一种面向工程应用的数控切削工艺参数管理系统

摘要

一种面向工程应用的数控切削工艺参数管理系统，它包括用户信息管理子系统、数控切削工艺参数子系统、典型零件工艺子系统和后处理子系统；各个子系统之间既能够相互独立运行，又能够在统一的数据库平台中实现数据共享；本发明针对现有切削数据库技术存在的不足，设计了一种面向工程应用的数控切削工艺参数管理系统；它可方便使用者有效管理完整的数控切削加工工艺参数信息，协助工艺人员快速便捷地制定工艺参数，并在此基础上，利用计算机技术，在系统中集成了切削动力学仿真及高效切削参数优化模块，辅助生产加工，确保加工的效率及参数的实用性。

说明书

技术领域：

本发明应用于计算机集成制造及数字化制造领域，是一种集成了数控切削过程仿真优化 模块的面向工程应用的数控切削工艺参数管理系统。

背景技术：

切削数据是衡量切削技术水平高低的一个基本量值。对于机械制造行业中的数控切削加 工来说，选择优化的切削参数可以充分发挥数控机床和切削刀具的性能、降低加工成本、提 高加工效率和经济效益。如何实现高效快速地选择和管理切削参数成为制造行业面临的一大 难题，其实质是提高数控加工工艺准备效率及数控机床综合利用率。计算机技术的出现使得 该难题变得简单，金属切削数据库就是计算机技术与机械加工技术相结合的高技术产物，与 传统的切削数据手册相比，切削数据库在制造行业的应用已经产生了巨大的经济效益和社会 效益。但是，回顾现有切削数据库现状，不难发现真正在制造行业内应用的通用型切削数据 库很少，主要原因：(1)现有切削数据库中数据项较少，不能全面反映实际的切削加工状态； (2)数据项之间没有进行有效地分类，致使其使用不便及后期维护困难；(3)不具有数据优化功 能，导致现有数据不能根据实际工程要求灵活优化。

另外切削动力学仿真及优化软件与切削数据库的结合大多采用了接口方式实现，用户在 数据库系统中下载文件后再导入相关软件中进行仿真，是一种离线方式仿真，为解决以上问 题，在该切削数据库系统中开发了切削动力学仿真及优化模块，通过算法可实现切削动力学 实时在线仿真。

因此，基于高效数控切削加工仿真优化技术，建立一个面向工程应用的通用数控切削工 艺参数管理系统，在计算机集成制造及数字化制造的应用中有着重要意义，并具有较高的应 用价值和发展潜力。

发明内容：

本发明针对现有切削数据库技术存在的不足，提供一种面向工程应用的数控切削工艺参 数管理系统，它可方便使用者有效管理完整的数控切削加工工艺参数信息，协助工艺人员快 速便捷地制定工艺参数，并在此基础上，利用计算机技术，在系统中集成了切削动力学仿真 及高效切削参数优化模块，辅助生产加工，确保加工的效率及参数的实用性。

本发明是这样实现的，一种面向工程应用的数控切削工艺参数管理系统，其结构如图1 所示，包括用户信息管理子系统、数控切削工艺参数子系统、典型零件工艺子系统、后处理 子系统。各个子系统之间既能够相互独立运行，又能够在统一的数据库平台中实现数据共享。 系统的使用流程如图2所示，可方便的查询、编辑及删除数控切削工艺参数管理系统的数据。

所述的用户信息管理子系统，包括了用户注册模块、基本信息修改模块、用户权限设置 模块。三个模块之间的关系是：用户注册模块可注册普通用户信息；基本信息修改模块可修 改管理员及普通用户信息；用户权限设置模块可分配不同用户的角色，其中有三种不同的用 户权限，分别是超级管理员、管理员、普通用户。管理员及超级管理员可对数据库的信息进 行维护，包括添加、更新、删除等操作，并可实现批量导入数据及数控加工参数仿真优化； 普通用户可查询数据并使用数控加工参数仿真优化功能。

