（机械制造及其自动化专业论文）铣削加工切削参数智能选择系统的研究与开发.pdf

摘要 y 6542 5 8 铣削加工切削参数智能选择系统的研究与开发 机械制造及其自动化专业 研究生邹云指导老师罗红波 在机械加工工艺设计中，合理选择切削参数是一项重要、复杂的工作，它 决定了产品加工的质量、生产率、成本、设备利用率等指标。随着先进制造技 术的应用，工序时间定额中辅助时间不断减少、切削工时在总工时中所占比重 更加突出，提高了合理规划切削时间的重要性。随着少屑、无屑加工的发展， 模具加工在机械加工中所占的比重不断加大，而在模具加工中铣削加工所占的 比重正在快速上升，因而如何选择合理的铣削加工切削参数在机械加工中起着 举足轻重的作用。而铣削加工参数的确定受机床、刀具、工件材料、加工质量、 产品的允许生产时间、生产成本等诸多因素的影响，如果采用常规的工艺设计 方法，不仅难于得出合理的结果，而且在新材料、新工艺、新设备实施中可能 无从着手。因而，在铣削加工工艺设计中，需要采用快速、合理地确定铣削加工 切削参数的新方法。 铣削加工切削参数智能选择系统的研究与开发，提供了一个快捷地获取合 理的切削参数的一个平台。其特点是：用户根据已有的一些信息，可以通过希 望的方式确定需要的加工要求，而且伴随着加工信息的反馈，使决策过程合理 性提高。最终可以通过合理的切削参数的制订，合理确定零件的制造过程( 时 间、成本、利润等) ，提高企业的市场竞争力。 本课题以v c + + 6 o 作为开发平台、借助于s q ls e v e r 2 0 0 0 数据库、以r g a 及b p r a g a 算法优化神经网络的方法，根据刀具、材料、加工质量等条件，快 捷而且比较合理地制订出铣自加工的切削速度、每齿进给量、切削深度的大小。 主要完成了以下工作： 尧。： 。 四川大学硕士学位论文 l 、采用面向对象的程序设计方法进行铣削加工切削参数优化系统设计； 建立了人机交互的界面。 2 、建立了铣削加工切削参数工程数据库的实体联系模型，并将其转 换为关系模型，以商用关系数据库管理系统作为底层支撑环境，完成了铣削加 工切削参数工程数据库设计。 3 、以工件材料的机械性能对切削性能的影响为基础，利用模糊数学的理 论为支撑，对工件材料的切削性能进行评估与聚类。 4 、以金属切削加工理论为基础，建立了以切削参数为优化目标、以机床、 刀具、材料等为优化约束条件的优化模型，应用r g a 算法实现了铣削加工切 削参数的有条件优化。 5 、在该系统中，建立了以b p r a g a 算法为支撑的神经网络优化技术，依 据可不断更新的切削数据，实现切削参数的智能选择。 关键词：切削参数智能优化神经网络工程数据库遗传算法模糊算法 u r e s e a r c ha n dd e v elo p m e n to ft h eir i t eil ig e n ts y s t e mt o c h o o s et h em iii i n gp a r a m e t e r s m e c h a n i c a lm a n u f a c t u r i n ga n da u t o m a t i o n c a n did a t ez o uy u n s u p e r v is o r l u o h o n g b o i t i sa ni m p o r t a n ta n di m p l i c a t e dw o r kt oc h o o s et h er e a s o n a b l e m a c h i n i n gp a r a m e t e r sd u r i n gt h ed e s i g no ft h em a c h i n i n gp r o c e s s t h ek e y i s s u e sa r et od e c i d et h e s ei n d e x e so ft h em a c h i n i n g q u a l i t y ，p r o d u c t i v i t y ，c o s ta n dt h eu t i l i z a t i o no fe q u i p m e n t s w i t ht h e a p p li c a t i o n o f a d v a n c e d 抛a n u f a c t u r i n gt e c h n i q u e s ， i ti n c r e a s e st h e i m p o r t a n c e o fp l a n n i n gt h er e a s o n a b l ec u t t i n gt i m eb e c a u s et h ea u x i 1i a r y t i m eo ft h ep r o c e s si sc o n t i n u o u s l yr e d u c e da n dt h er a t eo ft h ec u t t i n g m a n h o u ra n dt h et o t a lm a n h o u ri sm o r eo u t s t a n d i n g w