基于加工特征選擇切削用量并自動(dòng)設(shè)置參數(shù)的方法及系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了基于加工特征選擇切削用量并自動(dòng)設(shè)置參數(shù)的方法及系統(tǒng)，包括：加工特征分類，對工件典型加工特征進(jìn)行分類；對各加工特征進(jìn)行切削加工過程仿真，獲得與最小刀具磨損率相對應(yīng)的切削溫度；擬合出切削溫度與切削用量及加工特征參數(shù)之間的關(guān)系，在使刀具磨損率最小的切削溫度下求得到切削速度計(jì)算公式；將不同加工特征對應(yīng)的切削用量計(jì)算公式存儲(chǔ)到切削用量推薦系統(tǒng)中作為底層數(shù)據(jù)；將切削用量推薦系統(tǒng)集成于數(shù)控編程軟件中，實(shí)現(xiàn)在數(shù)控編程軟件內(nèi)調(diào)用切削用量推薦系統(tǒng)設(shè)置參數(shù)。切削數(shù)據(jù)由仿真獲得，針對于包括工件材料和幾何參數(shù)、刀具材料和幾何參數(shù)的不同加工特征，同時(shí)考慮到其它工藝要求。數(shù)據(jù)具有針對性，適用性較強(qiáng)。
【專利說明】基于加工特征選擇切削用量并自動(dòng)設(shè)置參數(shù)的方法及系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及自動(dòng)化切削加工【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種數(shù)控編程中基于加工特征選 擇切削用量并自動(dòng)設(shè)置工藝參數(shù)的方法及系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002] 切削用量的合理選擇，對提高產(chǎn)品質(zhì)量、加工效率以及延長刀具壽命具有重要意 義。切削數(shù)據(jù)庫技術(shù)可對切削用量數(shù)據(jù)進(jìn)行有效地管理，以數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的形式對切削用量 數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，用戶通過輸入實(shí)際工藝條件及加工要求進(jìn)行查詢，獲得數(shù)據(jù)再進(jìn)行數(shù)控編 程，設(shè)置切削用量參數(shù)。在底層數(shù)據(jù)與頂層系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上，現(xiàn)有技術(shù)存在一些不足，例如：
[0003] (1)切削數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)一般來源于車間生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)、切削用量手冊和文獻(xiàn)。車間生產(chǎn) 經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)因人而異，差別較大且較難搜集，手冊、文獻(xiàn)上的數(shù)據(jù)不夠優(yōu)化，對影響切削加工 的因素考慮不夠，給出的數(shù)據(jù)都是針對工件材料的，對不同加工特征沒有針對性，而對相同 工件材料不同加工特征所采用的切削數(shù)據(jù)是不同的。