所述的数控切削工艺参数子系统包括了机床信息管理、刀具信息管理、材料信息管理、 切削液信息管理及切削参数信息管理。机床信息管理按部件描述共84个数据项，涵盖了数控 车床、数控铣床、数控镗床、数控钻床、车铣复合机床；刀具信息管理有190项，涵盖了整 体刀具和可转位刀具；材料信息管理有17项，包括金属材料、非金属材料、复合材料；切削 液信息管理有8项；切削参数信息管理有40项，包含动力学仿真参数、系统频响曲线图和颤 振稳定域图等参数项。

所述的典型零件工艺子系统含有典型零件工艺数据项34项，包含数控车削工艺管理、数 控铣削工艺管理、数控镗削工艺管理、数控钻削工艺管理及车铣工艺管理等。

所述后处理子系统

1)开发了数控切削动力学仿真模块，通过算法可实现切削动力学实时在线仿真，包括切 削力仿真子模块和切削颤振稳定域子模块，通过该仿真系统计算数控加工系统的“转速—切 深”图和“转速—频率”图。

2)开发了高效数控切削参数实时在线优化模块，优化方法是以切削动力仿真数据为基础， 以最大生产效率为优化目标，即生产单个零件时间最短，以机床许用范围、刀具许用范围、 切削力、颤振等为约束条件。

3)开发了数控工艺信息电子手册导出模块，为方便一线生产操作人员使用数据库中的数 据，利用水晶报表工具将切削数据输出打印，并生成数据手册，数据手册涵盖机床、刀具、 切削参数和典型零件工艺信息。

其中，该系统所有的子系统都集成了三种参数查询方法和参数批量导入功能。查询功能 包括单字段查询、快速查询和多字段组合查询的三种参数检索方式，多样化的检索方式可满 足不同使用者的需求；参数批量导入，用户下载应用程序提供的Excel文件，按要求填写数 据后批量上传到服务器中，实现参数的快速录入。

优点及功效：

本发明一种面向工程应用的数控切削工艺参数管理系统，其数据来源广泛，使用方便， 工程实用性强。该数据管理系统以面向数控切削加工应用为目标，重点针对常用的数控车削、 铣削、钻削及车铣复合等加工方式，按照数控机床、切削刀具、工件材料、切削液、切削参 数、典型零件工艺、参数后处理等7个方面，建立了数控切削工艺参数管理系统，实现了数 据快速方便的管理、批量上传及导出电子手册等功能，另外还具有数控切削过程优化及高效 数控切削参数优化功能，实现了参数信息从数据到知识的转化。

附图说明：

图1是本发明实施例提供的数控切削工艺参数管理系统的结构示意图；

图2是是本发明实施例提供的数控切削工艺参数管理系统功能流程图；

图3是本发明实施例提供的不同类别参数查询时可使用的三种检索方式流程图；

图4是本发明实施例提供的切削参数管理流程图；

图5是本发明实施例提供的后处理子系统的流程图。

具体实施方案：

一种面向工程应用的数控切削工艺参数管理系统，结构见图1，包括用户信息管理子系 统、数控切削工艺参数子系统、典型零件工艺子系统、后处理子系统。系统的使用流程如图 2所示。各子系统之间的关系是：子系统之间既能够相互独立运行，又能够在统一的数据库 平台上实现数据共享。

1、所述的数控切削工艺参数管理系统

1)提供三种查询方式，方便快捷地查询数控机床、数控刀具、工件材料、切削液、切削 参数和典型零件工艺等多类信息，步骤如下：流程如图3所示：

(1)选择查询内容。在驱动菜单中点击要查询的内容，应用程序跳转到对应的子菜单查 询界面；

(2)选择查询方式。分单字段查询、快速查询和多字段查询

(3)查询结果列表。应用程序将与查询条件相关的结果显示在列表中，列表只显示简要 信息，用户进行进一步筛选；

(4)选择查询结果。在列表中点击符合条件的项，应用程序跳转到详细结果显示页面。

2)参数的维护及参数批量导入，数据库管理员及超级管理员登录系统后可以对与切削 加工过程相关的信息管理维护，可对这些信息进行添加、更新、删除等操作，；在相同的切削 条件下对应多条切削参数，应用程序还提供了批量导入数据功能，用户下载应用程序提供的 Excel文件模板，填写数据后上传到服务器中，流程如图4。

