CN107798081B

CN107798081B - 基于材料-结构-工艺-过程相关性的分层次数据库模型

Info

Publication number: CN107798081B
Application number: CN201710961306.7A
Authority: CN
Inventors: 张定华; 陈曦; 罗明; 吴宝海; 王奇
Original assignee: Northwestern Polytechnical University
Current assignee: Northwestern Polytechnical University
Priority date: 2017-10-17
Filing date: 2017-10-17
Publication date: 2021-05-07
Anticipated expiration: 2037-10-17
Also published as: CN107798081A

Abstract

本发明公开了一种基于材料‑结构‑工艺‑过程相关性的分层次数据库模型，用于解决现有分层次数据库模型实用性差的技术问题。技术方案是沿加工轨迹，依据刀具‑工件接触状态、零件结构与位置关系进行工况划分，将零件结构特征与加工工艺、过程参数进行对应。在数据存储方面，划分为切削基础数据层、工艺基础数据层和工艺过程数据层。切削基础数据层存储刀具涂层、刃口几何以及本构方程等数据；工艺基础数据层在切削基础数据层基础上附加刀具参数、工艺方法、刀具‑工件啮合关系；工艺过程数据层存储附加刀具‑主轴子系统信息、工件‑夹具子系统信息、加工环境信息和数控系统等信息。本发明实现了不同层次数据间的双向映射，实用性好。

Description

基于材料-结构-工艺-过程相关性的分层次数据库模型

技术领域

本发明涉及一种分层次数据库模型，特别是涉及一种基于材料-结构-工艺-过程相关性的分层次数据库模型。

背景技术

文献“申请号是201510348804.5的中国发明专利”公开了一种数据库数据的存储方法，该方法主要获取业务数据中的多个实体对象和各个所属实体对象的对象属性信息，基于所述实体对象和所述对象属性信息确定各个所述实体对象所属的数据域，并获取所述各个实体对象与所述数据域的逻辑关系，按照所述逻辑关系在数据中创建宽表，并将各个所述实体对象的描述数据存储如对应的所述宽表中。该方法针对数据库中的数据存储进行描述，没有很完善的数据划分方法，没有很好的实现不同数据库间的数据调用与转换。

发明内容

为了克服现有分层次数据库模型实用性差的不足，本发明提供一种基于材料-结构-工艺-过程相关性的分层次数据库模型。该模型沿加工轨迹，依据刀具-工件接触状态、零件结构与位置关系进行工况划分，将零件结构特征与加工工艺、过程参数进行对应。在数据存储方面，将数据的存储划分为切削基础数据层、工艺基础数据层和工艺过程数据层三个层次。切削基础数据层存储刀具涂层、刃口几何、本构方程、切削力、温度、切屑载荷、应力；工艺基础数据层在切削基础数据层基础上附加刀具参数、工艺方法、刀具-工件啮合关系；工艺过程数据层存储附加刀具-主轴子系统信息、工件-夹具子系统信息、加工环境信息、数控系统信息、系统装备响应信息。本发明实现了不同层次数据间的双向映射，将基本的切削数据与车间实际生产应用结合起来，使数据库得到合理利用，实用性好。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于材料-结构-工艺-过程相关性的分层次数据库模型，其特点是包括沿加工轨迹，依据刀具-工件接触状态、零件结构与位置关系进行工况划分，将零件结构与加工工艺、过程参数进行对应，建立材料、工件结构、工艺方法与加工过程之间的关联关系。在数据存储方面，将数据的存储划分为切削基础数据层、工艺基础数据层、工艺过程数据层三个层次。切削基础数据层存储刀具涂层、刃口几何、本构方程、切削力、温度、切屑载荷和应力基础数据；工艺基础数据层在切削基础数据层的基础上附加刀具参数、工艺方法和刀具-工件啮合关系工艺信息；工艺过程数据层存储进一步附加刀具-主轴子系统信息、工件-夹具子系统信息、加工环境信息、数控系统信息和系统装备响应信息。

