1 引言
金屬切削是零件成型的主要加工手段之一，在機械制造業(yè)中占有重要地位。近二十年來，隨著數(shù)控加工技術及切削刀具制造技術的不斷發(fā)展，對高速切削技術的理論研究不斷深入，高速切削技術已在航空、航天、汽車、機床、模具等制造領域獲得了日益廣泛的應用。高速切削技術作為一種先進的共性制造技術，已成為切削加工的重要發(fā)展方向。
高速切削的概念最早由德國的Carl.J.Salomon博士于1931年提出。二十世紀六十年代以后(特別是八十年代以來)，各工業(yè)發(fā)達國家十分重視高速切削技術的發(fā)展，紛紛投入大量人力及資金，對高速切削及其相關技術進行研究開發(fā)。九十年代以來，高速切削技術的研究進人成熟階段，其應用范圍進一步擴大。一般認為，高速切削是指切削速度超過普通切削的5～10倍或機床主軸轉速在10000r/min以上的切削。實際上，根據(jù)工件材料、切削加工方式以及刀具材料的不同，高速切削的切削速度范圍會有相應變化。概括地講，具有下列特征的切削加工可稱為高速切削加工：① 切削速度高：車削速度v≥500m/min 銑削速度v≥300m/min，鉆削速度v≥200m/min；②進給量大：進給速度Vf=20～50m/min或每刃進給量fz=1.0～1.5 mm。
相對于普通切削而言，采用高速切削技術可使單位時間內(nèi)的材料叨除率提高3.5倍或更高，同時加工成本可降低20%～50%，加工精度和加工表面質量可提高1～2級，這就是世界各國競相研究高速切削技術的重要原因。此外，應用高速切削技術還可改變對某些難加工材料的切削加工方式，如直接對淬硬材料工件進行車削或銑削加工，實現(xiàn)“以切代磨”等。
2 金屬切削數(shù)據(jù)庫的發(fā)展概況
建立切削數(shù)據(jù)庫、為機械制造業(yè)提供合理及優(yōu)化的切削數(shù)據(jù)不僅是提高切削加工效率和經(jīng)濟效益的一種有效措施，而且切削數(shù)據(jù)庫還是發(fā)展各種現(xiàn)代制造技術(如CNC、CAPP、CAD/CAM、FMS、CIMS等)的重要研究基礎，是這些系統(tǒng)公共制造數(shù)據(jù)庫的重要組成部分。自二十世紀六十年代中期以來，各工業(yè)發(fā)達國家相繼開始建立金屬切削數(shù)據(jù)庫，以積累和儲存豐富的金屬切削生產(chǎn)和試驗數(shù)據(jù)。世界上第一個金屬切削數(shù)據(jù)庫是1964年由美國技術切削聯(lián)合研究公司和美國空軍材料實驗所聯(lián)合建立的，稱為美國空軍加工性數(shù)據(jù)中心(AFMDC)。此后．各工業(yè)發(fā)達國家相繼開發(fā)了各自的金屬切削數(shù)據(jù)庫，其中比較著名的有前聯(lián)邦德國的INFOS和美國的MDC(可加工性數(shù)據(jù)中心，AFMDC 的后續(xù)版本)。我國自“六五”末期開始金屬切削數(shù)據(jù)庫的研究工作，成都工具研究所、東南大學、南京航空航天大學、夭津大學、成都科技大學等單位進行了大量研究工作，建立了多種實用的金屬切削數(shù)據(jù)庫(如成都工具研究所研制的多功能、多用途車削數(shù)據(jù)庫軟件CTRN90V1.0及后續(xù)版本，南京航空航天大學研制開發(fā)的小型通用切削數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)NAIMDS等)。
3 高速切削數(shù)據(jù)庫的核心技術