[0004] (2)現(xiàn)有數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)一般以靜態(tài)方式存取數(shù)據(jù)，即將工藝條件及其對應(yīng)的切削用 量以數(shù)據(jù)表的形式存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫中。數(shù)據(jù)查詢時(shí)，通過工藝條件選擇表中某行數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)庫 系統(tǒng)的功能類似于電子手冊。雖然產(chǎn)生了具有推理功能的智能數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，其本質(zhì)是在原 數(shù)據(jù)表中產(chǎn)生新的數(shù)據(jù)實(shí)例。因此，對于傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，靜態(tài)存儲(chǔ)方式使數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的通 用性不強(qiáng)，靈活性不夠，工藝條件的改變意味著需要增加新的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)需存儲(chǔ)的數(shù) 據(jù)量較大。
[0005] (3)現(xiàn)有數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)往往孤立于數(shù)控編程軟件，編程人員需要在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)輸入 多個(gè)工藝條件進(jìn)行切削用量的查詢，查詢出切削用量后，再進(jìn)入編程軟件輸入數(shù)控工藝參 數(shù)，整個(gè)過程較繁瑣，工作效率較低，而且由于編程人員的疏忽容易導(dǎo)致輸入錯(cuò)誤信息。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明公開了基于加工特征選擇切削用量并自動(dòng)設(shè) 置參數(shù)的方法及系統(tǒng)，本發(fā)明將不同工件及刀具材料組合下的最小刀具磨損率作為切削用 量選擇標(biāo)準(zhǔn)，將工件及刀具的幾何參數(shù)作為加工特征參數(shù)，針對加工特征以仿真的方式獲 得底層切削用量數(shù)據(jù)。
[0007] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的具體方案如下：
[0008] 基于加工特征選擇切削用量并自動(dòng)設(shè)置參數(shù)的方法，包括以下步驟：
[0009] 步驟一：加工特征分類，對工件典型加工特征進(jìn)行分類；
[0010] 步驟二：對各加工特征進(jìn)行切削加工過程仿真，獲得與最小刀具磨損率相對應(yīng)的 切削溫度；
[0011] 步驟三：根據(jù)步驟二所獲得的切削溫度，擬合出切削溫度與切削用量及加工特征 參數(shù)之間的關(guān)系，在使刀具磨損率最小的切削溫度下求得到切削速度計(jì)算公式；
[0012] 步驟四：將不同加工特征對應(yīng)的切削用量計(jì)算公式存儲(chǔ)到切削用量推薦系統(tǒng)中作 為底層數(shù)據(jù)；
[0013] 步驟五：將切削用量推薦系統(tǒng)集成于數(shù)控編程軟件中，實(shí)現(xiàn)在數(shù)控編程軟件內(nèi)調(diào) 用切削用量推薦系統(tǒng)設(shè)置參數(shù)。
[0014] 所述步驟一中加工特征分類包括：圓柱面車削、圓錐面車削、端面車削、槽類車削、 平面銑削、曲面銑削、臺階銑削、槽類銑削、通孔鉆削及盲孔鉆削。
[0015] 所述步驟二中利用有限元軟件對各加工特征進(jìn)行切削加工過程仿真，在不同切削 用量及加工特征參數(shù)的組合條件下仿真獲得切削溫度。
[0016] 所述步驟五中在切削用量推薦系統(tǒng)內(nèi)設(shè)定讀取數(shù)據(jù)及寫入數(shù)據(jù)功能按鈕，點(diǎn)擊按 鈕將數(shù)控編程軟件內(nèi)操作的工藝信息讀取到切削用量推薦系統(tǒng)，切削用量推薦系統(tǒng)計(jì)算獲 得切削用量及數(shù)控工藝參數(shù)后，點(diǎn)擊寫入數(shù)據(jù)功能按鈕將數(shù)控工藝參數(shù)自動(dòng)寫入數(shù)控編程 軟件。