所述的切削基础数据层的测试与获取是积累切削基础数据与建立切削数据库的基础。该层数据库主要通过最基本的正交切削或斜角切削获得基本的切削数据，这类切削数据是与工况无关的最基本切削数据。该层存储的数据有正交切削或斜角切削的基础数据：包括材料、刃口微观几何信息、刀具材料与涂层、加工形式、环境温度、冷却润滑、切削参数，以及通过实验设备采集的切削力、切削温度、切屑图形和刀具损坏信息。

其中刃口微观几何信息包括切削刃长度、切削刃前角、切削刃后角、斜角角度、切削刃主偏角和切削刃副偏角；材料信息包括材料编号、热处理状态、布氏硬度、洛氏硬度、弹性模量、切变模量、密度、屈服强度、拉伸强度和热传导；刀具材料与涂层信息包括刀具涂层材料、涂层厚度、单涂层和多涂层；冷却润滑信息包括冷却液牌号、生产商、冷却液水基水溶液、冷却液水基乳化液、冷却液油机、冷却液流量、冷却液压力、微量润滑和干切；加工形式信息包括正交切削和斜角切削；切削参数信息包括切削速度和切削厚度。测量信息包括切削力、切削温度、切屑形状和刀具损坏信息。

所述的工艺基础数据层包括加工某零件特征的切削数据库。存储的数据有：刀具类型、刀具种类、加工方法、加工工序、冷却润滑、切削参数和零件特征，以及通过实验设备采集的切削力、切削温度、切屑形状和刀具磨损。刀具类型信息包括球头刀、环形刀、锥形刀、鼓形刀和异形刀具；刀具种类信息包括整体刀和可转位刀；刀具参数包括直径、下半径、锥角、尖角、长度、刀刃长度和刀刃；加工方法信息包括：侧铣、端铣、点铣和插铣；加工工序信息包括粗加工、半精加工和精加工；切削参数信息包括主轴转速、切削速度、切削深度、切削宽度、进给速度和每齿进给速度；冷却润滑信息包括冷却液牌号、生产商、冷却液水基水溶液、冷却液水基乳化液、冷却液油机、冷却液流量、冷却液压力、微量润滑和干切；零件特征信息包括平面、阶梯面、端面、斜面、曲面、外圆、内圆、通孔、盲孔、槽、环形槽和切断；啮合关系是与加工方法及零件特征相关的实时信息。测量信息包括切削力、切削温度、切屑形状和刀具损坏。

所述的工艺过程数据层包括加工整个零件结构的过程信息，存储的数据有：机床信息、机床控制系统信息、装夹方式、加工方法、加工工序、冷却润滑、切削参数、零件特征，以及通过实验设备采集的切削力、切削温度、切屑形状、刀具磨损和表面完整性。机床信息包括机床型号、机床功率、主轴最大转速、工作行程范围、工作行程范围、工作行程范围、工作行程范围、工作行程范围、工作行程范围、X轴最大运行速度、Y轴最大运行速度、Z轴最大运行速度、A轴最大运行速度、B轴最大运行速度、C轴最大运行速度、最大进给速度、主轴最大进给力和主轴固有频率；机床控制系统包括日本数控系统、德国西门子数控系统、日本三菱数控系统、德国海德汉数控系统、德国力士乐数控系统、华中数控和广州数控；装夹方式包括工作台装夹、虎钳装夹、分度头装夹和专用夹具；刀具类型信息包括球头刀、环形刀、锥形刀、鼓形刀和异形刀具；刀具种类信息包括整体刀和可转位刀；刀具参数包括前角、后角、主偏角、副偏角、刃倾角、刀尖半径和齿数；加工方法包括侧铣、端铣、点铣和插铣；加工工序包括粗加工、半精加工和精加工；切削参数包括主轴转速、切削速度、切削深度、切削宽度、进给速度和每齿进给速度；冷却润滑包括冷却液牌号、生产商、冷却液水基水溶液、冷却液水基乳化液、冷却液油机、冷却液流量、冷却液压力、微量润滑和干切；测量信息包括切削力、切削温度、切屑形状和刀具损坏信息。X、Y、Z轴直角坐标系是以机床原点为坐标系原点遵循右手笛卡尔直角坐标系建立，根据右手螺旋法则，确定三个旋转坐标的方向为A、B、C。

