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(yè)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(xiàn)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(xiàn)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(tǒng)的數(shù)據(jù)庫與模型庫。

本文提出了基于web的切削數(shù)據(jù)庫的解決方案，詳細說明了該系統(tǒng)的基本功能和基本模塊，并給出了切削數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)模型。

1 數(shù)據(jù)庫平臺和界面開發(fā)工具的選擇

切削數(shù)據(jù)庫面向企業(yè)，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(chǎn)。

以SQL Server、Oracle 為代表的關系型數(shù)據(jù)庫是目前應用最廣泛的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，也是基于網(wǎng)絡的大中型業(yè)務首選數(shù)據(jù)庫平臺。綜合考慮數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)庫平臺，構建大型螺紋旋風銑切削參數(shù)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，并利用Java語言實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫的運行。

2 大型螺紋旋風銑切削參數(shù)數(shù)據(jù)庫的結構設計

數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)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(xiàn)成的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，可以不考慮其物理結構設計。

2.1 系統(tǒng)需求分析

圖1 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的功能模塊和流程圖

旋風銑削參數(shù)庫系統(tǒng)主要應用于工藝設計研發(fā)人員和生產(chǎn)現(xiàn)場操作人員，這就要求這個數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)能夠根據(jù)不同用戶需求和數(shù)據(jù)安全要求，對系統(tǒng)用戶進行權限分配。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的功能模塊和流程圖如圖1所示。根據(jù)生產(chǎn)實際需要，將用戶分為一般用戶、高級用戶系統(tǒng)管理員三類，對不同的用戶分配不同的權限，系統(tǒng)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(shù)的管理與維護，包括對工件材料、機床、夾具和刀具的基礎數(shù)據(jù)進行增、刪、改、查的基本操作，以保證機床數(shù)據(jù)的完整性。一般用戶可根據(jù)查詢條件得到旋風銑削參數(shù)，為其操作和工藝安排提供數(shù)據(jù)。

2.2 系統(tǒng)概念設計

數(shù)據(jù)庫的概念設計的目標，就是用與數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)DBMS無關的概念數(shù)據(jù)模型，把數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)所需要處理的數(shù)據(jù)及其相互間的關系表示成用戶和數(shù)據(jù)庫設計者都能理解的全局數(shù)據(jù)模式。通常使用實體一聯(lián)系模型(Entity Relationship Model，簡稱E-R模型)作為數(shù)據(jù)庫概念設計的數(shù)據(jù)模型。建立實體一聯(lián)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(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的E-R圖

圖3 旋風銑參數(shù)數(shù)據(jù)表格及其關系

旋風銑削加工數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的E-R如圖2所示。

根據(jù)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(shù)據(jù)庫主要包括工件材料表、機床表、刀具參數(shù)表、加工參數(shù)表、切削液表。以工件材料表為例，其表頭字段如表1所示。數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)的采集

切削數(shù)據(jù)的采集是建立切削數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的一項基礎性工作，也是最重要的一項工作。切削參數(shù)庫數(shù)據(jù)的豐富程度和準確程度，對于整個系統(tǒng)的實用性具有決定性影響。傳統(tǒng)切削數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的數(shù)據(jù)來源主要包括：1）實驗室試驗數(shù)據(jù)；2）車間生產(chǎn)經(jīng)驗數(shù)據(jù)；3）文獻手冊數(shù)據(jù)。實驗室數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)比較科學有效，但采集難度較大。車間生產(chǎn)經(jīng)驗數(shù)據(jù)是操作人員加工經(jīng)驗的積累，比較符合生產(chǎn)實際，但離散性較大。文獻手冊數(shù)據(jù)比較系統(tǒng)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(shù)據(jù)庫系統(tǒng)除以上三種數(shù)據(jù)來源外，還包括對優(yōu)化旋風銑削參數(shù)的數(shù)據(jù)輸入。優(yōu)化研究的系統(tǒng)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(yōu)化，得出以旋風銑表面完整性為優(yōu)化目標的加工工藝參數(shù)優(yōu)化值。

4 旋風銑削數(shù)據(jù)的查詢

數(shù)據(jù)庫中存有工件材料、刀具、機床和切削條件等數(shù)據(jù)。為了保證數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)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(tǒng)先從“旋風銑參數(shù)”表中檢索本次加工條件是否已經(jīng)存在過，若已經(jīng)存在，可根據(jù)檢索出的“加工標識”到“旋風銑參數(shù)”表中去找參數(shù)并顯示；若不存在，則根據(jù)輸入信息到優(yōu)化模型中進行計算，獲得新的“旋風銑參數(shù)”記錄并將計算結果保存到“旋風銑參數(shù)”表中，最后顯示輸出參數(shù)。旋風銑削數(shù)據(jù)查詢流程如圖5 所示。

圖4 螺紋旋風硬銑削工藝參數(shù)優(yōu)化研究的系統(tǒng)模型

圖5 數(shù)據(jù)查詢流程圖

5 結束語

本文根據(jù)我國大型螺紋旋風銑加工的現(xiàn)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(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，確定了切削數(shù)據(jù)查詢流程，并開發(fā)了相應的應用程序。該系統(tǒng)可為用戶提供優(yōu)化的切削刀具、切削用量等加工信息，有利于提高生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本、增強企業(yè)競爭力。

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