[0017] 基于加工特征選擇切削用量并自動(dòng)設(shè)置參數(shù)的系統(tǒng)，包括：
[0018] 加工特征分類模塊，用于對工件典型加工特征進(jìn)行分類；
[0019] 切削加工過程仿真模塊,用于對各加工特征進(jìn)行切削加工過程仿真，獲得與最小 刀具磨損率相對應(yīng)的切削溫度；
[0020] 切削速度計(jì)算模塊，用于擬合出切削溫度與切削用量及加工特征參數(shù)之間的關(guān) 系，在使刀具磨損率最小的切削溫度下求得到切削速度計(jì)算公式；
[0021] 存儲(chǔ)模塊，用于將不同加工特征對應(yīng)的切削用量計(jì)算公式存儲(chǔ)到切削用量推薦系 統(tǒng)中作為底層數(shù)據(jù)；
[0022] 集成模塊，用于將切削用量推薦系統(tǒng)集成于數(shù)控編程軟件中，實(shí)現(xiàn)在數(shù)控編程軟 件內(nèi)調(diào)用切削用量推薦系統(tǒng)設(shè)置參數(shù)。
[0023]所述加工特征分類模塊中的分類具體包括：圓柱面車削、圓錐面車削、端面車削、 槽類車削、平面銑削、曲面銑削、臺階銑削、槽類銑削、通孔鉆削及盲孔鉆削。
[0024]所述切削加工過程仿真模塊具體為：利用有限元軟件對各加工特征進(jìn)行切削加工 過程仿真，在不同切削用量及加工特征參數(shù)的組合條件下仿真獲得切削溫度。
[0025] 所述集成模塊還包括在切削用量推薦系統(tǒng)內(nèi)設(shè)定讀取數(shù)據(jù)及寫入數(shù)據(jù)功能按鈕， 點(diǎn)擊按鈕將數(shù)控編程軟件內(nèi)操作的工藝信息讀取到切削用量推薦系統(tǒng)，切削用量推薦系統(tǒng) 計(jì)算獲得切削用量及數(shù)控工藝參數(shù)后，點(diǎn)擊寫入數(shù)據(jù)功能按鈕將數(shù)控工藝參數(shù)自動(dòng)寫入數(shù) 控編程軟件。
[0026]本發(fā)明采用切削用量的選擇標(biāo)準(zhǔn)是最小刀具磨損率。刀具磨損機(jī)理主要有粘結(jié)磨 損、磨粒磨損、化學(xué)磨損、擴(kuò)散磨損四種。切削過程中，在各種機(jī)理綜合作用下，磨損率隨切 削溫度的變化趨勢如附圖3所示。由圖3可知，切削過程中，存在一個(gè)切削溫度，對應(yīng)最小 的刀具磨損率。切削用量和刀具及工件特征是影響切削溫度的重要因素，可以對幾何參數(shù) 和材料都給定的刀具與工件進(jìn)行切削用量的優(yōu)選，使切削過程達(dá)到該切削溫度，此時(shí)刀具 的磨損率最小，進(jìn)而增加刀具壽命。因此本發(fā)明將不同工件及刀具材料組合下的最小刀具 磨損率作為切削用量選擇標(biāo)準(zhǔn)，將工件及刀具的幾何參數(shù)作為加工特征參數(shù)，針對加工特 征以仿真的方式獲得底層切削用量數(shù)據(jù)。
[0027]工作原理：獲得底層切削數(shù)據(jù)，對工件典型加工特征進(jìn)行分類并仿真研究，在不同 切削用量及加工特征參數(shù)的組合條件下仿真獲得切削溫度，擬合出切削溫度與切削用量及 加工特征參數(shù)之間的關(guān)系，在使磨損率最小的切削溫度下反求得到切削用量計(jì)算公式。 [0028]利用編程技術(shù)開發(fā)切削用量推薦系統(tǒng)，將不同工藝特征對應(yīng)的切削用量計(jì)算公式 存儲(chǔ)到切削用量推薦系統(tǒng)中作為底層數(shù)據(jù)，加入其它影響切削過程的因素對切削用量進(jìn)行 優(yōu)化。
[0029]利用軟件二次開發(fā)技術(shù)將切削用量推薦系統(tǒng)集成于數(shù)控編程軟件中，實(shí)現(xiàn)在數(shù)控 編程軟件內(nèi)啟動(dòng)切削用量推薦系統(tǒng)，并在切削用量推薦系統(tǒng)內(nèi)設(shè)定讀取數(shù)據(jù)及寫入數(shù)據(jù)功 能按鈕，點(diǎn)擊按鈕可將數(shù)控編程軟件內(nèi)某操作的工藝信息讀取到切削用量推薦系統(tǒng)，系統(tǒng) 計(jì)算獲得切削用量及數(shù)控工藝參數(shù)后，點(diǎn)擊按鈕可將數(shù)控工藝參數(shù)自動(dòng)寫入該操作。