i t ht h ed e v e l o p m e n t o ft h em a c h i n i n gm e t h o do ft h el i t t l es c r a p sa n dn os c r a p s ，i ti st h e p r o m i n e n tp o s i t i o ni nm a c h i n i n go p e r a t i o nt oc h o o s er e a s o n a b l em i l l i n g p a r a m e t e r so f ，b e c a u s et h er a t eo ft h em a c h i n i n gd i es h a r i n gt h et o t a l c u t t i n gm a n h o u ri se n l a r g i n ga n dt h er a t eo ft h em i l l i n go p e r a t i o ni n m a c h i n i n gd i ei sr a p i d l yr i s i n g i nm i l l i n gp r o c e s s i n g ，t og e t t h e r e a s o n a b l er e s u l t sa n dc a l c u l a t et h ep o s s i b l ec u t t i n gp a r a m e t e r si sv e r y d i f f i c u l ti nt h ep r o c e s so fn e wm a t e r i a l s ，n e wm e t h o d sa n dn e we q u i p m e n t s a p p l l e dt od e c i d et h em a c h i n i n gp a r a m e t e r s t h em i l l i n gp a r a m e t e r sa r e i n f l u e n c e db ym a n yf a c t o r s ，s u c ha sam a c h i n et o o l ，ac u t t i n gt o o l ，t h e m a t e r i a l so ft h ew o r k p i e c e ，t h eq u a l i t yo ft h ew o r k p i e c ea c h i e v e d ，t h e a l l o w e dp e r i o da n dt h ec o s tt oa c h i e v et h ew o r k p i e c e s o ，an e wm e t h o d i sn e e d e dt or a p i d l ya n da c c u r a t e l yd e c i d et h em i l l i n gp a r a m e t e r so fa i i i 四川大学硕士学位论文 m i l l i n go p e r a t i o ni nd e s i g n i n gt h em a c h i n i n gt e c h n o l o g y n l es y s t e mo f f e r sap l a t f o r mt or a p i d l yg e tt h er e a s o n a b l ec u t t i n gp a r a m e t e r s f o rm i l l i n g o p e r a t i o n s i t h a st h ec h a r a c t e r i s t i ct h a tt h eu s e r sc a l lo b t a i nt h e i r r e q u i r e m e n t so f m a c h i n e w o r k - p i e c ea c c o r d i n g t os o m eo w n e di n f o r m a t i o na n dt h e r a t i o n a l i t y i ti si n e v i t a b l et oi n c r e a s et h ee n t e r p r i s e sc o m p e t i t i v ea b i l i t yi nm a r k e t b y t h er e a s o n a b l e p r o c e s s ( p e r i o d ，c o s t ，p r o f i t , a n ds oo n ) t om a n u f a c t u r ew o r k - p i e c e a c c o r d i n g t ot h ec h o i c eo f t h er e a s o n a b l ec u t t i n g p a r a m e t e r s b a s e do nt h ed a t a b a s e ，t h es