大型螺纹旋风铣切削参数数据库系统的设计与开发

朱红雨，李 迎

ZHU Hong-yu1,2, LI Ying1

（1. 南京理工大学 机械工程学院，南京 210096；2. 南京化工职业技术学院，南京 210048）

0 引言

螺纹旋风硬铣（Thread Hard Whirling）技术是高速硬加工技术与旋风铣削技术相结合的螺纹加工技术，该技术可以对硬度60HRC以上的滚珠丝杠和滚珠螺母实施硬铣削，以切代磨实现一体化加工、免去磨削和热处理工序，同时以干切削或少切削液实现绿色加工，是国外精密螺纹高效制造的主要工艺方法。目前，国内尚未针对此技术系统的数据库与模型库。

本文提出了基于web的切削数据库的解决方案，详细说明了该系统的基本功能和基本模块，并给出了切削数据库的数据模型。

1 数据库平台和界面开发工具的选择

切削数据库面向企业，采用C/S（客户端/服务器）模式架构软件。以刀具、工件材料或机床等作为查询入口条件，查询获取切削用量、切削液等，指导操作人员进行生产。

以SQL Server、Oracle 为代表的关系型数据库是目前应用最广泛的数据库管理系统，也是基于网络的大中型业务首选数据库平台。综合考虑数据量、兼容性、易用性、与其他CAM/CAE/CAPP 软件接口等因素，确定了以SQL Server 2000 作为服务器数据库平台，构建大型螺纹旋风铣切削参数数据库系统，并利用Java语言实现数据库的运行。

2 大型螺纹旋风铣切削参数数据库的结构设计

数据库系统的设计包括需求分析、概念结构设计、逻辑结构设计、物理结构设计几个阶段。由于直接采用现成的数据库管理系统，可以不考虑其物理结构设计。

2.1 系统需求分析

图1 数据库系统的功能模块和流程图

旋风铣削参数库系统主要应用于工艺设计研发人员和生产现场操作人员，这就要求这个数据库系统能够根据不同用户需求和数据安全要求，对系统用户进行权限分配。数据库系统的功能模块和流程图如图1所示。根据生产实际需要，将用户分为一般用户、高级用户系统管理员三类，对不同的用户分配不同的权限，系统管理员建立各用户档案，并对用户档案进行维护，包括用户名、密码等。高级用户要进行旋风铣削参数的管理与维护，包括对工件材料、机床、夹具和刀具的基础数据进行增、删、改、查的基本操作，以保证机床数据的完整性。一般用户可根据查询条件得到旋风铣削参数，为其操作和工艺安排提供数据。

2.2 系统概念设计

数据库的概念设计的目标，就是用与数据库管理系统DBMS无关的概念数据模型，把数据库系统所需要处理的数据及其相互间的关系表示成用户和数据库设计者都能理解的全局数据模式。通常使用实体一联系模型(Entity Relationship Model，简称E-R模型)作为数据库概念设计的数据模型。建立实体一联系模型的关键在于正确划分实体属性和实体间的关系。可以确定的实体有工件材料、刀具、机床等，每个实体有很多属性。

图2 旋风铣削加工数据库系统的E-R图

图3 旋风铣参数数据表格及其关系

旋风铣削加工数据库系统的E-R如图2所示。

根据理论要求和实际需要，将总体E-R模型转换为关系模型，最终确定数据库主要包括工件材料表、机床表、刀具参数表、加工参数表、切削液表。以工件材料表为例，其表头字段如表1所示。数据库中各表及彼此之间的总体关系如图3所示。

3 旋风铣削数据的采集

切削数据的采集是建立切削数据库系统的一项基础性工作，也是最重要的一项工作。切削参数库数据的丰富程度和准确程度，对于整个系统的实用性具有决定性影响。传统切削数据库系统的数据来源主要包括：1）实验室试验数据；2）车间生产经验数据；3）文献手册数据。实验室数据来自于针对具体加工条件而专门设计的切削试验，获得的数据比较科学有效，但采集难度较大。车间生产经验数据是操作人员加工经验的积累，比较符合生产实际，但离散性较大。文献手册数据比较系统和丰富，采集也比较容易，但可靠性一般。

表1 工件材料表的字段

本数据库系统除以上三种数据来源外，还包括对优化旋风铣削参数的数据输入。优化研究的系统模型如图4所示，以切削速度v、每齿圆周进给量af、头架转速n、跟刀架夹紧力F、刀具前角g为设计变量，利用遗传算法进行优化，得出以旋风铣表面完整性为优化目标的加工工艺参数优化值。

4 旋风铣削数据的查询

数据库中存有工件材料、刀具、机床和切削条件等数据。为了保证数据库系统的实用性，当输入机床、工件材料、所用刀具和切削要求等信息后，系统先从“旋风铣参数”表中检索本次加工条件是否已经存在过，若已经存在，可根据检索出的“加工标识”到“旋风铣参数”表中去找参数并显示；若不存在，则根据输入信息到优化模型中进行计算，获得新的“旋风铣参数”记录并将计算结果保存到“旋风铣参数”表中，最后显示输出参数。旋风铣削数据查询流程如图5 所示。

图4 螺纹旋风硬铣削工艺参数优化研究的系统模型

图5 数据查询流程图

5 结束语

本文根据我国大型螺纹旋风铣加工的现状和用户需求分析，针对大型螺纹旋风铣工艺，建立了大型螺纹旋风铣切削数据库系统，确定了切削数据查询流程，并开发了相应的应用程序。该系统可为用户提供优化的切削刀具、切削用量等加工信息，有利于提高生产效率、降低生产成本、增强企业竞争力。

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