[0030] 本發(fā)明的有益效果：
[0031] (1)切削數(shù)據(jù)由仿真獲得，針對于包括工件材料和幾何參數(shù)、刀具材料和幾何參數(shù) 的不同加工特征，同時(shí)考慮到其它工藝要求。數(shù)據(jù)具有針對性，適用性較強(qiáng)。
[0032] (2)系統(tǒng)中存儲(chǔ)的是切削用量計(jì)算公式，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)存取，改變加工特征參數(shù) 和約束條件，相當(dāng)于改變公式中的變量重新對切削用量進(jìn)行計(jì)算。因而系統(tǒng)的靈活性、通用 性較好，且需要系統(tǒng)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)量也大大減少。
[0033] (3)切削用量推薦系統(tǒng)與數(shù)控編程軟件集成，實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)軟件的功能交互與數(shù)據(jù) 傳遞。系統(tǒng)的集成性、一體化程度更好，在實(shí)際應(yīng)用過程中，減少了數(shù)控編程人員的操作，并 可避免誤操作，提高了工作效率和數(shù)控編程準(zhǔn)確度。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0034]圖1發(fā)明總體實(shí)現(xiàn)流程圖；
[0035] 圖2發(fā)明操作流程圖；
[0036]圖3刀具磨損率--切削溫度關(guān)系曲線；
[0037]圖4是在有限元仿真軟件中圓柱面車削仿真過程；
[0038]圖5是切削用量推薦系統(tǒng)主界面，"選擇數(shù)控編程操作"按鈕；
[0039]圖6是數(shù)控編程軟件中所建立模型及銑削加工操作；
[0040] 圖7是所建立操作中已設(shè)置刀具參數(shù)；
[0041] 圖8是待設(shè)置切削用量；
[0042]圖9是切削用量推薦系統(tǒng)輸入界面，操作中工藝信息已寫入系統(tǒng)；
[0043]圖10是切削用量推薦系統(tǒng)輸出界面；
[0044]圖11切削用量推薦系統(tǒng)讀取參數(shù)寫入。

【具體實(shí)施方式】：
[0045] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明：
[0046] 如圖1所示，基于加工特征選擇切削用量并自動(dòng)設(shè)置參數(shù)的方法及系統(tǒng)，包括：力口 工特征分類；利用有限元軟件對各加工特征進(jìn)行切削加工過程仿真，獲得切削溫度；多元 線性回歸擬合公式求得切削速度計(jì)算公式；開發(fā)切削用量推薦系統(tǒng)對話框應(yīng)用程序；將對 話框應(yīng)用程序集成到數(shù)控編程軟件中。
[0047]通過在數(shù)控編程軟件中調(diào)用切削用量推薦系統(tǒng)、基于加工特征選擇切削用量并自 動(dòng)設(shè)置工藝參數(shù)的方法。切削用量的選擇標(biāo)準(zhǔn)為設(shè)定最小刀具磨損率，對典型加工特征進(jìn) 行切削加工過程仿真，利用仿真結(jié)果獲得使刀具壽命最長的切削用量計(jì)算公式，獲得的切 削用量數(shù)據(jù)針對具體工件的被加工特征。該方法將切削用量計(jì)算公式作為切削用量推薦系 統(tǒng)的底層數(shù)據(jù)，可實(shí)現(xiàn)切削用量推薦系統(tǒng)數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)存取，使系統(tǒng)需要存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)量大大 減少。