y s t e mc a nr a p i d l ya n d r e a s o n a b l y d e c i d et h ec u t t i n g s p e e d ，t h ef e e do f a c u t t i n g - t o o l st o o t h ，t h ec u t t i n gd e p t hb y t h ec o n d i t i o no f c u t t i n g t 0 0 1 m a t e r i a lo fw o r kp i e c e ，a n dt h er e q u i r e dq u a l i t y t h ev c h 6 0 isc h o s e da s t h ep l a t f o r mt od e v e l o pt h es y s t e m t h ed a t a b a s ed e p e n d so nt h es o l s e v e r 2 0 0 0d a t a b a s e t h ea l g o r i t h m sa r et h er g aa n db p r a g a m ym a i n a c h i e v e m e n t sa r ea sf o l l o w s ： 1t h eo p t i m i z a t i o no ft h em i l l i n gp a r a m e t e r so fam i l l i n go p e r a t i o n h a sb e e nd e v e l o p e da n dt h ea l t e r n a t ei n t e r f a c e sw e r ed e v e l o p e du s i n gt h e p r o g r a m m i n gm e t h o do fo r i e n to b j e c t 2a f t e rt h ee n t i t y r e l a t i o n s h i pm o d e li sc o n v e r t e dt ot h er e l a t i o n m o d e l ，t h ed e s i g no fe n g i n e e r i n gd a t a b a s eo fm i l l i n gp a r a n m t e r sh a sb e e n c o m p l e t e db yu s i n gt h ec o m m o nr e l a t i o nd a t a b a s e 3b a s e do nt h ee f f e c to f t h ew o r k - p i e c e sp h y s i c a l m e c h a n i c a l p r o p e r t i e st oi t sm a c h i n a b i l i t y ，t h ef u z z ye v a l u a t i o nm e t h o da n df u z z y c l u s t e rm e t h o dh a sb e e nu s e dt oe v a l u a t ea n ds o r tt h ew o r k p i e c e s 4b a s e do nt h et h e o r i e so ft h ec u t t i n gm e t a l ，t h es t u d yh a sd e v e l o p e d t h ec o n d i t i o n a l o p t i m i z a t i o n m o d e lb yt h ef u n c t i o n so fm i l l i n gp a r a m e t e r s o p t i m i z a t i o n ，t h ef u n c t i o n so f t h ec o n s t r a i n tc o n d i t i o no fm a c h i n et o o l ，c u t t i n gt o o l ， m a t e r i a l ，e t c ，a n dt h er g aa l g o r i t h m 5t h es y s t e mc a r lr e a l i z et h ei n t e l l i g e n to p t i m i z a t i o no fm i l l i n gp a r a m e t e r sb y t h ea r t i f i c i a ln e u r a ln e t w o r ku s i n gt h eb p r a g aa l g o r i t h ma n dt h ec o n t i n u o u s l y r e f r e s h i n gc u t t i n gp a r a m e t e r s k e y w o r d s ：m a c h i n i n gp a r a m e t e r s ，i n t e l l i g e n to p o m i z a t i o n ，n e u r a ln e t w o r k ， e n 百n e e r i n gd a t a b a s e ，g e n e t i ca l g o d t h m , f u z z ym g o f i t h m v 绪论 1 绪论 数控技术是2 0 世纪7 0 年代发展起来的机床控制技术，它是综合了微电子 技术、计算机技术、现代控制技术、传感嚣检测技术、网络通讯技术、液气压 传动技术、机械制造技术等形成的一种高新技术。