高速切削數(shù)據(jù)庫與數(shù)控編程技術

前言

切削加工是當前離散機械制造業(yè)的主要工藝手段，是應用比例最高的機械加工工藝，切削加工的勞動量約占總勞動量30％～40％。據(jù)統(tǒng)計，全世界工業(yè)發(fā)達國家（包括俄羅斯）在20世紀90年代中期每年用于切削加工的費用就已超過了2500億美元，我國每年用在切削加工方面的費用約為320億元人民幣，每年創(chuàng)造的價值約為8000億元人民幣。切削加工數(shù)據(jù)是衡量切削技術水平高低的一個基本量值，對機床及CAD、CAM、CAPP等而言，是基礎數(shù)據(jù)的提供者，已被中華人民共和國科學技術部科學數(shù)據(jù)共享工程技術標準（SDS／T 2122-2004）列入基礎科學門類（代碼F）中的先進制造科學亞門類（代碼P）中，彰顯出我國對切削加工技術及切削加工數(shù)據(jù)的重視。國際標準化組織（ISO）也已制訂了切削加工數(shù)據(jù)的計算機處理（ISO 13399/1-4）標準。利用計算機建立切削數(shù)據(jù)庫是收集、保存、應用切削加工數(shù)據(jù)，積累切削加工經(jīng)驗的重要方法。通過建立切削數(shù)據(jù)庫，提供合理的切削加工參數(shù)對于降低切削加工成本、提高加工質(zhì)量及生產(chǎn)效率具有重要意義。目前，切削加工技術已發(fā)展到“高速、高效、智能、復合、環(huán)?！钡男码A段，出現(xiàn)了高速切削加工技術，為制造業(yè)開發(fā)新產(chǎn)品、提高加工效率和加工質(zhì)量、降低制造成本、縮短交貨周期發(fā)揮了重要的作用，帶動著整體切削加工水平的全面提高，并已成為數(shù)控加工技術的共性關鍵技術。但高速切削加工是一個多因素的復雜過程，參與切削的各因素如工件材料、刀具性能、切削條件等在切削中的行為很難定量地描述它們，也不能用數(shù)學計算的方法定量地確定和預測切削的進程和效果。但通過將切削專業(yè)工作者在科研和實踐中積累的切削加工數(shù)據(jù)和切削知識以切削數(shù)據(jù)庫的方式利用起來，可使切削技術人員獲得較佳的切削條件，為高速切削技術的合理應用起到正確的指導作用。為保證高速加工順利進行，提高零件的加工質(zhì)量、延長刀具壽命、縮短加工時間，高速切削加工工藝具有不同于普通數(shù)控加工的特殊工藝要求。在高速切削編程時，要注意加工工藝的安全性和有效性，高速切削加工工藝策略選擇要盡可能使刀具軌跡光滑平穩(wěn)，同時要使刀具載荷均勻，否則會直接影響加工質(zhì)量、機床主軸等零件的壽命及刀具的壽命。

內(nèi)容概要

本書重點介紹高速切削數(shù)據(jù)庫技術和高速切削數(shù)控編程技術。高速切削數(shù)據(jù)庫部分主要介紹通用切削數(shù)據(jù)庫和智能切削數(shù)據(jù)庫的建立。為了方便切削數(shù)據(jù)庫的推廣應用，還介紹了四個專用的切削數(shù)據(jù)庫：模具高速切削數(shù)據(jù)庫、陶瓷刀具高速切削數(shù)據(jù)庫、高速切削刀具損壞與加工質(zhì)量數(shù)據(jù)庫及高速切削刀具系統(tǒng)選配數(shù)據(jù)庫。高速切削數(shù)控編程技術部分主要介紹高速切削編程策略，其中包括目前常用CAM軟件，如PRO／E、UG、CIMATRON等的高速切削編程應用。    本書可為在高校從事切削加工研究的科研人員、研究生及相關專業(yè)工程技術人員參考閱讀。

