材料切削性能的模糊綜合評判
2023/4/26 8:43:19點(diǎn)擊：
隨著(zhù)計算機科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，將計算機技術(shù)應用于各個(gè)領(lǐng)域產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟效益和社會(huì )效益。金屬切削數據庫是計算機技術(shù)與機械加工技術(shù)相結合的高技術(shù)產(chǎn)物，它將簡(jiǎn)單的、經(jīng)驗的數據上升為具有科學(xué)意義的數據，并應用數據庫技術(shù)科學(xué)地管理切削數據。在刀具、工件、機床及其它條件已定的情況下，正確選取切削用量對零件加工質(zhì)量及生產(chǎn)效率有著(zhù)至關(guān)的重要性。因此構建于金屬切削數據庫基礎上的材料加工參數智能推理系統能夠為機械加工生產(chǎn)的刀具參數選擇及切削用量選擇提供合理的數據。它是CIMS集成制造系統的一個(gè)組成部分，將智能化原理運用于材料加工參數推理，必定能帶來(lái)顯著(zhù)的經(jīng)濟效益。
1 切削數據庫體系結構
本文提出的材料加工參數智能推理系統是構建于金屬切削數據庫的基礎上。該材料加工參數智能推理系統從功能上看可由優(yōu)化功能和管理功能兩個(gè)部分組成。該系統組成結構如圖1 所示。
圖1 金屬切削數據庫組成框圖
該系統中，工件材料管理系統由工件材料庫及工件材料的可切削性評價(jià)系統組成。工件材料庫中存儲各種工件材料的有關(guān)知識，將生產(chǎn)實(shí)踐及文獻資料中獲得的工件數據存儲于關(guān)系數據庫的表中。工件材料可切削性評價(jià)系統運用模糊數學(xué)理論對工件材料進(jìn)行可切削性評價(jià)以及工件材料切削性能的模糊聚類(lèi)分析。刀具管理系統由刀具庫、刀具參數選擇兩部分組成。刀具庫存儲刀具牌號、硬度、刀具幾何形狀等知識，刀具參數選擇采用專(zhuān)家系統概念實(shí)現刀具幾何角度及可適用刀具的選擇。切削液管理系統由切削液數據庫及切削液選擇兩部分組成，它可根據所加工的工件材料、刀具材料、加工方式、加工精度選擇相應的切削液。切削用量管理系統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)給量數據庫及進(jìn)給量推理程序組成，可根據加工精度、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，從相應的數據庫中得到切削速度的推薦值。切削用量的推理、刀具選擇及參數的推理、切削液推理由切削用量推薦控制系統協(xié)調調用，實(shí)現相應推理過(guò)程，并將推理結果傳遞到相應模塊以協(xié)調整個(gè)系統的運行。切削用量?jì)?yōu)化系統根據切削加工各類(lèi)數學(xué)模型。求解由優(yōu)化目標函數和約束條件組成的優(yōu)化數學(xué)模型，從而得到優(yōu)化的切削參數數據。切削用量模糊推理系統則是在對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 )理論根據以往的加工經(jīng)驗推理切削參數�？傮w評判系統則根據具體加工實(shí)際對切削用量的可行性進(jìn)行分析，對系統推理得到的切削參數數據進(jìn)行總體評判。此外，用戶(hù)也可根據實(shí)際經(jīng)驗對切削參數進(jìn)行修正，輸出并存儲切削用量數據或重新輸入加工條件進(jìn)行切削參數的推理。
2 基于模糊理論的材料可切削性評判
在該金屬切削數據庫的工件材料管理系統中，存在著(zhù)一個(gè)工件材料的可切削性評價(jià)系統，可根據用戶(hù)輸人加工材料的牌號和機械性能，采用模糊理論對材料的切削加工性能進(jìn)行綜合評價(jià)，快速定位材料的切削加工性能。并采用模糊聚類(lèi)方法，將工件材料數據庫中已有相似工件材料進(jìn)行聚類(lèi)。此外，通過(guò)材料可切削性可以簡(jiǎn)化材料切削參數推理規則庫的構建。
根據金屬切削原理可知，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(jiǎn)捷的途徑。
1 切削數據庫體系結構
本文提出的材料加工參數智能推理系統是構建于金屬切削數據庫的基礎上。該材料加工參數智能推理系統從功能上看可由優(yōu)化功能和管理功能兩個(gè)部分組成。該系統組成結構如圖1 所示。
圖1 金屬切削數據庫組成框圖
該系統中，工件材料管理系統由工件材料庫及工件材料的可切削性評價(jià)系統組成。工件材料庫中存儲各種工件材料的有關(guān)知識，將生產(chǎn)實(shí)踐及文獻資料中獲得的工件數據存儲于關(guān)系數據庫的表中。工件材料可切削性評價(jià)系統運用模糊數學(xué)理論對工件材料進(jìn)行可切削性評價(jià)以及工件材料切削性能的模糊聚類(lèi)分析。刀具管理系統由刀具庫、刀具參數選擇兩部分組成。刀具庫存儲刀具牌號、硬度、刀具幾何形狀等知識，刀具參數選擇采用專(zhuān)家系統概念實(shí)現刀具幾何角度及可適用刀具的選擇。切削液管理系統由切削液數據庫及切削液選擇兩部分組成，它可根據所加工的工件材料、刀具材料、加工方式、加工精度選擇相應的切削液。切削用量管理系統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)給量數據庫及進(jìn)給量推理程序組成，可根據加工精度、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，從相應的數據庫中得到切削速度的推薦值。切削用量的推理、刀具選擇及參數的推理、切削液推理由切削用量推薦控制系統協(xié)調調用，實(shí)現相應推理過(guò)程，并將推理結果傳遞到相應模塊以協(xié)調整個(gè)系統的運行。切削用量?jì)?yōu)化系統根據切削加工各類(lèi)數學(xué)模型。求解由優(yōu)化目標函數和約束條件組成的優(yōu)化數學(xué)模型，從而得到優(yōu)化的切削參數數據。切削用量模糊推理系統則是在對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 )理論根據以往的加工經(jīng)驗推理切削參數�？傮w評判系統則根據具體加工實(shí)際對切削用量的可行性進(jìn)行分析，對系統推理得到的切削參數數據進(jìn)行總體評判。此外，用戶(hù)也可根據實(shí)際經(jīng)驗對切削參數進(jìn)行修正，輸出并存儲切削用量數據或重新輸入加工條件進(jìn)行切削參數的推理。
2 基于模糊理論的材料可切削性評判
在該金屬切削數據庫的工件材料管理系統中，存在著(zhù)一個(gè)工件材料的可切削性評價(jià)系統，可根據用戶(hù)輸人加工材料的牌號和機械性能，采用模糊理論對材料的切削加工性能進(jìn)行綜合評價(jià)，快速定位材料的切削加工性能。并采用模糊聚類(lèi)方法，將工件材料數據庫中已有相似工件材料進(jìn)行聚類(lèi)。此外，通過(guò)材料可切削性可以簡(jiǎn)化材料切削參數推理規則庫的構建。
根據金屬切削原理可知，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(jiǎn)捷的途徑。
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