数控加工是利用以数控技 术为支撑的数控机床进行工件的加工，如何确定合理的切削用量是数控加工过 程中的一项重要工作。本章首先简要介绍了数控技术的发展状况与趋势以及人 工智能技术，进一步论述了机械加工切削参数确定的复杂性与重要性，提出了 本课题的研究任务与意义。 1 1 数控技术 1 1 1数控技术 数字控制( n u m e r i c a lc o n t r o l ，简称n c ) ，是近代发展起来的一种自动控 制技术，国家标准( g b 8 1 2 9 - 8 7 ) 定义为“用数字化信号对机床运动及其加工过程 进行控制的一种方法”，简称数控( n c ) 。数字控制的对象是多种多样的，但是， 数控机床( n u m e r i c a lc o n t r o lm a c h i n et o o l s ) 是最早应用数控技术的控制对 象，也是最典型的数控化设备。数控机床就是采用了数控技术的机床，换言之， 数控机床是一种采用计算机，利用数字进行控制的高效、能自动化加工的机床， 它能够按照国标或国家，甚至生产厂家所制造的数字和文字编码方式，把各种 机械位移量、工艺参数( 如主轴转速、切削速度) 、辅助功能( 如刀具变换、切 削液自动供停等) ，用数字、文字符号表示出来，经过程序控制系统，即数控系 统的逻辑处理与计算，发出各种控制指令，实现要求的机械动作，自动完成加 工任务。 1 1 2数控技术的发展趋势 随着计算机技术的不断发展，计算机在全球范围内的各行各业中得到了广 泛的应用和发展，尤其是伴随着网络技术的发展，以i n t e r n e t 为代表的信息高 速公路在世界范围内不断膨胀和延伸，计算机技术、信息技术与传统控制技术 相结合，为数控技术的发展和进步提供了新的条件。现代数控技术的发展体现 在以下几个方面”1 。 1 数控系统的p c 化 四j i l 大学硕士学位论文 数控系统的p c 化具有以下的优点。 1 ) 成本低。 2 ) 标准化。p c 机的硬件平台已经形成了标准，不仅有利于数控系统的维 修，而且奠定了数控系统标准化、模块化和开放的基础。 3 ) 可靠性高。由于p c 批量大，而且各个部件已经形成比较完善的标准， 有利于批量生产和质量控制。 4 ) 软件资源丰富。p c 的事富的软件资源和开发工具有利于数控软件开发。 5 ) 便于联网。基于平台的网络设备和网络浏览器可方便的嵌入i n t e r n e t ， 为实现全球制造、虚拟制造、共享制造资源奠定了硬件基础。 2 数控系统的智能化 数控系统的智能化包括： 1 ) 数控程序编制的智能化。通过自动编程系统来自动选择刀具，生成工艺 路线，计算切削深度，实现切削仿真，大大提高编程效率。 2 ) 加工过程智能化监控。通过对影响加工精度和效率的物理量进行测量、 建模，提取特征来感知系统的运行状态，快速做出实现最佳目标的决策，对进 给速度和主轴转速进行实时的调整，使整个加工过程处于合理状态。 3 ) 故障诊断智能化。采用人工智能技术实现故障诊断的自动化。 3 数控系统的开放化 当今的机床正向着灵活、多功能、网络化的方向发展，工业机床控制器已 经商品化，通过开放的框架进行访问”1 ，控制器能够重新配置、修改、扩充和 改装，甚至有时要求控制器重新生成。实现这一任务的有效途径就是“开放”。 其最终结果是产生高度模块化、可以方便联网集成的、可以方便进行二次开发 的、拥有大量第三方应用软件支持的、价格更便宜的、全新概念的数控系统。 本课题所进行的研究可服务于数控系统的需要。 1 2 人工智能技术 随着信息社会和知识经济时代的来临，信息和知识已成为人们的一个热门 话题。然而，在这个话题的背后还蕴含着另外一个更深层的问题智能。一 般来说，信息是由数据所表达的客观事实，知识是信息经过智能性加工后的产 物，智能是用来对信息和知识进行加工的加工器。所谓智能就是种认识客观 2 l 绪论 事物和运用知识解决问题的综合能力。所谓人工智能( a r t i f i c i a l i n t e l l i g e n c e ，简称a i ) ，从能力的角度来看，是指用人工的方法在机器( 计算 机) 上实现的智能；从学科的角度来看，是一门研究如何构造智能机器或智能系 统，使它能模拟、延伸和扩展人类智能的学科。 人工智能技术应该是各种信息处理技术及相关学科技术的集成。其中，要 集成的信息技术除数字技术外还包括计算机网络、远程通信、数据库、计算机 图形学、语音与听觉、机器人学、过程控制、并行计算、光计算机和生物信息 处理等技术；要集成的学科则包括认知科学、心理学、社会学、语言学、系统 学和哲学等。 