数控铣削加工切削参数数据库的构建与应用

杨校可

数控铣削加工切削参数数据库的构建与应用

杨校可

(平顶山技师学院，河南 平顶山 467000)

近年来，随着我国经济的快速发展，市场对机械产品的精度和质量要求越来越高，切削参数数据库也越来越受到国内外制造行业的重视。针对数控铣削加工过程中存在的切削参数选择、存储等问题，在仿真技术的基础上，设计开发了一套基于Microsoft. net架构，用C#语言实现，采用SQL Server 2012管理软件的数据库管理系统。该数据库可以方便、有效地为优化数控铣削提供切削参数，提高加工效率，便于用户对数据库进行维护和修正。

切削参数；数控铣削；仿真；数据库

切削参数是否精准是衡量切削加工技术水平的一个重要标志。选择合理的切削参数可以发挥现有机床和刀具的最大效能。传统的获取切削参数方法是查询切削手册或进行试切，但在实际应用中存在数据针对性不强、数据量有限或试验受客观条件影响大等局限性。建立切削参数数据库，对于解决切削参数缺乏问题具有重要意义[1]。

在金属切削过程中，切削用量(包括切削速度、进给量、切削深度)的选择受制于机床、刀具、工件材料及切削液等因素的影响，加工质量和加工效率也会因选取不同的切削用量而表现出较大的差异。数控铣削加工切削数据库的构建与应用涉及切削加工方式、机床、刀具、工件、切削液、切削用量等多个机床动态信息，还涉及到切削力、振动、变形等力学和动力学信息[2]。

要确保切削数据库的安全可靠运行，进行合理的用户和用户权限规划必不可少，切削数据库系统应该具备可存储与管理用户已使用过的有效切削参数的功能。

1　数据库管理系统的设计

1.1　系统总体构成

数控库管理系统的构建是一个相对复杂的过程，可以按照软件工程的原理和方式进行。在准确了解与分析用户需求的基础上进行概念设计、逻辑结构设计、数据库的设计与实施、数据库的运行与维护、软件的编程开发。在需求分析阶段应定义数据库要实现的功能、目标，确定系统运行的环境，获得数据字典和数据流图。切削参数数据库概念如图l所示，打开工作界面，主要事务逻辑在服务器端运行，实现数据库、用户功能以及业务功能的交互。操作者可以通过用户界面输入机床、工件、刀具、工艺等信息来获取铣削过程的仿真模拟作业，依据模拟效果来优化切削参数。

图1　切削参数数据库概念图

1.2　概念模型设计

概念模型设计是整个数据库设计的关键环节。概念设计的主要任务是分析用户提供的加工产品信息，建立产品的抽象概念数据模型。

复杂的切削加工过程中，切削用量受到机床、刀具、工件、加工方法、装夹方式、切削液等诸多因素的影响，任何一个因素发生变动都会引起切削用量的改变。切削用量包括切削深度、切削宽度、切削速度、进给量等参数，这些参数彼此之间关系错综复杂且互相影响。

描述概念模型的主要工具是实体—联系模型(简称E—R模型)。该模型用长方型表示实体，用椭圆表示实体的属性，用菱形表示实体之间的联系。建立E—R模型的重点在于能够对实体的属性进行划分，确定实体之间的关系。基于铣削加工仿真技术的切削参数包含机床信息、刀具信息、工件材料、切削液信息等。数据库概念设计的方式是从顶向下进行需求分析，然后再从底向上来设计概念结构，先设计局部，然后进行综合设计，最终形成全局E—R图，如图2所示。

图2 全局E—R图

1.3　逻辑模型设计

系统逻辑模型设计的主要工作是将概念数据模型设计成适应于某种特定数据库管理系统所支持的逻辑数据模式。Power Designer会自动将概念数据模型(Concept Data Model, CDM)中的对象和数据类型转化为物理数据模型(Physical Data Model, PDM)中的对象和其支持的数据类型。当CDM中的表转换为PDM中的表时，实体属性则转换成表中的列，标识符转化成PDM中的主键或外键，数据则根据所选择的DBMS的具体特点转化为其支持的类型。CDM转化为PDM时概念对象和物理对象之间的转化关系如表1所示。

表1 CDM对象与PDM对象

通过Power Designer生成创建物理数据库的SQL脚本，执行该脚本，在SQL Server2012中生成物理数据库(见图3)。根据用户事务在SQL Server 2012中创建视图及存储过程，可以减少网络通信量并且易于管理。