該方法利用軟件二次開發(fā)技術(shù)，對編程軟件進(jìn)行二次開發(fā)，通過將切削用量推薦系統(tǒng) 對話框應(yīng)用程序集成在數(shù)控編程軟件中，在編程軟件中實(shí)現(xiàn)調(diào)用切削用量推薦系統(tǒng)對工藝 參數(shù)的設(shè)置。該發(fā)明方法的集成性、一體化程度好，適用性強(qiáng)，該發(fā)明可減少數(shù)控編程人員 的操作，提高工作效率。
[0048]切削用量的選擇基于包含工件材料信息的加工特征，而僅非工件材料，切削用量 推薦系統(tǒng)對數(shù)據(jù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)存取，數(shù)控編程軟件中調(diào)用切削用量推薦系統(tǒng)自動(dòng)設(shè)置工藝參 數(shù)。
[0049] 以最小磨損率作為選擇切削用量的標(biāo)準(zhǔn)，對不同加工特征進(jìn)行切削加工過程仿 真。在不同的切削用量及加工特征參數(shù)的組合條件下仿真獲得切削溫度，通過多元線性回 歸擬合獲得切削溫度與切削用量及加工特征參數(shù)之間的關(guān)系，在最小磨損率對應(yīng)的切削溫 度下反求得到切削用量計(jì)算公式。
[0050] 將切削用量計(jì)算公式而不是切削用量數(shù)值存儲(chǔ)在切削用量推薦系統(tǒng)底層數(shù)據(jù)中。 用戶輸入信息為公式中的變量，系統(tǒng)利用公式計(jì)算輸出結(jié)果。
[0051] 將切削用量推薦系統(tǒng)對話框應(yīng)用程序集成到數(shù)控編程軟件中，設(shè)置切削用量推薦 系統(tǒng)啟動(dòng)菜單及工具條，在切削用量推薦系統(tǒng)內(nèi)設(shè)定讀取數(shù)據(jù)及寫入數(shù)據(jù)功能按鈕，實(shí)現(xiàn) 數(shù)控編程軟件與切削用量推薦系統(tǒng)的功能交互與數(shù)據(jù)傳遞。數(shù)控編程軟件通過調(diào)用切削用 量推薦系統(tǒng)對切削用量進(jìn)行選擇并自動(dòng)設(shè)置工藝參數(shù)。
[0052] 以下以數(shù)控編程軟件PR0/E為例，具體解釋本發(fā)明的實(shí)施方法。
[0053] (1)加工特征分類
[0054] 本發(fā)明針對的加工特征主要有：圓柱面車削、圓錐面車削、端面車削、槽類車削、平 面銑削、曲面銑削、臺階銑削、槽類銑削、通孔鉆削、盲孔鉆削等。
[0055] (2)加工特征的切削仿真
[0056] 利用有限元ANSYS仿真軟件對典型加工特征進(jìn)行切削仿真，設(shè)置切削用量及加工 特征參數(shù)，采用正交試驗(yàn)的方法，通過仿真獲得切削溫度。以圓柱面車削特征為例，設(shè)置 5 因素6水平參數(shù)如附表1所示，仿真過程如附圖4所示。
[0057] 表1是圓柱面車削仿真5因素6水平參數(shù)設(shè)置；
[0058]

【權(quán)利要求】
1. 基于加工特征選擇切削用量并自動(dòng)設(shè)置參數(shù)的方法，其特征是，包括以下步驟： 步驟一：加工特征分類，對工件典型加工特征進(jìn)行分類； 步驟二：對各加工特征進(jìn)行切削加工過程仿真，獲得與最小刀具磨損率相對應(yīng)的切削 溫度； 步驟三：根據(jù)步驟二所獲得的切削溫度，擬合出切削溫度與切削用量及加工特征參數(shù) 之間的關(guān)系，在使刀具磨損率最小的切削溫度下求得到切削速度計(jì)算公式； 步驟四：將不同加工特征對應(yīng)的切削用量計(jì)算公式存儲(chǔ)到切削用量推薦系統(tǒng)中作為底 層數(shù)據(jù)； 步驟五：將切削用量推薦系統(tǒng)集成于數(shù)控編程軟件中，實(shí)現(xiàn)在數(shù)控編程軟件內(nèi)調(diào)用切 削用量推薦系統(tǒng)設(shè)置參數(shù)。
