大型螺紋旋風(fēng)銑切削參數(shù)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開發(fā)

朱紅雨，李 迎

ZHU Hong-yu1,2, LI Ying1

（1. 南京理工大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，南京 210096；2. 南京化工職業(yè)技術(shù)學(xué)院，南京 210048）

0 引言

螺紋旋風(fēng)硬銑（Thread Hard Whirling）技術(shù)是高速硬加工技術(shù)與旋風(fēng)銑削技術(shù)相結(jié)合的螺紋加工技術(shù)，該技術(shù)可以對(duì)硬度60HRC以上的滾珠絲杠和滾珠螺母實(shí)施硬銑削，以切代磨實(shí)現(xiàn)一體化加工、免去磨削和熱處理工序，同時(shí)以干切削或少切削液實(shí)現(xiàn)綠色加工，是國(guó)外精密螺紋高效制造的主要工藝方法。目前，國(guó)內(nèi)尚未針對(duì)此技術(shù)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(xì)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(tái)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(wù)器）模式架構(gòu)軟件。以刀具、工件材料或機(jī)床等作為查詢?nèi)肟跅l件，查詢獲取切削用量、切削液等，指導(dǎo)操作人員進(jìn)行生產(chǎn)。

以SQL Server、Oracle 為代表的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫是目前應(yīng)用最廣泛的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，也是基于網(wǎng)絡(luò)的大中型業(yè)務(wù)首選數(shù)據(jù)庫平臺(tái)。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(wù)器數(shù)據(jù)庫平臺(tái)，構(gòu)建大型螺紋旋風(fēng)銑切削參數(shù)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，并利用Java語言實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫的運(yùn)行。

2 大型螺紋旋風(fēng)銑切削參數(shù)數(shù)據(jù)庫的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的設(shè)計(jì)包括需求分析、概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、物理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)幾個(gè)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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

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(fēng)銑削參數(shù)庫系統(tǒng)主要應(yīng)用于工藝設(shè)計(jì)研發(fā)人員和生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)操作人員，這就要求這個(gè)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(duì)系統(tǒng)用戶進(jìn)行權(quán)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(shí)際需要，將用戶分為一般用戶、高級(jí)用戶系統(tǒng)管理員三類，對(duì)不同的用戶分配不同的權(quán)限，系統(tǒng)管理員建立各用戶檔案，并對(duì)用戶檔案進(jìn)行維護(hù)，包括用戶名、密碼等。高級(jí)用戶要進(jìn)行旋風(fēng)銑削參數(shù)的管理與維護(hù)，包括對(duì)工件材料、機(jī)床、夾具和刀具的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行增、刪、改、查的基本操作，以保證機(jī)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(fēng)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(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)庫的概念設(shè)計(jì)的目標(biāo)，就是用與數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)DBMS無關(guān)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(guān)系表示成用戶和數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)者都能理解的全局?jǐn)?shù)據(jù)模式。通常使用實(shí)體一聯(lián)系模型(Entity Relationship Model，簡(jiǎn)稱E-R模型)作為數(shù)據(jù)庫概念設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)模型。建立實(shí)體一聯(lián)系模型的關(guān)鍵在于正確劃分實(shí)體屬性和實(shí)體間的關(guān)系?？梢源_定的實(shí)體有工件材料、刀具、機(jī)床等，每個(gè)實(shí)體有很多屬性。

圖2 旋風(fēng)銑削加工數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的E-R圖

圖3 旋風(fēng)銑參數(shù)數(shù)據(jù)表格及其關(guān)系

旋風(fēng)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(shí)際需要，將總體E-R模型轉(zhuǎn)換為關(guān)系模型，最終確定數(shù)據(jù)庫主要包括工件材料表、機(jī)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(guān)系如圖3所示。

3 旋風(fēng)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(xiàng)基礎(chǔ)性工作，也是最重要的一項(xiàng)工作。切削參數(shù)庫數(shù)據(jù)的豐富程度和準(zhǔn)確程度，對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)的實(shí)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(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)數(shù)據(jù)；2）車間生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)；3）文獻(xiàn)手冊(cè)數(shù)據(jù)。實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)來自于針對(duì)具體加工條件而專門設(shè)計(jì)的切削試驗(yàn)，獲得的數(shù)據(jù)比較科學(xué)有效，但采集難度較大。車間生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)是操作人員加工經(jīng)驗(yàn)的積累，比較符合生產(chǎn)實(shí)際，但離散性較大。文獻(xiàn)手冊(cè)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(duì)優(yōu)化旋風(fēng)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(jìn)給量af、頭架轉(zhuǎn)速n、跟刀架夾緊力F、刀具前角g為設(shè)計(jì)變量，利用遺傳算法進(jìn)行優(yōu)化，得出以旋風(fēng)銑表面完整性為優(yōu)化目標(biāo)的加工工藝參數(shù)優(yōu)化值。

4 旋風(fēng)銑削數(shù)據(jù)的查詢

數(shù)據(jù)庫中存有工件材料、刀具、機(jī)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(shí)用性，當(dāng)輸入機(jī)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(fēng)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(biāo)識(shí)”到“旋風(fēng)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(jìn)行計(jì)算，獲得新的“旋風(fēng)銑參數(shù)”記錄并將計(jì)算結(jié)果保存到“旋風(fēng)銑參數(shù)”表中，最后顯示輸出參數(shù)。旋風(fēng)銑削數(shù)據(jù)查詢流程如圖5 所示。

圖4 螺紋旋風(fēng)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(jié)束語

本文根據(jù)我國(guó)大型螺紋旋風(fēng)銑加工的現(xiàn)狀和用戶需求分析，針對(duì)大型螺紋旋風(fēng)銑工藝，建立了大型螺紋旋風(fēng)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(yīng)的應(yīng)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(qiáng)企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。

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