書籍目錄

第1章  緒論  1.1  切削數(shù)據(jù)庫的提出  1.2  切削數(shù)據(jù)庫的現(xiàn)狀、存在問題及發(fā)展方向  1.3  建立切削數(shù)據(jù)庫的核心技術  1.4  高速切削加工技術及其工藝特點  參考文獻第2章  通用高速切削數(shù)據(jù)庫的建立  2.1  高速切削數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)功能建模  2.2  高速切削數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)信息處理與建模    2.2.1  工件及工件材料信息    2.2.2  高速切削加工刀具    2.2.3  機床與切削液    2.2.4  切削用量及其合理選擇    2.2.5  高速切削數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)信息處理模型  2.3  高速切削數(shù)據(jù)庫的系統(tǒng)結構與數(shù)據(jù)來源  2.4  通用高速切削數(shù)據(jù)庫的建立    2.4.1  通用高速切削數(shù)據(jù)庫設計的需求分析    2.4.2  通用高速切削數(shù)據(jù)庫的概念設計    2.4.3  通用高速切削數(shù)據(jù)庫的邏輯設計    2.4.4  通用高速切削數(shù)據(jù)庫的物理設計  2.5  通用高速切削數(shù)據(jù)庫的應用    2.5.1  通用高速切削數(shù)據(jù)庫的應用程序設計    2.5.2  通用高速切削數(shù)據(jù)庫的銑削用量查詢    2.5.3  通用高速切削數(shù)據(jù)庫的刀具及銑削用量綜合查詢    2.5.4  通用高速切削數(shù)據(jù)庫的車削數(shù)據(jù)查詢系統(tǒng)  參考文獻第3章  智能高速切削數(shù)據(jù)庫的建立  3.1  高速切削數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的實例推理    3.1.1  高速切削數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的實例描述    3.1.2  高速切削數(shù)據(jù)庫的實例編碼    3.1.3  高速切削數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)實例的檢索與匹配    3.1.4  高速切削數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的實例修改與學習機制  3.2  高速切削數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的規(guī)則推理  3.3  高速切削數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的混合推理  3.4  智能高速切削數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的開發(fā)與應用    3.4.1  智能高速切削數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的開發(fā)環(huán)境      3.4.2  智能高速切削實例庫與材料數(shù)據(jù)庫    3.4.3  智能高速切削數(shù)據(jù)庫界面的開發(fā)    3.4.4  智能高速切削數(shù)據(jù)庫界面程序的開發(fā)    3.4.5  智能高速切削數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的應用  參考文獻第4章  模具高速切削數(shù)據(jù)庫的建立  4.1  模具的分類與模具材料的選擇    4.1.1  模具的分類    4.1.2  模具材料的選擇    4.1.3  模具加工信息處理  4.2  模具高速切削數(shù)據(jù)庫的建立    4.2.1  模具高速切削數(shù)據(jù)庫的功能模型    4.2.2  模具高速切削數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的結構設計    4.2.3  模具高速切削數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的概念設計    4.2.4  模具高速切削數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的邏輯設計  4.3  模具高速切削數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的開發(fā)與應用    4.3.1  主控窗口菜單    4.3.2  模具材料查詢    