2. 如權(quán)利要求1所述的基于加工特征選擇切削用量并自動(dòng)設(shè)置參數(shù)的方法，其特征 是，所述步驟一中加工特征分類包括：圓柱面車削、圓錐面車削、端面車削、槽類車削、平面 銑削、曲面銑削、臺階銑削、槽類銑削、通孔鉆削及盲孔鉆削。
3. 如權(quán)利要求1所述的基于加工特征選擇切削用量并自動(dòng)設(shè)置參數(shù)的方法，其特征 是，所述步驟二中利用有限元軟件對各加工特征進(jìn)行切削加工過程仿真，在不同切削用量 及加工特征參數(shù)的組合條件下仿真獲得切削溫度。
4. 如權(quán)利要求1所述的基于加工特征選擇切削用量并自動(dòng)設(shè)置參數(shù)的方法，其特征 是，所述步驟五中在切削用量推薦系統(tǒng)內(nèi)設(shè)定讀取數(shù)據(jù)及寫入數(shù)據(jù)功能按鈕，點(diǎn)擊按鈕將 數(shù)控編程軟件內(nèi)操作的工藝信息讀取到切削用量推薦系統(tǒng)，切削用量推薦系統(tǒng)計(jì)算獲得切 削用量及數(shù)控工藝參數(shù)后，點(diǎn)擊寫入數(shù)據(jù)功能按鈕將數(shù)控工藝參數(shù)自動(dòng)寫入數(shù)控編程軟 件。
5. 基于加工特征選擇切削用量并自動(dòng)設(shè)置參數(shù)的系統(tǒng)，其特征是，包括： 加工特征分類模塊，用于對工件典型加工特征進(jìn)行分類； 切削加工過程仿真模塊，用于對各加工特征進(jìn)行切削加工過程仿真，獲得與最小刀具 磨損率相對應(yīng)的切削溫度； 切削速度計(jì)算模塊，用于擬合出切削溫度與切削用量及加工特征參數(shù)之間的關(guān)系，在 使刀具磨損率最小的切削溫度下求得到切削速度計(jì)算公式； 存儲(chǔ)模塊，用于將不同加工特征對應(yīng)的切削用量計(jì)算公式存儲(chǔ)到切削用量推薦系統(tǒng)中 作為底層數(shù)據(jù)； 集成模塊，用于將切削用量推薦系統(tǒng)集成于數(shù)控編程軟件中，實(shí)現(xiàn)在數(shù)控編程軟件內(nèi) 調(diào)用切削用量推薦系統(tǒng)設(shè)置參數(shù)。
6. 如權(quán)利要求5所述的基于加工特征選擇切削用量并自動(dòng)設(shè)置參數(shù)的系統(tǒng)，其特征 是，所述加工特征分類模塊中的分類具體包括：圓柱面車削、圓錐面車削、端面車削、槽類車 肖IJ、平面銑削、曲面銑削、臺階銑削、槽類銑削、通孔鉆削及盲孔鉆削。
7. 如權(quán)利要求5所述的基于加工特征選擇切削用量并自動(dòng)設(shè)置參數(shù)的系統(tǒng)，其特征 是，所述切削加工過程仿真模塊具體為：利用有限元軟件對各加工特征進(jìn)行切削加工過程 仿真，在不同切削用量及加工特征參數(shù)的組合條件下仿真獲得切削溫度。
8. 如權(quán)利要求5所述的基于加工特征選擇切削用量并自動(dòng)設(shè)置參數(shù)的系統(tǒng)，其特征 是，所述集成模塊還包括在切削用量推薦系統(tǒng)內(nèi)設(shè)定讀取數(shù)據(jù)及寫入數(shù)據(jù)功能按鈕，點(diǎn)擊 按鈕將數(shù)控編程軟件內(nèi)操作的工藝信息讀取到切削用量推薦系統(tǒng)，切削用量推薦系統(tǒng)計(jì)算 獲得切削用量及數(shù)控工藝參數(shù)后，點(diǎn)擊寫入數(shù)據(jù)功能按鈕將數(shù)控工藝參數(shù)自動(dòng)寫入數(shù)控編 程軟件。
【文檔編號】G06F17/50GK104268339SQ201410504687
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年9月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月26日
【發(fā)明者】劉戰(zhàn)強(qiáng), 秦闖, 趙凱 申請人:山東大學(xué)