高 杨 黄树涛

(沈阳理工大学机械学院，辽宁沈阳110168)

摘 要: 阐述了高速切削加工技术应用的意义，并结合国内外的切削数据库研究成果，分析了建立高速切削数据库的关键问题，总结了现代高速切削数据库的主要结构及各自应包括的主要内容。

关键词:高速切削 数据库系统 研究现状 发展

    高速切削加工(HighspeedMachining，HSM)技术作为一项先进的加工技术，在制造领域具有广阔的应用前景。但由于缺乏实验数据指导，高速加工技术的应用受到了很大的限制。因此，建立高速切削数据库为机械制造业提供合理、优化的高速切削数据，对促进高速切削加工技术的应用和发展，提高切削加工效率和经济效益具有重要意义。

    切削数据库的建立带来的经济效益是非常可观的，据国际生产工程学会(CIRP)对金属切削数据库经济效益的调查表明，金属切削数据库可使加工成本下降10%以上,目前高速切削数据库的建立已成为切削加工领域的重要研究课题。

1 研究现状

    20世纪60年代，在美国建立了第一个金属切削数据库AFMDC，在后续的发展过程中MDC也成为世界上最为著名的金属切削数据库之一。随后世界各工业发达国家也先后研制了各自的金属切削数据库。目前切削数据库的数据来源于实验室、生产车间及文献，主要应用车削、铣削、钻削及磨削。现在人们对数据库的研究已经从以往大型、系统的切削数据库的建立，逐渐地转为建立针对性和专业性都很强的金属切削数据库。例如M.Alberti等人在高速铣削参数优化系统中在考虑到几乎所有的约束条件下建立数学模型，通过分析表面粗糙度与各切削要素的关系，制定出合理的加工工艺路线、提供合理的参数选择。F.cus等人在计算机辅助刀具管理系统中成功地利用计算机控制中心高效地实现了刀具从使用到存储的整个过程。Y.zha等人在切削刀具选择系统与CAD/CAM软件实现无缝整合等。这些对于丰富高速切削数据库的内容，扩大高速切削数据库的范围以及工程数据库的建立都有积极的意义。

    我国的金属切削数据库的建立是从20世纪80年代开始的。自在成都工具研究所建成的试验性车削数据库TRMO以来，许多研究单位及大专院校引进了外国的先进科技成果，结合专家系统、先进的数据库技术和网络技术等开展了对各种专业性很强的实用的金属切削数据库的研究。

    对于高速切削数据库的建立，由于高速切削技术本身起步较晚，目前尚无可直接用于生产的通用高速切削数据手册，可用的只有一小部分常用材料的切削数据。国内外还没有建成完整系统的高速切削数据库，但是已经有诸如高速切削用量的优化、刀具选择及优化系统等针对性很强的数据库系统研究文献出现了。

2 建立高速切削数据库的关键技术

       为适应CAD/CAM技术及制造业信息化技术的发展，现代的高速切削数据库在功能上早已不是简单的数据的累积，而是可以通过应用程序进行切削用量优化选择、高速切削刀具选择的数据查询、还可以与CAD/CAM、CAPP等软件的良好通信，智能化、网络化等功能。基于其实现功能上的要求，要建立一个实用的高速切削数据库就必须解决以下几个关键性的问题。

    (1)数据源 拥有准确、合理的加工切削数据是建立高速切削数据库的关键。目前的高速切削数据主要来自于刀具厂商和实验室或企业自己所积累的切削数据。其中刀具厂商所提供的刀具信息和切削参数是经严格测试的，可直接用于生产。而各单位自己积累的参数却因人而异。面对现在国内外高速切削数据缺乏的现状，研究人员还在寻求其解决的方法。例如山东大学首次提出了基于实例推理的高速切削数据库系统HlscuT。将基于实例推理技术(cBR)融人高速切削数据库中，即将生产实践中成功高速切削加工实例、工艺参数和经验等存人数据库，当一个新的工件需要加工时，可以把相似的旧实例与之匹配，给出建议的解决方案。这种方法在一定程度上解决了由于缺乏可用数据给建立切削数据库造成的困难。但是由于基于实例推理技术自身的模糊性，其结果的准确性仍需进一步的证明。

    (2)建立高速切削影响因素的数学模型 在高速切削加工中，切削用量的优化选择是很关键的一个问题。人们所希望的是在数据库中建立一定的高速切削加工的数据模型及其优化程序，然后根据需要，通过计算机的内部计算推荐给用户一定的数值。但是由于在高速切削加工中影响因素很多，相互之间的关系也非常复杂，要建立一定的数学模型来准确地表达其影响因素和相互关系并非一件容易的事。国内外的专家学者也对某一种材料或某一种加工方法进行数学模型的建立开展了一定的研究工作。例如J.Vivanc0S等专门对注模淬硬钢建立在高速铣削加工中切削用量选择和优化的数学模型。另外沈阳理工大学提出示的高速切削用量推理选择系统及其实现的程序，实现了切削参数的优化选择要求。

