材料切削性能的模糊綜合評(píng)判
2021/10/29 13:40:25點(diǎn)擊：
隨著計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，將計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。金屬切削數(shù)據(jù)庫是計(jì)算機(jī)技術(shù)與機(jī)械加工技術(shù)相結(jié)合的高技術(shù)產(chǎn)物，它將簡單的、經(jīng)驗(yàn)的數(shù)據(jù)上升為具有科學(xué)意義的數(shù)據(jù)，并應(yīng)用數(shù)據(jù)庫技術(shù)科學(xué)地管理切削數(shù)據(jù)。在刀具、工件、機(jī)床及其它條件已定的情況下，正確選取切削用量對(duì)零件加工質(zhì)量及生產(chǎn)效率有著至關(guān)的重要性。因此構(gòu)建于金屬切削數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)上的材料加工參數(shù)智能推理系統(tǒng)能夠?yàn)闄C(jī)械加工生產(chǎn)的刀具參數(shù)選擇及切削用量選擇提供合理的數(shù)據(jù)。它是CIMS集成制造系統(tǒng)的一個(gè)組成部分，將智能化原理運(yùn)用于材料加工參數(shù)推理，必定能帶來顯著的經(jīng)濟(jì)效益。
1 切削數(shù)據(jù)庫體系結(jié)構(gòu)
本文提出的材料加工參數(shù)智能推理系統(tǒng)是構(gòu)建于金屬切削數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)上。該材料加工參數(shù)智能推理系統(tǒng)從功能上看可由優(yōu)化功能和管理功能兩個(gè)部分組成。該系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)如圖1 所示。
圖1 金屬切削數(shù)據(jù)庫組成框圖
該系統(tǒng)中，工件材料管理系統(tǒng)由工件材料庫及工件材料的可切削性評(píng)價(jià)系統(tǒng)組成。工件材料庫中存儲(chǔ)各種工件材料的有關(guān)知識(shí)，將生產(chǎn)實(shí)踐及文獻(xiàn)資料中獲得的工件數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于關(guān)系數(shù)據(jù)庫的表中。工件材料可切削性評(píng)價(jià)系統(tǒng)運(yùn)用模糊數(shù)學(xué)理論對(duì)工件材料進(jìn)行可切削性評(píng)價(jià)以及工件材料切削性能的模糊聚類分析。刀具管理系統(tǒng)由刀具庫、刀具參數(shù)選擇兩部分組成。刀具庫存儲(chǔ)刀具牌號(hào)、硬度、刀具幾何形狀等知識(shí)，刀具參數(shù)選擇采用專家系統(tǒng)概念實(shí)現(xiàn)刀具幾何角度及可適用刀具的選擇。切削液管理系統(tǒng)由切削液數(shù)據(jù)庫及切削液選擇兩部分組成，它可根據(jù)所加工的工件材料、刀具材料、加工方式、加工精度選擇相應(yīng)的切削液。切削用量管理系統(tǒng)由切削深度推理模塊、進(jìn)給量推理模塊、切削速度推理模塊組成。切削深度推理模塊主要根據(jù)加工余量推理得到推薦的切削深度。迸給量推理模塊由進(jìn)給量數(shù)據(jù)庫及進(jìn)給量推理程序組成，可根據(jù)加工精度、加工階段及切削深度選擇進(jìn)給量。切削速度推理模塊可根據(jù)刀具材料、工件材料、切削深度等一系列相關(guān)約束條件，從相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫中得到切削速度的推薦值。切削用量的推理、刀具選擇及參數(shù)的推理、切削液推理由切削用量推薦控制系統(tǒng)協(xié)調(diào)調(diào)用，實(shí)現(xiàn)相應(yīng)推理過程，并將推理結(jié)果傳遞到相應(yīng)模塊以協(xié)調(diào)整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行。切削用量優(yōu)化系統(tǒng)根據(jù)切削加工各類數(shù)學(xué)模型。求解由優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)和約束條件組成的優(yōu)化數(shù)學(xué)模型，從而得到優(yōu)化的切削參數(shù)數(shù)據(jù)。切削用量模糊推理系統(tǒng)則是在對(duì)加工情況有諸多不確定因素的情況下，采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論根據(jù)以往的加工經(jīng)驗(yàn)推理切削參數(shù)�？傮w評(píng)判系統(tǒng)則根據(jù)具體加工實(shí)際對(duì)切削用量的可行性進(jìn)行分析，對(duì)系統(tǒng)推理得到的切削參數(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行總體評(píng)判。此外，用戶也可根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)對(duì)切削參數(shù)進(jìn)行修正，輸出并存儲(chǔ)切削用量數(shù)據(jù)或重新輸入加工條件進(jìn)行切削參數(shù)的推理。
2 基于模糊理論的材料可切削性評(píng)判
在該金屬切削數(shù)據(jù)庫的工件材料管理系統(tǒng)中，存在著一個(gè)工件材料的可切削性評(píng)價(jià)系統(tǒng)，可根據(jù)用戶輸人加工材料的牌號(hào)和機(jī)械性能，采用模糊理論對(duì)材料的切削加工性能進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，快速定位材料的切削加工性能。并采用模糊聚類方法，將工件材料數(shù)據(jù)庫中已有相似工件材料進(jìn)行聚類。此外，通過材料可切削性可以簡化材料切削參數(shù)推理規(guī)則庫的構(gòu)建。