金屬切削數(shù)據(jù)庫是在金屬切削理論研究較為成熟、切削加工工藝普遍應用、切削參數(shù)極為豐富的條件下，伴隨著計算機技術、數(shù)據(jù)庫技術和先進切削加工技術的不斷發(fā)展而發(fā)展起來的。目前、世界各國雖然建立了許多金屬切削數(shù)據(jù)庫．但尚無適用于高速切削加工的數(shù)據(jù)庫，而建立高速切削數(shù)據(jù)庫對于推廣和應用高速切削加工技術具有非常重要的意義。高速切削數(shù)據(jù)庫除與普通切削數(shù)據(jù)庫一樣必須具有推薦切削刀具和提供優(yōu)化的切削參數(shù)等基本功能外．還應根據(jù)高速切削自身的特點，解決以下功能與結構問題：
與數(shù)控系統(tǒng)、CAD/CAM 軟件良好的通信與接口：由于高速切削大多采用數(shù)控機床或加工中心，自動化程度很高，因此高速切削數(shù)據(jù)庫必須具有良好的與數(shù)控系統(tǒng)的通信和接口功能，才能充分發(fā)揮高速切削的優(yōu)勢。數(shù)控技術近十幾年來發(fā)展非常迅速，數(shù)控系統(tǒng)已從具有單純的運動控制功能發(fā)展成為能夠進行圖形圖像處理、通信、網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳輸?shù)榷喾N復雜功能的開放式計算機數(shù)字控制系統(tǒng)。利用計算機通信與接口技術可直接或通過CAD/CAM軟件在高速切削數(shù)據(jù)庫與數(shù)控機床或加工中心的數(shù)控系統(tǒng)之間進行查詢、優(yōu)化、傳輸?shù)纫幌盗袛?shù)據(jù)操作。
推理功能：由于高速切削技術起步較晚，目前尚無可直接用于生產(chǎn)的通用高速切削數(shù)據(jù)手冊．可用的只有一小部分常用材料的切削數(shù)據(jù)。人工智能技術剛為建立高速切削數(shù)據(jù)庫的推理功能提供了有力幫助，利用人工智能基于規(guī)則或實例的推理技術、模糊控制技術等，可根據(jù)現(xiàn)有的成功加工實例產(chǎn)生新的切削數(shù)據(jù)．直接或經(jīng)試驗驗證后輸人數(shù)據(jù)庫作為可用數(shù)據(jù)。
分布式結構：高速切削數(shù)據(jù)庫應具有分布式結構，以便為大型制造企業(yè)分散在不同地理位置的生產(chǎn)和銷售部門提供服務。數(shù)據(jù)庫技術是計算機技術中發(fā)展最決、應用最廣泛的技術之一，當前最成熟的關系數(shù)據(jù)庫技術和理論已得到迅速發(fā)展和廣泛而有效的應用，出現(xiàn)了一批基于關系數(shù)據(jù)模型、支持Client/Server結構和分布式結構的商品化的關系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)(如Micosoft公司的SQL Server 2000、0racle公司的0racle 8等)．為建立高速切削數(shù)據(jù)庫提供了良好的技術支持。
網(wǎng)絡功能：高速切削數(shù)據(jù)庫應具有網(wǎng)絡功能，以便各相關用戶通過計算機網(wǎng)絡查詢相應的切削數(shù)據(jù)，為各種先進制造技術提供相應的基礎數(shù)據(jù)隨著Intranet/Internet技術和制造技術的發(fā)展，敏捷制造、協(xié)同制造、遠程制造、網(wǎng)絡制造等先進技術已成為制造技術的重要發(fā)展方向。計算機網(wǎng)絡與通信技術的飛速發(fā)展和廣泛應用為高速切削數(shù)據(jù)庫的網(wǎng)絡功能提供了堅實的應用基礎和有力的技術支持。
預測功能：高速切削數(shù)據(jù)庫通過利用已有的人工智能技術、人工神經(jīng)網(wǎng)絡技術、有限元分析技術、統(tǒng)計分析技術及各種切削力模型、切削溫度模型、刀具磨損模型等，應具有預測某些切削效果的功能，如預測工件的加工精度、表面粗糙度以及刀具使用壽命等。