本发明的有益效果是：该模型沿加工轨迹，依据刀具-工件接触状态、零件结构与位置关系进行工况划分，将零件结构特征与加工工艺、过程参数进行对应。在数据存储方面，将数据的存储划分为切削基础数据层、工艺基础数据层和工艺过程数据层三个层次。切削基础数据层存储刀具涂层、刃口几何、本构方程、切削力、温度、切屑载荷、应力；工艺基础数据层在切削基础数据层基础上附加刀具参数、工艺方法、刀具-工件啮合关系；工艺过程数据层存储附加刀具-主轴子系统信息、工件-夹具子系统信息、加工环境信息、数控系统信息、系统装备响应信息。本发明实现了不同层次数据间的双向映射，将基本的切削数据与车间实际生产应用结合起来，使数据库得到合理利用，实用性好。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细说明。

附图说明

图1是本发明基于材料-结构-工艺-过程相关性的分层次数据库模型整体框架图。

图2是图1中分层次数据库具体模型图。

具体实施方式

以下实施例参照图1～2。

本发明基于材料-结构-工艺-过程相关性的分层次数据库模型包括沿加工轨迹，依据刀具-工件接触状态、零件结构与位置关系进行工况划分，将零件结构与加工工艺、过程参数进行对应，建立材料、工件结构、工艺方法与加工过程之间的关联关系。在数据存储方面，将数据的存储划分为切削基础数据层、工艺基础数据层、工艺过程数据层三个层次。切削基础数据层主要存储刀具涂层、刃口几何、本构方程、切削力、温度、切屑载荷、应力基础数据；工艺基础数据层在切削基础数据层的基础上附加刀具参数、工艺方法、刀具-工件啮合关系工艺信息；工艺过程数据层存储进一步附加刀具-主轴子系统信息、工件-夹具子系统信息、加工环境信息、数控系统信息、系统装备响应信息工艺过程信息。

切削基础数据层的测试与获取是积累切削基础数据与建立切削数据库的基础。该层数据库主要通过最基本的正交切削或斜角切削获得基本的切削数据，这类切削数据是与工况无关的最基本切削数据。该层主要存储的数据有正交切削或斜角切削的基础数据：材料、刃口微观几何信息、刀具材料与涂层、加工形式、环境温度、冷却润滑、切削参数，以及通过实验设备采集的切削力、切削温度、切屑图形、刀具损坏信息。

其中刃口微观几何信息主要包括：切削刃长度、切削刃前角、切削刃后角、斜角角度、切削刃主偏角、切削刃副偏角；材料信息包括：材料编号、热处理状态、布氏硬度、洛氏硬度、弹性模量、切变模量、密度、屈服强度、拉伸强度、热传导；刀具材料与涂层信息包括：刀具涂层材料、涂层厚度、单涂层、多涂层；冷却润滑信息包括：冷却液牌号、生产商、冷却液水基水溶液、冷却液水基乳化液、冷却液油机、冷却液流量、冷却液压力、微量润滑、干切；加工形式信息包括：正交切削、斜角切削；切削参数信息包括：切削速度、切削厚度。测量信息包括：切削力、切削温度、切屑形状、刀具损坏信息。