4.3.3  切削用量查詢    4.3.4  新實例加工方案查詢    4.3.5  數(shù)據(jù)維護  參考文獻第5章  陶瓷刀具高速切削數(shù)據(jù)庫的建立  5.1  陶瓷刀具材料的分類與選用    5.1.1  氧化鋁系陶瓷刀具材料    5.1.2  氮化硅系陶瓷刀具材料    5.1.3  陶瓷涂層刀具    5.1.4  陶瓷刀具材料的合理選用  5.2  陶瓷刀具高速切削數(shù)據(jù)庫的功能與結構設計  5.3  陶瓷刀具切削數(shù)據(jù)庫的開發(fā)與應用    5.3.1  用戶登錄窗口的設計    5.3.2  陶瓷刀具數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的輸入    5.3.3  切削用量查詢與刀具選用    5.3.4  陶瓷刀具數(shù)據(jù)庫的應用  參考文獻第6章  數(shù)控刀具系統(tǒng)的計算機輔助選擇  6.1  基于STEP－NC的工件加工特征分析    6.1.1  STEP－NC數(shù)據(jù)模型的基本概念    6.1.2  STEP－NC數(shù)據(jù)模型實體關系    6.1.3  零件特征分析    6.1.4  基于加工的特征模型  6.2  模塊式刀具系統(tǒng)應用與研究    6.2.1  國外模塊式刀具系統(tǒng)    6.2.2  國內(nèi)模塊式刀具系統(tǒng)    6.2.3  刀具系統(tǒng)的模塊化及其模塊劃分    6.2.4  刀具系統(tǒng)的模塊組合及裝配  6.3  模塊式刀具系統(tǒng)的信息處理與計算機輔助選擇    6.3.1  刀具選配    6.3.2  刀具選配系統(tǒng)功能設計    6.3.3  刀具選配系統(tǒng)的結構設計  6.4  模塊式刀具選配數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的開發(fā)與應用  參考文獻第7章  切削刀具損壞與加工質(zhì)量數(shù)據(jù)庫  7.1  切削刀具損壞與加工質(zhì)量    7.1.1  刀具磨損    7.1.2  刀具破損    7.1.3  切削加工表面質(zhì)量  7.2  刀具損壞形式計算機輔助分析系統(tǒng)的開發(fā)與應用    7.2.1  系統(tǒng)設計目標    7.2.2  概念結構設計    7.2.3  邏輯結構設計    7.2.4  數(shù)據(jù)庫結構設計    7.2.5  刀具損壞數(shù)據(jù)庫的建立及應用  7.3  計算機輔助已加工表面質(zhì)量分析系統(tǒng)的開發(fā)與應用  參考文獻第8章  高速切削加工數(shù)控編程技術  8.1  高速數(shù)控加工對控制系統(tǒng)的要求  8.2  高速數(shù)控加工控制系統(tǒng)的類型和特征  8.3  高速數(shù)控加工機床的編程方法    8.3.1  高速切削對數(shù)控編程的要求    8.3.2  高速數(shù)控加工機床的編程方法  8.4  高速銑削數(shù)控加工編程的內(nèi)容與步驟    8.4.1  數(shù)控加工程序編程的內(nèi)容    8.4.2  數(shù)控加工程序編程的步驟  參考文獻第9章  高速數(shù)控加工編程策略  9.1  高速切削加工對CAM系統(tǒng)的要求  9.2  高速切削常用數(shù)控加工編程策略    9.2.1  高速切削加工粗加工編程策略    9.2.2  高速切削加工半精加工編程策略    9.2.3  高速切削加工精加工編程策略    9.2.4  高速切削加工刀具軌跡生成策略  9.3  高速數(shù)控加工刀具路徑的優(yōu)化技術    9.3.1  高速切削加工刀具路徑特性    9.3.2  高速切削刀具走刀方式    9.3.3  高速切削粗加工刀具路徑優(yōu)化    9.3.4  高速切削精加工刀具路徑優(yōu)化  參考文獻第10章  高速數(shù)控加工編程技術的應用  10.1  Pro／E高速加工編程應用    10.1.1  Pro／NC加工的基本步驟    10.1.2  Pro／NC的高速加工策略    10.1.3  Pro／E高速加工編程實例  10.2  UG高速加工編程應用    10.2.1  UG／NX加工基本步驟    10.2.2  UG／NX高速加工策略    10.2.3  UG／NX高速加工編程實例  10.3  CIMATRON高速加工編程應用    10.3.1  CIMATRON E高速加工編程采用的編程策略    10.3.2  CIMATRON E高速加工編程應用實例  10.4  其他高速加工編程應用    10.4.1  MasterCAM高速加工編程應用    10.4.2  PowerMlLL上高速加工編程    10.4.3  HyperMILL高速加工編程    10.4.4  高速切削加工數(shù)控編程軟件比較  參考文獻