软件是人工智能的核心技术，许多人工智能应用问题都需要开发很复杂的 软件系统。因此，人工智能必须研究出更通用、更有效的开发方法，包括更高 级的人工智能通用语言、更有效的人工智能专用语言与开发环境或工具。同时， 在应用方面人工智能还需要寻找与发现问题分类与求解的新方法。就目前看来， 比较有前途的几种应用方法研究有：多种方法混合技术、多专家系统技术、机 器学习( 尤其是神经网络学习) 方法、硬件软件一体化技术以及并行分布式处理 技术等。 对于本课题的研究采用了模糊评判与聚类、r g a 、b p r a g a 、人工神经网络 等智能化技术。 1 。3 机械加工切削参数 1 3 1切削参数的确定是机械加工的一项重要工作 切削加工是金属加工中最基本和最可靠的精密加工手段，切削加工的工作 量占机械制造工作量的3 0 一4 0 ，约7 0 的零部件采用切削加工来进行“1 。 据专家估计，在2 1 世纪切削加工仍将占机械加工量的9 0 以上，因此，捉高 切削加工的效率和质量仍是机械制造业的重要课题。切削参数的合理选择可以 提高生产效率与表面质量b 1 ，因而它是机械加工中一项重要的工作。在传统的 加工中，对于批量生产，主要依据各种工艺手册以及工艺试验来制定切削参数。 对于单件生产，主要依靠操作人员的实际经验来确定所需要的切削参数、借助 不断的试切来改善切削参数，加工成功与否，取决于操作人员的技术水平，在 这个过程中，不可避免地造成次品、废品等损失，甚至造成合同不能按期完成。 四川大学硕士学位论文 而且，随着定制生产方式的再次不断发展，在加工中，对切削参数的合理选择 的要求越来越强烈。同时，随着数控加工技术的不断发展，在不同的生产规模 下，都表现出了如何利用诸如p r o e 、u g 、m a s t e r c a m 、c i m a t r o n 等软件来自动 生成合理的数控加工程序的要求( 主要的表现为由一个公用平台完成切削参数 的制定，而不是目前情况下的利用手工完成一些切削参数的设置) 。因而，切削 参数智能选择系统的研究与开发成了一个急需解决的课题。 1 3 2 切削参数由众多因素综合确定 合理的切削参数的确定，影响着生产效率、生产成本、企业的利润。然而， 切削参数的确定受到很多因素的影响，如工件材料、工件的加工要求、刀具材 料、刀具的几何尺寸、机床的性能、工序的编排、交货期、操作人员的技术水 平、切削液等。在实际加工中，这些因素都影响着切削参数的制定，由于这些 因素相互影响、相互制约，如果依靠已有的加工经验或者依靠各种切削手册， 面对当今社会不断涌现的新材料、新技术或者苛刻的要求( 如：客户提出的交货 期按照常规工艺不可能实现的状况) ，难于甚至不能制定出有用的切削参数。因 而，造成了切削参数制定的困难。 1 4 课题简介 1 4 1课题来源 本课题来源于8 6 3 项目子项目：异地装备资源共享技术研究。 1 4 2课题意义 实现高精度加工和加工过程的自动化、智能化一直是现代制造技术发展的 两个主要目标和标志。高效制造出高质量、低成本、面向用户需求的产品是任 何一个制造企业在竞争中取胜的关键”1 。 在传统的金属切削加工过程中，切削用量往往是通过查有关机械加工工艺 手册凭经验确定。现在，人们越来越关心的是：在保证零件加工质量的前提下、 如何提高劳动生产率降低零件的加工成本以提高其经济效益”1 。在机床设备、 切削刀具和加工对象等初步明确后，研究如何确定切削最佳参数具有现实意义。 这是由于影响切削参数的因素多，各个因素交叉制约，因而难于在凭借已有的 加工经验或者机械加工切削手册的基础上制定出合理的切削参数。而且，新技 4 i 绪论 术新工艺不断涌现，以及数控加工机床、加工中心和柔性制造系统的广泛应用， 定制生产的订单越来越多，新的需要不断提出，对于切削参数的合理决策系统 的要求成了社会所需。而且，计算机的广泛使用和优化设计理论的成熟、最佳 切削用量的选择成为可能。 铣削加工切削参数的智能决策，嵌入于自动化、智能化的加工中，与有关 的自动检测系统相互配合，可以提高自动化加工过程的质量保障程度与智能化 生产过程的智能决策的合理性。借助于i n t e m e t i n t r a n e t 技术，为网络化制造提 供基础数据。该系统可以作为新型数控系统开发的基础部分，提高自动编程软 件的实用性。 1 4 3课题任务 本课题的主要任务是：根据铣削加工的实际需要，制定合理的切削参数。 为了达到该目的，其主要研究内容为： 1 、针对新材料、新工艺不断出现所造成的加工工艺难点，利用模糊数学 的理论，完成工件材料的切削性能评判与聚类。 2 、建立铣削加工工程数据库，为工件材料切削性能评判与聚类、确定目 标下的铣削加工参数智能决策提供数据基础。 3 、针对切削参数确定过程中各因素关系的复杂程度高、数据之间的关系 难以明确表达的特点，采用遗传算法来实现切削参数的优化决策。 4 、借助于人工神经网络这一先进的信息处理技术，利用已有的数据库管 理技术，实现系统应用上的合理进化。 5 、采用了v c 这种高效的面向对象设计的方法，在目前广泛运用的w i n d o w s 系统平台上，开发铣削加工切削参数智能选择系统。最终能为数控机床以及非 数控机床提供合理的切削参数。 