图3　数据库表的生成

2　系统功能

数控铣削加工切削参数数据库主要使用者是铣削加工技术人员、编程人员和工艺负责人。为了满足用户的需求，数据库系统应具备数据管理、数据查询、数据导出三大功能。系统用户分为管理员和普通用户，管理员除了和普通用户一样具有查询切削数据的权限外，还具有对数据库中的切削数据进行添加、删除和编辑等权限。切削数据库由数据查询模块、数据管理模块、用户注册和管理模块、数据手册导出模块、后台维护模块组成，如图4所示。

图4　功能模块流程图

(1)数据查询模块。为用户提供简单查询和多字段组合查询两种查询方式，通过任何一种查询方式，都可以得到机床、刀具、工件、工艺信息、切削参数等的查询。

(2)用户注册和管理模块。用于添加新用户，申请用户级别，得到相应的数据操作权限。

(3)数据管理模块。为管理员提供方便快捷的数据库维护手段，具体包括如何实现各种信息的添加、删除和修改等操作，主要是通过SQL Server中的存储过程来实现。

(4)数据手册导出模块。利用水晶报表功能把用户的查询结果按一定输出格式生成并导出数据手册。生成的数据手册涵盖机床、刀具、工件材料以及优化的切削参数等信息。

3　软件解决方案

本数据库系统软件是在neL框架下采用c#语言开发，软件体系为B/S(浏览器/服务器)三层体系结构，如图5所示。用户通过浏览器来进行工作界面操作，主要事务逻辑在服务器端(server)实现，极少部分事务逻辑在前端(Browser)实现，可大大降低客户端电脑的负荷，减少系统维护与升级的成本和工作量。中间层服务器是整个系统的核心，主要用来实现用户管理和对数据库的浏览、查询、管理等业务逻辑功能。B／S模式将业务逻辑单独提取出来作为中间层体系结构，便于数据库的修改和功能扩充，同时也增加了数据库系统的安全性。

图5　数据库系统B/S构架图

4　系统实现

用户在注册后登录数据库系统，通过主界面的树型结构分别进入各模块对铣削过程动力学仿真信息进行查询及维护。系统进入组合详细查询界面，用户从界面添加机床属性(机床型号)、刀具属性(刀具材料、刀具类型、铣刀直径、铣刀齿数、铣刀悬长等)、工件材料属性(材料牌号)等信息，点击相应的按钮可分别获得机床、刀具、工件材料的详细信息，“机床—刀具”系统动态特征参数，工件材料的铣削力系数，如图6所示。当点击“颤振稳定域”按钮时，系统进入颤振稳定域仿真界面，选择不同的铣削切入、切出角度或者铣削切宽参数b1b2等条件获得在此条件下的颤振稳定域仿真图形，如图7所示。当点击“时域仿真”按钮时，系统进入时域仿真界面，选择不同的铣削切入、切出角度或者铣削切宽参数b1b2刀具进给速度、主轴转速、切削深度等条件获得在此条件下的时域仿真图形，如图8所示。

图6　机床用户界面

图7　颤振稳定域曲线

图8　时域仿真结果

采用报表开发工具Crystal Report 10实现从数据库中以预定义的数据手册形式导出数据并打印。Crystal Report 10是目前是业内最专业、功能最强的报表系统，并且可以实现与目前绝大多数流行开发工具的集成和对接。

5　结语

为更有效地提高数控加工的效率和质量，充分发挥数控机床的性能优势，在仿真技术的基础上建立了切削数据库管理系统，把采集的数据经过仿真优化处理并现场验证后存储在数据库中，为使用人员提供了合理的切削参数，减少了以往通过试切带来的经济和时间上的浪费，同时还能将较优的经验参数储存在数据库中。目前，该系统所生成的参数手册已在多个企业试用。

[1] 郑耀东,蔡骞.ASP.NET网络数据库开发实例精解[M].北京:清华大学出版社,2006.

[2] 刘强,李忠群.数控铣削加工过程仿真与优化: 建模、算法与工程应用[M].北京:航空工业出版社,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

杨校可(1981—)，女，河南郏县人，硕士研究生，讲师，主要研究方向为机械加工。

责任编辑：张亦弛

英文编辑：唐琦军