4 高速切削數(shù)據(jù)庫的基本結構
其中，輸入項為用戶根據(jù)自己的需要提出的具體要求，如工件及加工要求項反映工件的材料型號、加工前后的外形尺寸、公差等要求；輸出項是高速切削數(shù)據(jù)庫對用戶需求進行處理后的輸出結果，如刀具材料、型號項是數(shù)據(jù)庫向用戶推薦的刀具材料類型、牌號等。
結合現(xiàn)有金屬切削數(shù)據(jù)庫的結構及計算機和數(shù)據(jù)庫技術發(fā)展現(xiàn)狀，我們認為，高速切削數(shù)據(jù)庫應采用C/S結構，該結構具有分布式存儲和處理數(shù)據(jù)的功能以及良好的動態(tài)性，且便于擴充。同時，高速切削數(shù)據(jù)庫應采用人工智能技術的成果，具備良好、實用的推理功能和預測功能，為高速切削技術的推廣應用提供有效的輔助工具。
高速切削數(shù)據(jù)庫的基本結構如圖2所示。高速切削數(shù)據(jù)庫主要由數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)源、數(shù)據(jù)評價驗證系統(tǒng)、應用開發(fā)系統(tǒng)、網(wǎng)絡與通信接口、輸出及用戶等部分組成。
數(shù)據(jù)庫部分：數(shù)據(jù)庫由切削數(shù)據(jù)、刀其、上件、機床、工裝夾具、模型、加工實例、其它數(shù)據(jù)等多個分庫組成，其中：①切削數(shù)據(jù)；切削參數(shù)庫主要存儲切削速度、切削深度、進給量、切削性質、類型、切削液等數(shù)據(jù)；②刀具：存儲刀具材料、形狀、型號、加工用途、生產(chǎn)商等數(shù)據(jù)；③工件：存儲工件材料、牌號、外形、加工類型、加工性質等數(shù)據(jù)；④機床：存儲機床型號、技術參數(shù)、生產(chǎn)商等數(shù)據(jù)；⑤工裝夾具：存儲工裝及夾具類型、用途等數(shù)據(jù)；⑥模型：存儲切削參數(shù)模型、優(yōu)化模型、系數(shù)模型、切削力模型、刀具耐用度模型等；⑦加工實例：存儲加工實例數(shù)據(jù)；⑧ 其它數(shù)據(jù)：存儲用戶管理、數(shù)據(jù)庫管理等方面的數(shù)據(jù)。
數(shù)據(jù)源部分：高速切削數(shù)據(jù)庫所用數(shù)據(jù)的來源，包括工廠、實驗室、文獻手冊提供的切削參數(shù)、機床、刀具、工裝夾具、材料、模型等數(shù)據(jù)。
數(shù)據(jù)評價驗證系統(tǒng)部分：驗證數(shù)據(jù)庫提供或輸人數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)。
應用開發(fā)系統(tǒng)部分：完成數(shù)據(jù)查詢、錄人、更新、修改、刪除、優(yōu)化、傳輸，實例推理、加工效果預測、數(shù)據(jù)庫管理等應用功能。
5 結語
研究、建立高速切削數(shù)據(jù)庫是目前機械制造業(yè)面臨的一個重大而現(xiàn)實的課題。高速切削數(shù)據(jù)庫對高速切削技術的推廣應用具有重要意義，在高速切削加工時使用高速切削數(shù)據(jù)庫所推薦的、經(jīng)過優(yōu)化的切削用量，可顯著提高工件的加工質量和生產(chǎn)效率，降低加工成本，從而提高企業(yè)的經(jīng)濟效益，增強產(chǎn)品的市場競爭能力。對于整個金屬切削行業(yè)而言，使用高速切削數(shù)據(jù)庫將會大大提高全行業(yè)的切削加工水平，獲得巨大的經(jīng)濟效益。
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