2、所述的用户信息管理子系统，包括了用户权限设置模块、用户注册模块、基本信息修 改模块。三个模块之间的关系是：用户权限设置模块分配不同权限的用户；用户注册模块可 注册普通用户；基本信息修改模块可修改用户信息。用户权限设置模块设置了三种不同的用 户权限，分别是超级管理员、管理员、普通用户。超级管理员用户是该管理系统最高级别用 户，由系统实际拥有者设置，拥有最高级别的数据库访问权，可以实现数据库内参数的增加、 删除、修改，维护底层数据库，并可以管理其他级别的用户信息；管理员用户不可自行注册， 需要由超级管理员用户分配，权限上可实现参数的增加、删除、修改，并可管理普通用户信 息；普通用户可通过系统的登录界面进行注册，注册后可自行添加或修改个人资料和登录密 码，访问权限上只能实现对数据库中参数的查询。

3、所述的数控切削工艺参数子系统包括了机床信息、刀具信息、材料信息、切削液信息 及切削参数信息。机床信按部件描述，分为基本信息、主轴、副主轴、进给轴、车铣主轴、 刀库、扩展行程信息属性，共84个数据项，涵盖了数控车床、数控铣床、数控镗床、数控钻 床、车铣复合机床；刀具信息190项，按加工工艺分为车刀、铣刀、镗刀、钻削刀具等，涵 盖了整体刀具和可转位刀具；材料信息17项，包含了金属材料、非金属材料、复合材料及材 料动力学特性参数；切削液信息8项；切削参数信息40项，包含动力学仿真参数、系统频响 曲线图和颤振稳定域图等参数项。

4、所述的典型零件工艺子系统含有典型零件工艺数据项34项，包含数控车削工艺、铣 削工艺、镗削工艺、钻削工艺及车铣复合工艺等。该系统是对数控切削工艺参数子系统的进 一步整合与提取，针对某些典型工件结构特点，有效制定数控加工工艺。

5、所述后处理子系统

1)开发了切削动力学仿真模块，通过算法可实现切削动力学实时在线仿真。切削过程动 力学在线实时仿真运用了数控切削加工动力学模型和仿真技术，以瞬时刚性力模型和再生颤 振理论为基础。用户点击驱动菜单进入切削力仿真界面中，选择相关的刀具、材料信息，输 入切削条件后可计算铣削过程中的瞬时切削力、切削功率、切削扭矩、各向最大切削力，并 以图片方式反馈给用户。

用户在切削颤振仿真界面中可计算铣削过程颤振稳定域，选择并填写相关参数后，上传 “机床—刀具—工件”系统的频率响应函数(FRF)文件，可计算得加工系统的“转速—切深” 图和“转速—频率”图。

2)开发了切削参数实在在线优化模块，优化方法是以切削动力仿真技术为基础，以最 大生产效率为优化目标，即生产单个零件时间最短，以机床许用范围、刀具许用范围、切削 力、颤振等为约束条件。用户进入切削参数优化界面，从数据库中选择相关机床、刀具和材 料数据，并填写约束条件和优化范围，通过优化算法将结果显示页面中，系统以数据和图形 两种方式反馈给用户。

3)数据库系统开发了数据手册生成功能模块，由于数据库的用户不仅包括工艺人员，还 包括一线的生成操作人员，为方便一线生产操作人员使用数据库中的数据，利用水晶报表工 具将选中切削数据输出打印，并生成数据手册，数据手册涵盖机床、刀具、切削参数和典型 零件工艺信息，为生产人员提供了可靠的数据参考。

后处理子系统的工作流程如图5所示。