根據(jù)金屬切削原理可知，影響材料加工性能的因素很多，有化學(xué)成分、熱處理狀態(tài)、物理、力學(xué)性能等�；瘜W(xué)成分和熱處理狀態(tài)的變化最終表現(xiàn)為物理、力學(xué)性能的改變，而物理、力學(xué)性能又是可以量化的。因此，用物理、力學(xué)性能判別材料的加工性是一個(gè)簡捷的途徑。
1 切削數(shù)據(jù)庫體系結(jié)構(gòu)
本文提出的材料加工參數(shù)智能推理系統(tǒng)是構(gòu)建于金屬切削數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)上。該材料加工參數(shù)智能推理系統(tǒng)從功能上看可由優(yōu)化功能和管理功能兩個(gè)部分組成。該系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)如圖1 所示。
圖1 金屬切削數(shù)據(jù)庫組成框圖
該系統(tǒng)中，工件材料管理系統(tǒng)由工件材料庫及工件材料的可切削性評(píng)價(jià)系統(tǒng)組成。工件材料庫中存儲(chǔ)各種工件材料的有關(guān)知識(shí)，將生產(chǎn)實(shí)踐及文獻(xiàn)資料中獲得的工件數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于關(guān)系數(shù)據(jù)庫的表中。工件材料可切削性評(píng)價(jià)系統(tǒng)運(yùn)用模糊數(shù)學(xué)理論對(duì)工件材料進(jìn)行可切削性評(píng)價(jià)以及工件材料切削性能的模糊聚類分析。刀具管理系統(tǒng)由刀具庫、刀具參數(shù)選擇兩部分組成。刀具庫存儲(chǔ)刀具牌號(hào)、硬度、刀具幾何形狀等知識(shí)，刀具參數(shù)選擇采用專家系統(tǒng)概念實(shí)現(xiàn)刀具幾何角度及可適用刀具的選擇。切削液管理系統(tǒng)由切削液數(shù)據(jù)庫及切削液選擇兩部分組成，它可根據(jù)所加工的工件材料、刀具材料、加工方式、加工精度選擇相應(yīng)的切削液。切削用量管理系統(tǒng)由切削深度推理模塊、進(jìn)給量推理模塊、切削速度推理模塊組成。切削深度推理模塊主要根據(jù)加工余量推理得到推薦的切削深度。迸給量推理模塊由進(jìn)給量數(shù)據(jù)庫及進(jìn)給量推理程序組成，可根據(jù)加工精度、加工階段及切削深度選擇進(jìn)給量。切削速度推理模塊可根據(jù)刀具材料、工件材料、切削深度等一系列相關(guān)約束條件，從相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫中得到切削速度的推薦值。切削用量的推理、刀具選擇及參數(shù)的推理、切削液推理由切削用量推薦控制系統(tǒng)協(xié)調(diào)調(diào)用，實(shí)現(xiàn)相應(yīng)推理過程，并將推理結(jié)果傳遞到相應(yīng)模塊以協(xié)調(diào)整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行。切削用量優(yōu)化系統(tǒng)根據(jù)切削加工各類數(shù)學(xué)模型。求解由優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)和約束條件組成的優(yōu)化數(shù)學(xué)模型，從而得到優(yōu)化的切削參數(shù)數(shù)據(jù)。切削用量模糊推理系統(tǒng)則是在對(duì)加工情況有諸多不確定因素的情況下，采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論根據(jù)以往的加工經(jīng)驗(yàn)推理切削參數(shù)�？傮w評(píng)判系統(tǒng)則根據(jù)具體加工實(shí)際對(duì)切削用量的可行性進(jìn)行分析，對(duì)系統(tǒng)推理得到的切削參數(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行總體評(píng)判。此外，用戶也可根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)對(duì)切削參數(shù)進(jìn)行修正，輸出并存儲(chǔ)切削用量數(shù)據(jù)或重新輸入加工條件進(jìn)行切削參數(shù)的推理。
2 基于模糊理論的材料可切削性評(píng)判
在該金屬切削數(shù)據(jù)庫的工件材料管理系統(tǒng)中，存在著一個(gè)工件材料的可切削性評(píng)價(jià)系統(tǒng)，可根據(jù)用戶輸人加工材料的牌號(hào)和機(jī)械性能，采用模糊理論對(duì)材料的切削加工性能進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，快速定位材料的切削加工性能。并采用模糊聚類方法，將工件材料數(shù)據(jù)庫中已有相似工件材料進(jìn)行聚類。此外，通過材料可切削性可以簡化材料切削參數(shù)推理規(guī)則庫的構(gòu)建。
根據(jù)金屬切削原理可知，影響材料加工性能的因素很多，有化學(xué)成分、熱處理狀態(tài)、物理、力學(xué)性能等�；瘜W(xué)成分和熱處理狀態(tài)的變化最終表現(xiàn)為物理、力學(xué)性能的改變，而物理、力學(xué)性能又是可以量化的。因此，用物理、力學(xué)性能判別材料的加工性是一個(gè)簡捷的途徑。
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