的mfc应用程序是用户和数据库交互的接口，用户都是通过应用程序才能使用数据库中的数据。用visual c+语言编制的接口程序是对ug做二次开发，在ug中接口程序调用上述的mfc程序。这样cam程序员在ug环境下可以直接使用数据库系统，提高工作效率。7.2 将来展望由于时间的限制，作者的工作只能放在建立高速切削数据库系统课题的大部分重点内容方面，还存在一些需要提高完善及进一步研究的地方，主要表现在以下几个方面：1）实例改写算法的深入研究 实例改写是cbr系统中非常重要的一个环节，也是一个非常复杂的过程。在深入分析实例各属性之间的影响关系的基础上，文中提出的改写方法还不是一种定量的改写算法。深入研究高速切削加工中的实例改写算法，对提高系统的智能化程度及解决问题的效率将会产生很大的作用。2）高速切削用量的优化 提供优化的切削用量可大大提高生产效率，降低加工成本，对高速切削加工技术的推广应用意义重大。但目前关于高速切削时的切削力、切削温度、切削功率、刀具寿命、加工成本等，还没有形成大家都认可的各种数学模型。这给高速切削用量的优化带来了很大的困难，也存在很大的研究空间。3）系统功能的完善 本课题提出的切削数据库的系统结构适用于所有切削加工方法。但因时间关系，主要收集了高速铣削加工的机床、刀具、切削液、切削用量等信息以及铣削加工的实例、经验等。同时，系统还需在大量的实际应用中验证和不断改进，使其功能进一步增强、完善。参考文献1 tlusty j. high-speed machining j.annals of cirp, 1993, 41 (2 ): 733-738.2 ashley s. high-speed machining goes mainstream j.mechanical engineering, 1995，117(5): 56-60.3 刘战强，艾兴，宋世学.高速切削技术的发展与展望.制造技术与机床,2001/7: 5-74 d.m. chasteen. high-speed machining-implementation: a users point-of-view. american society of mechanical engineers, production engineering division (publication) ped v 12 1984 sponsored by: asme, production engineering div, new york, ny, usa asme: 59-4645 r. komanduri, d.g. flom, m. lee. highlights of the darpa advanced machining research program. journal of engineering for industry, transactions asme v 107 n 4 nov 1985: 325-335 6 h .schutz, j. scherer. high-speed milling. industrial & production engineering, v 13 n 1 mar19897 r. komanduri. status of high-speed machining, carbide & tool journal. v 18 n 6 nov-dec 1986: 6-118 r. c. dewes, d .k. aspinwall. a 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