1 5 小结 该部分概述了数控技术的发展状况及趋势，对人工智能技术进行了介绍， 并对机械加工切削参数在机械加工中的重要性以及求解的复杂性进行了简介， 阐述了课题研究的重要意义和主要任务。 四川大学硕士学位论文 2 铣削加工切削参数智熊选择系统设计 通过对系统功能的分析，阐述了切削参数智能选择系统的总体设计，论述 了软件开发方法和开发工具的选择。 2 1 系统功能与设计 2 1 1系统功能 从第一章知道，切削参数由众多因素综合确定，为了使各个用户根据需要， 方便、准确的确定机械加工切削参数，该铣削加工切削参数智能选择系统应该 具有以下的要求与功能： 1 、具有铣削加工工程数据库。 2 、实现新材料、新工艺、特定要求条件下的切削参数确定。 3 、利用已有的大量经验数据的实现相似加工条件下的切削参数决策。 4 、系统能够被扩展、升级。 5 、系统使用方便、运行安全。 6 、满足数控铣床与非数控铣床对切削参数选择的需要。 2 1 2系统设计 传统的机械加工中，对于单件或者小批量生产，切削参数的确定是工艺人 员通过查询机械加工的相关手册并结合已经总结的加工经验来完成，而成批生 产，在此基础上，首先进行工艺试验，然后根据工艺试验的结果，进行工艺参 数的校正。在这种状况下，不仅增加了工艺编制的工作量，而且，增大了生产 成本、延长了生产周期，越来越不适应当今的生产需求。针对不同企业在不同 发展阶段、不同的发展规划、不同的合同要求，采用了以下的解决方案： 1 、新材料、新工艺的情况 随着新材料、新工艺不断涌现，确定切削参数时，没有以往的经验数据可 以利用，如果采用盲目试制的方法，不仅浪费人力、物力，而且可能最终的切 削参数远离实际存在的数值。这种情况下，运用模糊数学理论，首先对工件材 料的切削性能等级进行评判与聚类，然后从材料性能数据库中查询与所加工材 料加工性能最相近的材料，作为切削参数确定的目标材料，通过智能优化选择 获得切削参数。 6 2 铣削加工切削参数智能选掸系统设计 2 、具有大量加工经验的情况 根据已经积累的加工经验，借助于人工神经网路，应用合理的神经网络学 习算法进行神经网络学习训练，达到规定的训练精度后或者规定训练次数，根 据实际的加工情况，从而得到铣削加工所需要的切削参数。 2 1 3系统结构总体框架 根据以上的分析以及实际加工需要，建立系统的结构框图如图2 - l 所示 图2 1 切削参数智能选择系统总体框架 7 四j i i 大学硕士学位论文 2 2 软件开发方法和开发工具 随着计算机多媒体技术和图形图像技术的发展，可视化技术受到了广泛重 视。可视化技术包含两方面的含义：一是软件开发阶段的可视化，即编程可视 化。二是利用计算机图形技术和方法，对大量的数据进行处理，并用图形图像 的方法形象地加以显示。在该系统的软件开发设计中，采用可视化的软件设计 方法，即采用面向对象的程序设计( o b j e c t o r i e n t e dp r o g r a m m i n g ，简称o o p ) 。 2 ，2 1面向对象的编程技术 面向对象技术模仿人类思维方式，使问题域与求解域在结构上尽可能一 致，因而面向对象技术在处理复杂问题方面具有很强的能力“1 。基于面向对象 技术的面向对象的程序设计方法是基于一种抽象的数据和这种抽象数据类型的 实例，即类( c l a s s ) 和对象( o b j e c t ) 。类是与客观世界具体成分相对应的软 件模块的描述，包括描述该成分的数据( 称为属性p r o p e r t y ) 和对这些数据的 操作( 称为方法m e t h o d ) ，对象是通过类的描述进行实例化的可调用的软件模 块。面向对象程序设计方法是基于类对象实现一种程序设计的方法，这种程序 设计方法具有以下特征“1 ： 1 、封装性 封装是一种组织软件的方法，其基本思想是把客观世界中联系紧密的元素 及其相关操作组织起来，构造具有独立的软件实现，使其相互关系隐藏在内部， 而对外仅表现为与其它封装体间的接口关系，封装的目的是隐藏信息。对象是 按照封装的方法构造的与客观世界具体成分相对应的软件模块，对象中封装的 是属性和方法，类是对对象的抽象及描述。类中定义的属性以及方法可以为公 有的和私有的。私有的属性和方法只能被类内部定义的方法访问或者调用，只 有公有的属性以及方法才能成为类的接口，被外部过程访问或者调用。这样就 防止了一个不正常的数据修改或者过程调用破坏正常程序执行流程或结果的情 况。 2 、继承性 继承用于描述类与类之间的共同性质。它减少了相似类的重复说明。继承 提供了一种明确表述共性的方法，使程序员对共同的属性和方法只说明一次， 并且在具体的情况下可以扩展细化这些属性及方法，继承对软件开发有许多好 2 铣削加工切削参数智能选择系统设计 处： 1 ) 软件复用性如果一个操作是从另一个类继承来的，这个操作的所有 代码不用重写。 2 ) 代码复用性面向对象程序设计中存在多层次的代码复用，在一个层 次上，许多不相干的程序及项目可以使用相同的类。 3 ) 界面一致性当许多类都从同一类继承时，在所有情况下，这些类继 承的操作都是相同的，这样就很容易保证相似的类的界面也相似。 4 ) 陕速原型技术如果一个软件系统的大部分都可以由可复用的成分( 例 如内库等) 构成，那么开发中大部分精力就可以花在理解系统中新的以及特殊 的部分。