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高速切削数据库技术的研究

来源：信息中心　时间：2009-2-1 10:48:03

1.引言
金属切削是零件成型的主要加工手段之一，在机械制造业中占有重要地位。近二十年来，随着数控加工技术及切削刀具制造技术的不断发展，对高速切削技术的理论研究不断深人，高速切削技术已在航空、航天、汽车、机床、模具等制造领域获得了日益广泛的应用。高速切削技术作为一种先进的共性制造技术，已成为切削加工的重要发展方向。
高速切削的概念最早由德国的Carl.J.Salomon博士干1931年提出。二十世纪六十年代以后特别是八十年代以来，各工业发达国家十分重视高速切削技术的发展，纷纷投人大量人力及资金，对高速切削及其相关技术进行研究开发。九十年代以来，高速切削技术的研究进人成熟阶段，其应用范围进一步扩大。一般认为，高速切削是指切削速度超过普通切削的5～10倍或机床主轴转速在10000r/min以上的切削。实际上，根据工件材料、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围会有相应变化。概括地讲，具有下列特征的切削加工可称为高速切削加工:①切削速度高：车削速度v≥500m/min，铣削速度v≥300m/min，钻削速度v≥200m/min；②进给量大：进给速度Vf=20～50m/min或每刃进给量fz=1.0～1.5mm。
相对于普通切削而言，采用高速切削技术可使单位时间内的材料切除率提高3～5倍或更高，同时加工成本可降低20%～50%，加工精度和加工表面质量可提高1～2级，这就是世界各国竞相研究高速切削技术的重要原因。此外，应用高速切削技术还可改变对某些难加工材料的切削加工方式，如直接对淬硬材料工件进行车削或铣削加工，实现“以切代磨”等。
2.金属切削数据库的发展概况
建立切削数据库、为机械制造业提供合理及优化的切削数据不仅是提高切削加工效率和经济效益的一种有效措施，而且切削数据库还是发展各种现代制造技术(如CNC、CAPP、CAD/CAM、FMS、CIMS等)的重要研究基础，是这些系统公共制造数据库的重要组成部分。自二十世纪六十年代中期以来，各工业发达国家相继开始建立金属切削数据库，以积累和储存丰富的金属切削生产和试验数据。世界上第一个金属切削数据库是1964年由美国技术切削联合研究公司和美国空军材料实验所联合建立的，称为美国空军加工性数据中心(AFMDC)。此后，各工业发达国家相继开发了各自的金属切削数据库，其中比较著名的有前联邦德国的INFOS和美国的MDC(可加工性数据中心，AFMDC的后续版本)。我国自“六五”末期开始金属切削数据库的研究工作，成都工具研究所、东南大学、南京航空航天大学、天津大学、成都科技大学等单位进行了大量研究工作，建立了多种实用的金属切削数据库(如成都工具研究所研制的多功能、多用途车削数据库软件CTRN90V1.0及后续版本，南京航空航天大学研制开发的小型通用切削数据库系统NAIMDS等)。
3．高速切削数据库的核心技术
金属切削数据库是在金属切削理论研究较为成熟、切削加工工艺普遍应用、切削参数极为丰富的条件下，伴随着计算机技术、数据库技术和先进切削加工技术的不断发展而发展起来的。目前，世界各国虽然建立了许多金属切削数据库，但尚无适用于高速切削加工的数据库，而建立高速切削数据库对于推广和应用高速切削加工技术具有非常重要的意义。高速切削数据库除与普通切削数据库一样必须具有推荐切削刀具和提供优化的切削参数等基本功能外，还应根据高速切削自身的特点，解决以下功能与结构问题：
(1)与数控系统、CAD/CAM软件良好的通信与接口
由于高速切削大多采用数控机床或加工中心，自动化程度很高，因此高速切削数据库必须具有良好的与数控系统的通信和接口功能，才能充分发挥高速切削的优势。数控技术近十几年来发展非常迅速，数控系统已从具有单纯的运动控制功能发展成为能够进行①切削数据：切削参数库主要存储切削速度、切削深度、进给量、切削性质、类型、切削液等数据；②刀具：存储刀具材料、形状、型号、加工用途、生产商等数据；③工件：存储工件材料、牌号、外形、加工类型、加工性质等数据；④机床：存储机床型号、技术参数、生产商等数据；⑤工装夹具：存储工装及夹具类型、用途等数据；⑥模型：存储切削参数模型、优化模型、系数模型、切削力模型、刀具耐用度模型等；⑦加工实例：存储加工实例数据；⑧其它数据：存储用户管理、数据库管理等方面的数据。
(2)数据源部分
高速切削数据库所用数据的来源，包括工厂、实验室、文献手册提供的切削参数、机床、刀具、工装夹具、材料、模型等数据。
(3)数据评价验证系统部分
验证数据库提供或输入数据库的数据。
(4)应用开发系统部分
完成数据查询、录入、更新、修改、删除、优化、传输、实例推理、加工效果预测、数据库管理等应用功能。
5．结语
研究、建立高速切削数据库是目前机械制造业面临的一个重大而现实的课题。高速切削数据库对高速切削技术的推广应用具有重要意义，在高速切削加工时使用高速切削数据库所推荐的、经过优化的切削用量，可显著提高工件的加工质量和生产效率，降低加工成本，从而提高企业的经济效益，增强产品的市场竞争能力。对于整个金属切削行业而言，使用高速切削数据库将会大大提高全行业的切削加工水平，获得巨大的经济效益。
摘自《工具技术》作者：山东大学王遵彤，刘战强，万熠，艾兴

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