第二层为工艺基础数据层，包括加工某零件特征的切削数据库。主要存储的数据有：刀具类型、刀具种类、加工方法、加工工序、冷却润滑、切削参数、零件特征，以及通过实验设备采集的切削力、切削温度、切屑形状、刀具磨损等信息。刀具类型信息包括：球头刀、环形刀、锥形刀、鼓形刀、异形刀具；刀具种类信息包括：整体刀、可转位刀；刀具参数包括：直径、下半径、锥角、尖角、长度、刀刃长度、刀刃；加工方法信息包括：侧铣、端铣、点铣、插铣；加工工序信息包括：粗加工、半精加工、精加工；切削参数信息包括：主轴转速、切削速度、切削深度、切削宽度、进给速度、每齿进给速度；冷却润滑信息包括：冷却液牌号、生产商、冷却液水基水溶液、冷却液水基乳化液、冷却液油机、冷却液流量、冷却液压力、微量润滑、干切；零件特征信息包括：平面、阶梯面、端面、斜面、曲面、外圆、内圆、通孔、盲孔、槽、环形槽、切断；啮合关系是与加工方法及零件特征相关的实时信息。测量信息包括：切削力、切削温度、切屑形状、刀具损坏信息。

第三层为工艺过程数据层，包括加工整个零件结构的过程信息，主要存储的数据有：机床信息、机床控制系统信息、装夹方式、加工方法、加工工序、冷却润滑、切削参数、零件特征，以及通过实验设备采集的切削力、切削温度、切屑形状、刀具磨损和表面完整性等信息。机床信息主要包括：机床型号、机床功率、主轴最大转速、工作行程范围、工作行程范围、工作行程范围、工作行程范围、工作行程范围、工作行程范围、X轴最大运行速度、Y轴最大运行速度、Z轴最大运行速度、A轴最大运行速度、B轴最大运行速度、C轴最大运行速度、最大进给速度、主轴最大进给力、主轴固有频率；机床控制系统包括：日本数控系统、德国西门子数控系统、日本三菱数控系统、德国海德汉数控系统、德国力士乐数控系统、华中数控、广州数控；装夹方式包括：工作台装夹、虎钳装夹、分度头装夹、专用夹具；刀具类型信息包括：球头刀、环形刀、锥形刀、鼓形刀、异形刀具；刀具种类信息包括：整体刀、可转位刀；刀具参数包括：前角、后角、主偏角、副偏角、刃倾角、刀尖半径、齿数；加工方法信息包括：侧铣、端铣、点铣、插铣；加工工序信息包括：粗加工、半精加工、精加工；切削参数信息包括：主轴转速、切削速度、切削深度、切削宽度、进给速度、每齿进给速度；冷却润滑信息包括：冷却液牌号、生产商、冷却液水基水溶液、冷却液水基乳化液、冷却液油机、冷却液流量、冷却液压力、微量润滑、干切；测量信息包括：切削力、切削温度、切屑形状、刀具损坏信息。X、Y、Z轴直角坐标系是以机床原点为坐标系原点遵循右手笛卡尔直角坐标系建立的，根据右手螺旋法则，确定三个旋转坐标的方向为A、B、C。

Claims

1.一种基于材料-结构-工艺-过程相关性的分层次数据库模型，其特征在于：包括沿加工轨迹，依据刀具-工件接触状态、零件结构与位置关系进行工况划分，将零件结构与加工工艺、过程参数进行对应，建立材料、工件结构、工艺方法与加工过程之间的关联关系；在数据存储方面，将数据的存储划分为切削基础数据层、工艺基础数据层、工艺过程数据层三个层次；切削基础数据层存储刀具涂层、刃口几何、本构方程、切削力、温度、切屑载荷和应力基础数据；工艺基础数据层在切削基础数据层的基础上附加刀具参数、工艺方法和刀具-工件啮合关系工艺信息；工艺过程数据层在工艺基础数据层的基础上附加刀具-主轴子系统信息、工件-夹具子系统信息、加工环境信息、数控系统信息和系统装备响应信息；