这样软件系统开发变得快速简单，这种开发叫做快速原型技术。 3 、多态性 在程序设计语言中多态性是指相同的语言结构可以代表不同类型的实体 或者对不同类型的实体进行操作。在面向对象程序语言中，对于类和对象之间 的继承关系有一种独特的多态现象；如果类m 是类n 的父类，贝q 子类n 的一个 对象n 可以用在类m 的一个对象m 所使用的任何地方，这样就意味着一个公共 消息集( 即操作) 可以送到类m 和类n 的对象上，这正体现了多态性 1 0 o 多态 性与语法的运行链接有关，运行时链接表示系统在运行期间根据接收对象的类 型将一个选择器和实现它的特定方法链接在一起，这种链接方式比起编译时链 接在实现多态性方面具有很大的方便性与灵活性。在面向对象程序设计中，各 种多态性方法以及其它方法相组合使用可以大大提高代码复用及共享。 综上所述，由于面向对象的程序设计方法集抽象性、封装性、继承性、多 态性于一体，具有显著的可复用、易修改、易扩充等特性。这样很容易实现软 件的功能修改与扩充，而面向对象的语言中，c + + 功能强，而且发展较为成熟， 同时考虑到m i c r o s o f t 公司的w i n d o w s 系统为用户系统提供了统一的用户界面， 很受大家欢迎，本软件采用m i c r o s o f t 推出的可视化面向对象程序设计0 0 p 软 件开发系统v i s u a lc + + 6 o 。 2 2 2v is u a lc + + 简介 v i s u a lc + + 可以说是现在最为通用的开发工具之一1 ，它提供了相当齐备 的类库瓤友好的编程界面，一方面，其完美的同w i n d o w s 平台的结合保证了程序 9 四川大学硕士学位论文 具有强大的功能：另一方面，其无可比拟的同w i n d o w s 同步更新的优势对程序 员也具有极大的吸引力“”。从v c + + 4 0 版本开始对数据库开发提供了t b 较好的 开发环境，随着版本升高，v c + + 对数据库的访问技术更加成熟，功能更强大， 借助于v c + + 可以开发出功能强、速度快、应用广并且占用资源少的应用程序。 v i s u a lc 抖与传统的c 语言完全兼容，它提供的面向对象的应用程序框架 m f c ( m i c r o s o f tf o u n d a t i o n c l a s s e s ，即微软的基本内库) 封装了w i n d o w s 中大 部分a p i ( 应用程序接口) 函数，其本质就是一个包含了许多微软公司已经定 义好的对象的内库，在不同的程序开发中，虽然要编写功能各异的程序，但是 从本质上讲，这些程序都可以归为用户界面设计，对文件的操作，多媒体的使 用，数据库的访问，网络编程等。这样我们可以利用面向对象技术中很重要的 “继承”方法从内库中的已有对象派生出我们需要的对象，这时派生出来的对 象除了具有内库中的对象的特性和功能外，还可以由我们自己根据需要加上所 需的特性和方法，产生一个更专门的、功能更大的对象。当然，也可以不使用 m f c 的功能，完全由自己创建一个全新的对象，并根据需要不断完善对象的功 能。 v c 是一个非常优秀的软件开发工具，它编译的文件不但比其它编译工具生 成的文件小，而且运行也非常稳定。而微软的m s d n 帮助系统提供了a p i 函数和 m f c 中的所有类和类中的所有函数的使用方法，以及这些函数中各参数的意义， 给编程人员提供适时帮助。 2 3铣削加工切削参数智能选择系统的功能设计 2 3 1铣削加工切割参数智雒选择系统功能设计 1 ) 系统登陆启动系统以后，弹出用户登陆窗口，首先对用户身份进行验 证与权限确定，身份与权限是通过给定的用户名以及密码校验来确认，如果校 验通不过，则不能继续登陆，只能退出系统。如果校验通过，则可以进入下一 步工作。 2 ) 工作任务选择用户校验通过以后就可以进行工作任务选择，如果选择 了铣削加工，则进入铣削加工切削参数优化过程，如果选择了数据库维护，则 可以对数据库中的信息进行添加、删除、修改。 3 ) 数据库维护进入数据库维护以后，首先选择需要进行数据维护的数据 1 0 2 铣削加工切削参数智能选择系统设计 库，通过对数据库中数据的添加、删除、修改，完成数据维护以后，就可以退 出数据库维护。 4 ) 铣削加工切削参数智能选择进入铣削加工切削参数智能选择系统以 后，首先进行材料切削性能的评判与聚类，然后进行铣削加工切削参数智能选 择，包括最高生产率法、最低生产成本法、最大利润法、综合目标法、人工神 经网络法。 2 3 2 铣削加工切削参数智能选择系统功能模型 目前，进行系统建模的方法较多，在众多的系统分析方法中，i d e f 系列方 法是运用最广泛的方法，该系统的建模就采用该方法。此方法由三部分组成“”。 1 ) i d e f o 描述系统的功能活动及其联系。 2 ) i d e f i 描述系统信息及其联系，建立信息模型作为数据库设计的依据。 3 ) i d e f 2 用于系统模拟，建立动态模型。 i d e f o 是由结构化分析方法建立图形模型，其基本图形是盒子，代表功能 活动，用于盒子相联的箭头代表与功能活动关联的各种事物，如图2 一2 所示。 