    (3)与CAD/CAM、CAPP等软件的良好通信 高速切削作为一种新的发展中的切削方式，没有完整的参数手册，所以目前常用的cAD/CAM、cAPP等软件都没有提供高速切削用量的参考值。将高速切削数据库与CAD/CAM、CAPP等软件连接起来，在利用CAD/CAM设计时，随时查询高速切削数据库里的数据，可以大大地提高效率，从而降低成本。例如湖北汽车工业学院提出基于UG的高速UG系统切削数据库系统，将高速切削数据库系统与切创参数查询、信息浏览打印、uG紧密集成，使数控编程人切幽盆据库管理、用户管理员在UG环境下进行高速加LAN、企业局域网工数控编程时，可以根据不同的切削条件查询切削参数。它实现了高速切削数据库与CAM软件的数据操作。另外，高速切削加工主要使用的是自动化程度很高的数控系统，因此，高速切削数据库也必须具有良好的与数控系统的通信接口功能。

3 高速切削数据库的结构

    在建立高速切削数据库过程中，用户可以根据加工的不同要求和侧重，建立适合自己的数据库。虽然高速切削数据库结构各科研单位有所不同，但主要是由机床数据库、工件数据库、刀具数据库、切削用量数据库、高速切削加工知识库等几个部分组成。

    (1)机床数据库 机床数据库用来存储机床基本数据(型号、厂商等)、技术数据(各轴的运动关系、主轴的转速范围、进给速度、切削速度、功率等)、机床特J胜(如车床床身的长度、高度、主轴直径、材料、最大回转直径等)、特殊设备(夹头、夹具、加工螺纹设备、坐标工作台等)。还应包括机床选择所要参照的知识规则，主要包括选择高速机床的主轴主要技术参数、直线进给单元的速度和加速度参数以及其推动力大小的计算和分析、合理选择性能指标和加工精度指标、合理选择支撑方式、润滑冷却方式和安全防护、合理发挥数控系统的功能等信息。

(2)工件材料数据库 其中工件数据库是用来存储工件的材料、牌号、硬度、强度、导热系数、延展率、韧性、本身的可加工性等方面的数据。

    (3)刀具数据库 用来存储刀具材料、型号、高温强度、高温硬度、高温韧性、耐热性、抗热冲击性能、尺寸、重量、加工用途、刀具的技术参数(切削速度范围、切深、进给、齿数等)、生产商等数据以及刀具与工件材料的匹配、物理、化学性能的匹配等约束知识规则等。

    (4)切削用量数据库 用来存储高速切削加工中的工件与刀具材料相匹配的切削速度、每齿进给量和

切削深度的取值范围。

    (5)高速切削加工知识库 是用来存储高速切削领域的相关知识规则，为切削用量选择系统、刀具选择系统等提供数据信息。其中应包括刀具材料与加工对象的力学性能的匹配、刀具材料与加工对象的物理性能的匹配、刀具材料与加工对象的化学性能的匹配、切削速度和进给量等参数对加工表面质量的影响、加工的安全性和超过一定转速的动平衡问题等。由于高速切削加工领域的知识非常复杂，大多数知识不能用规则来表示，这在一定程度上也限制了高速切削数据库的发展，也是我们研究的一个课题。

    另外，高速切削数据库还应包括切削液数据库、工装夹具库等分库。

4 高速切削数据库的发展方向

    随着高速切削加工技术的发展，高速切削数据库也将朝着实用的、智能的、网络的数据库方向发展。第一，建立一个完整的高速切削数据库系统是十分复杂的，要想把以上的单独一项每个子数据库完整地建立都是很复杂的工程。它牵涉的面比较宽，不是某一家机床厂商、软件厂商能够完成的，而有针对性地建立自己企业所需的小型数据库并不会太困难。比如清华大学开发的面向CIMs的计算机辅助刀具管理系统、西班牙的Girona大学开发的高速铣削参数优化系统等。因此建立实用的小型数据库系统是高速切削数据库发展的一个趋势。第二，传统的切削数据库就像一本加工手册，非常具体。但是由于高速切削技术种类繁多，性能多变，更重要的是可直接用于生产的切削数据少，就要求高速切削数据库具有智能特点。国内外也有许多单位将专家系统、基于实例推理技术融人数据库系统，提高了数据库的自学能力。第三，随着计算机网络技术的发展，在高速切削数据库中提供一种网络功能可以实现各相关用户间的查询和信息交换功能。例如北京理工大学开发了“WWW”模式下网络切削数据库与专家系统，提高了工厂的工作效率。因此，网络化的高速切削数据库已经成为了一种发展趋势。

5 结语

    本文结合了国内外的切削数据库研究成果，分析了建立高速切削数据库的关键问题，总结了现代高速切削数据库的主要结构及各自应包括的主要内容。在此基础上，浅谈了高速切削数据库系统的发展。本文为庞大的高速切削数据库的建立提供了一个框架。

 参 考 文 献

I KAHLESJF.Machinability data requirements for advanced machining systems.Annals of the CIRp，1987，36(2):523一529

2 刘战强等.切削数据库的研究现状与发展.计算机集成制造系统， 2003，9(11):937一943