所述的切削基础数据层的测试与获取是积累切削基础数据与建立切削数据库的基础；该层数据通过最基本的正交切削或斜角切削获得基本的切削数据，这类切削数据是与工况无关的最基本切削数据；该层存储的数据有正交切削或斜角切削的基础数据：包括非刀具材料、刃口微观几何信息、刀具材料与涂层、加工形式、环境温度、冷却润滑、切削参数，以及通过实验设备采集的测量信息；

其中刃口微观几何信息包括切削刃长度、切削刃前角、切削刃后角、斜角角度、切削刃主偏角和切削刃副偏角；非刀具材料信息包括材料编号、热处理状态、布氏硬度、洛氏硬度、弹性模量、切变模量、密度、屈服强度、拉伸强度和热传导；刀具材料与涂层信息包括刀具涂层材料、涂层厚度、单涂层和多涂层；冷却润滑信息包括冷却液牌号、生产商、冷却液水基水溶液、冷却液水基乳化液、冷却液油机、冷却液流量、冷却液压力、微量润滑和干切；加工形式信息包括正交切削和斜角切削；切削参数信息包括切削速度和切削厚度；测量信息包括切削力、切削温度、切屑形状和刀具损坏信息；

所述的工艺基础数据层包括加工某零件特征的切削数据库；存储的数据有：刀具类型、刀具种类、刀具参数、加工方法、加工工序、冷却润滑、切削参数和零件特征，以及通过实验设备采集的测量信息；刀具类型信息包括球头刀、环形刀、锥形刀、鼓形刀和异形刀具；刀具种类信息包括整体刀和可转位刀；刀具参数包括直径、下半径、锥角、尖角、长度、刀刃长度和刀刃；加工方法信息包括：侧铣、端铣、点铣和插铣；加工工序信息包括粗加工、半精加工和精加工；切削参数信息包括主轴转速、切削速度、切削深度、切削宽度、进给速度和每齿进给速度；冷却润滑信息包括冷却液牌号、生产商、冷却液水基水溶液、冷却液水基乳化液、冷却液油机、冷却液流量、冷却液压力、微量润滑和干切；零件特征信息包括平面、阶梯面、端面、斜面、曲面、外圆、内圆、通孔、盲孔、槽、环形槽和切断；啮合关系是与加工方法及零件特征相关的实时信息；测量信息包括切削力、切削温度、切屑形状和刀具损坏；

所述的工艺过程数据层包括加工整个零件结构的过程信息，存储的数据有：机床信息、机床控制系统信息、装夹方式、刀具类型、刀具种类、刀具参数、加工方法、加工工序、冷却润滑、切削参数、零件特征，以及通过实验设备采集的测量信息；机床信息包括机床型号、机床功率、主轴最大转速、工作行程范围、X轴最大运行速度、Y轴最大运行速度、Z轴最大运行速度、A轴最大运行速度、B轴最大运行速度、C轴最大运行速度、最大进给速度、主轴最大进给力和主轴固有频率；机床控制系统包括日本数控系统、德国西门子数控系统、日本三菱数控系统、德国海德汉数控系统、德国力士乐数控系统、华中数控和广州数控；装夹方式包括工作台装夹、虎钳装夹、分度头装夹和专用夹具；刀具类型信息包括球头刀、环形刀、锥形刀、鼓形刀和异形刀具；刀具种类信息包括整体刀和可转位刀；刀具参数包括前角、后角、主偏角、副偏角、刃倾角、刀尖半径和齿数；加工方法包括侧铣、端铣、点铣和插铣；加工工序包括粗加工、半精加工和精加工；切削参数包括主轴转速、切削速度、切削深度、切削宽度、进给速度和每齿进给速度；冷却润滑包括冷却液牌号、生产商、冷却液水基水溶液、冷却液水基乳化液、冷却液油机、冷却液流量、冷却液压力、微量润滑和干切；测量信息包括切削力、切削温度、切屑形状和刀具损坏信息；X、Y、Z轴直角坐标系是以机床原点为坐标系原点遵循右手笛卡尔直角坐标系建立，根据右手螺旋法则，确定三个旋转坐标的方向为A、B、C。