四周的箭头分别为“输入”、“控制”、“输出”、“机制”，“输入”就是这个活动 需要“消耗掉”、“用掉”或“变换成”输出的东西：“输出”是活动的结果：“机 制”则是该活动赖以进行的基础或支撑条件，可以是执行活动的人或硬、软设 备；“控制”是活动所受的约束或进行变换的条件、，工作的依据。其特点为“： 1 ) 利用图形符号和自然语言，准确、全面描述系统。 2 ) 按照自顶向下，逐层分解的结构化方法描述或建立系统的功能模型。 3 ) 明确“做什么”和“如何做”的差别，便于清晰理解系统及其细节。 4 ) 通过复查、审阅等过程来控制建 模的完整性和准确性。 5 ) 将建模过程中的各种决策、建议 和有关结果进行归档管理，有利于用户 或其他人员正确地理解系统，并为系统 设计提供完整、正确的文档资料。 运用该系统时，确定其铣削加工切 削参数的原始信息作为输入。加工所选 图2 - 2 切削参数智能选择系统功能模型 四川大学硕士学位论文 用的目标方式和系统采用的切削参数决策算法作为控制。人员和计算机等资源 作为机制。所确定的切削参数为输出。其模型如图2 - 2 所示。 从上面的分析可以知道，该系统由进入系统、金属切削数据库、材料切削 性能评判与聚类、切削参数优化选择、人工神经网络参数选择等五部分组成， 其功能模型如图2 3 所示。 固2 3 切削参数智能选择系统功能模型 在进入该系统进行数据维护或者进行铣削加工切削参数选择之前，首先对 用户的身份进行验证，只有被授权的用户才能进行数据维护或者切削参数选择， 而且，各个用户只能在权限允许的范围内活动。本系统通过查询数据库与文件 中用户信息进行用户权限的验证，提高了该系统的安全性能。其功能模型如图 2 铣削加工切削参数智能选择系统设计 2 4j _ t 1 i 。 在实际生产中，影响铣削加工 切削参数的因素众多：工件材料、 加工要求、刀具材料及几何形状的 参数、切削液的参数、机床的参数、 生产规划要求等，在条件许可的情 况下，信息量越充足，最终确定的 铣削加工切削参数越合理。因而， 本系统通过储存的大量信息来提高 系统的适应能力，对于这些信息的 图2 ：- 4系统维护模块功能模型 管理通过专门的模块来完成，主要工作包括添加数据、修改数据、删除数据。 其具体的功能模型如图2 - 5 所示。 四川大学硕士学位论文 精加、删除、罄改 图乒5 金藕切削数据库功能模型 由于，科学技术的进步，新材料不断涌现，对于这些新材料没有现成的切 削加工资料可以利用。在这种情况下，如果能够知道与该材料具有相似切削性 能的通用材料，借助于该通用材料的切削性能进行该新材料的加工。该系统采 用认可的材料性能分类方法，对材料的切削加工性能等级进行等级评判；根据 评定的切削性能等级，从材料数据库中选择出切削性能等级相同的材料，根据 1 4 2 铣削加工切削参数智能选择系统设计 各个材料性能因素( 强度、抗拉 强度、延伸率、冲击韧性、导热 率等) 进行材料性能聚类，再由 聚类的结果进行综合评估，从而 得到与被加工材料的切削性能最 相近的材料。具体的功能模块如- 图2 - 6 所示。 知道与新材料具有相似的切 图2 - 6 材料切削性能模糊综合评判功能模型 削性能的通用材料以后，以最优化方法为基础，根据材料性能、刀具条件、工 件质量要求、生产计划等条件，建立以优化变量为自变量的加工优化目标函数， 依据相应的约束条件，求得满足实际加工条件的合理切削参数。其功能模块如 图2 7 所示。 图2 - 7 最优化参数选择功能模型 在知道与新材料相似材料的切削性能后，以相似材料为目标材料，借助于 基于实数编码的加速遗传算法这种智能化算法，利用数据库中的经验数据作为 学习样本，进行人工神经网络优化，在建立确定人工神经网络模型结构的基础 上，根据实际加工材料的具体情况，计算得到合理的切削加工参数。其功能模 四川大学硕士学位论文 块为如图2 - 8 所示。 圈2 - 8 铣削加工切削参数人工神经网络设计 2 4，卜结 该部分首先分析了系统的功能要求，针对不同企业在不同攀展阶段、不同 的发展规划、不同的合同要求，提出了具体的解决方案。通过对软件开发方法 和开发工具的在本系统中的需要出发进行分析，决定采用面向对象的程序设计 方法，以v c + + 6 0 作为程序开发工具。并利用i d e f o 的设计方法给出了该系统 的功能模型图。 1 6 3 金属铣削加工数据库设计 3 金属铣削加工数据库设计 在本章中，通过对铣削加工切削参数确定过程中各种信息之间联系的分 析，按照关系数据库原理，根据设计的铣削加工切削实体模型建立了铣削加工 切削的关系数据模型，以通用的商用数据库管理系统s q ls e v e r 2 0 0 0 作为支撑， 完成铣削加工切削数据库的设计。 3 1 数据库设计 数据库技术是信息社会的重要基础技术之一，数据库是存放数据的“仓 库”。这个“仓库”存在于计算机的硬盘上，而且数据是按一定的格式存放的， 是长期存储在计算机内有组织的大量共享的记录集合。它可以供各种用户共享、 具有最小冗余度和最高的数据独立性 1 2 1 0 数据库不仅反映数据本身，而且反映 数据之间的联系。数据在数据库中实行统一的管理和控制，以保证数据的完整 性、安全性和保密性，并为用户提供存储、检索和更新数据的手段，以及数据 库的并发控制n “。 数据库系统由计算机软、硬件资源组成，它实现了有组织地、动态地存储