章節(jié)摘錄

插圖：隨著科學技術的發(fā)展，對切削加工提出了越來越高的要求，這些要求歸納起來有兩點：首先是要滿足越來越高的加工效率、加工精度和表面質(zhì)量（表面粗糙度、加工硬化、殘余應力、表面紋理等）要求；其次是經(jīng)濟性要求和生態(tài)性要求（即綠色生產(chǎn)和可持續(xù)發(fā)展要求）。為了滿足這些要求人們已經(jīng)做了大量的工作，并取得了良好的經(jīng)濟效益和社會效益。這些工作主要體現(xiàn)在先進切削加工技術的發(fā)展上。高速切削加工技術是近年來迅速崛起的一項先進切削加工技術。通常認為采用的切削速度和進給速度比常規(guī)加工高5倍～10倍的加工方式就是高速切削加工，但它并非普通意義上的采用大的切削用量來提高加工效率的一種加工方式，而是采用高轉速、快進給、小切深和小步距來去除加工余量，完成零件加工的過程。掌握正確的高速切削加工工藝是高速加工成功實現(xiàn)的關鍵。高速切削的工藝技術包括對各種不同工件材料及其不同加工特征的切削方式，數(shù)控編程策略，進、退刀方式，刀具軌跡，刀具材料和刀具幾何參數(shù)及切削參數(shù)的合理選擇等。高速切削目前尚沒有完整的加工參數(shù)表格可供選用，可供參考的加工實例也不多。如何選擇合理的加工工藝及工藝參數(shù)，達到最佳的切削效果、提高生產(chǎn)效率是目前推廣高速切削應用的一個首要問題。建立切削數(shù)據(jù)庫，根據(jù)加工工件技術與精度要求，制訂高速切削加工工藝，優(yōu)化選擇刀具材料、刀具幾何參數(shù)、刀具結構和切削用量等切削數(shù)據(jù)，是增強企業(yè)競爭力最有效的措施之一。本章主要介紹高速切削技術，探討高速切削數(shù)據(jù)庫建立的必要性、切削數(shù)據(jù)庫的現(xiàn)狀、核心技術和發(fā)展趨勢，并給出高速切削加工的工藝特點、主要編程策略和關鍵控制技術。1.1  切削數(shù)據(jù)庫的提出切削加工數(shù)據(jù)是衡量切削技術水平高低的一個基本量值。采用合理的切削數(shù)據(jù)，可以充分發(fā)揮切削機床和切削刀具的功能，尤其對于各種數(shù)控機床和加工中心來說，自動化加工的輔助時間已大大縮短，這樣，在有效的加工時間內(nèi)充分利用合理的或優(yōu)化的切削數(shù)據(jù)，對提高整個加工系統(tǒng)的經(jīng)濟效益更為重要。切削數(shù)據(jù)傳統(tǒng)上通常依據(jù)切削手冊、生產(chǎn)實踐資料或切削試驗來確定。切削手冊上的數(shù)據(jù)來源最廣泛，條理性一般較強，但針對性和準確性較差，通過查閱切削手冊來獲得數(shù)據(jù)，在信息量和方法的先進性上都非常不足。生產(chǎn)實踐資料對具體應用企業(yè)而言，針對性較強，但數(shù)據(jù)太分散，缺乏規(guī)律性。通過切削試驗獲得的數(shù)據(jù)，最有針對性，但受試驗條件等多方面的限制，數(shù)據(jù)量極為有限，而且試驗條件與生產(chǎn)現(xiàn)場條件往往差別較大。隨著科學技術的發(fā)展，計算機在切削加工中的應用日益增多，國內(nèi)外已利用計算機來籌建切削數(shù)據(jù)庫，將切削加工中需用的數(shù)據(jù)和信息，按一定規(guī)律儲存在計算機中，可以根據(jù)需要調(diào)用、打印，也可以隨時進行修改和增刪。切削數(shù)據(jù)庫的內(nèi)容包括切削用量推薦值，根據(jù)加工條

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