刀具损坏形式计算机辅助分析系统的开发

    1 引言

    切削加工是机械加工中应用最广泛的加工方法之一，目前零件的最终形成仍以切削加工为主。切削加工过程中的刀具损坏有磨损和破损两种方式。刀具的磨损是由于工件—刀具—切屑接触区发生强烈摩擦，造成刀具表面(前、后刀面)的材料被切屑或工件逐渐带走，刀具的磨损形式包括前刀面磨损(月牙洼磨损)、后刀面磨损、边界磨损、刀尖磨损等。刀具的破损是由于刀具设计、制造及使用不当或刀具(尤其是一些脆性刀具材料如陶瓷刀具)受切削力冲击而发生损坏，刀具破损分早期和后期破损，有崩刃、剥落、碎断和裂纹等形式。刀具的磨损和破损会影响零件加工精度和已加工表面质量，严重时还会引起切削颤振，损坏机床、刀具和工件，影响切削加工效率、质量，增加生产成本。因此，对刀具损坏的原因进行分析，采取相应措施避免刀具的过快磨损和破损有着重要的实际意义。

    刀具磨损和破损是在切削力和切削温度的作用下因机械摩擦、粘结、崩刃、破碎以及塑性变形等引起，其原因很复杂，是机械、热、化学作用的综合结果。刀具损坏形式的多样性和原因的复杂性，使得人们难以针对刀具不同损坏形式分析其原因并提出相应的解决措施。计算机与数据库技术的发展，为建立刀具损坏形式计算机辅助分析系统提供了可能。刀具损坏形式计算机辅助分析系统应用计算机与数据库技术，汇集了普通车削、螺纹车削、铣削、钻削等多种切削加工过程中的刀具损坏形式及原因，可得到文字、图形数据，并可进行增加、删除、修改等数据库操作；根据刀具损坏形式可迅速检索刀具损坏原因，并推荐解决方案或改进措施。

    2 系统的结构设计

    数据结构

    刀具损坏形式计算机辅助分析系统数据库中每条数据的结构包括：

    刀具损坏形式编号(ID)；

    刀具损坏形式类型(type)；

    刀具损坏形式后果(result)；

    刀具损坏形式原因(reason)；

    解决方案(solution)；

    刀具损坏形式图像存取路径(directory)。

    数据库结构设计

    数据库结构设计是数据库系统能否高效、正确运行的关键所在。数据库结构设计应该避免冗余和不一致性，并且为应用程序的设计提供方便。根据不同的加工方式，刀具损坏形式数据库系统目前设计和建立了以下四个子库：

    普通车削刀具损坏库；

    螺纹车削刀具损坏库；

    铣削刀具损坏库；

    钻削刀具损坏库。

    根据需要还可以添加其它加工过程的子库。

    3 系统的功能设计

图1 刀具损坏形式计算机辅助分析系统模块图

    由于采用模块化设计方法可最大限度地减小模块间的耦合性，增强软件的可移植性、可扩充性和可维护性，因此，刀具损坏形式数据库管理系统设有4个功能模块：

    管理与维护模块；

    数据查询模块；

    图像处理模块；

    输入模块和输出模块。

    这四个模块由主控模块进行统一管理，其结构层次如图1 所示。

图2 数据查询模块

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    数据库管理、维护功能模块

    为了使系统可以不断更新和完善，系统设计了管理维护功能模块，可进行数据增加、数据删除、数据修改等操作。

    数据查询模块

    该模块是刀具损坏形式计算机辅助分析系统的核心部分，其主要功能是快速准确地查询刀具某一损坏形式的原因及对策。该模块采用人机对话方式，引导用户进行正确地选择，从而得到相应的解决方案。为方便用户应用，该模块还建立了帮助功能。数据查询模块的操作如图2 所示，如查询刀具在普通车削过程的“月牙洼磨损”问题，在加工方式tab控件中选择普通车削，然后，在数据窗口控件中选择“月牙洼磨损”，这时，在右边picture 控件中就会显示相应的刀具月牙洼磨损图像来验证选择的正确性，同时显示刀具产生月牙洼磨损带来的后果及月牙洼磨损产生的原因和具体解决方案(见图3)。解决方案包括合理选择刀具材料、切削参数，建议是否使用冷却液等。

    图像处理模块

    为了向用户提供更详细的信息，引导用户正确地选择刀具损坏形式，本系统为用户提供了刀具各种损坏形式的图像。在应用程序开发中，通过调用存储在数据库中的相应图像路径来显示图像。

图3 数据查询界面

    输出功能模块

    为方便用户对数据的使用，设计了输出功能模块，可以按用户要求进行打印输出。

    4 结语

    刀具损坏形式计算机辅助分析系统利用计算机、数据库技术分析刀具损坏原因并可提出改进措施。刀具损坏形式计算机辅助分析系统采用模块化设计，有较好的可维护性和可扩充性；系统界面友好，操作简单，查询直观准确，实用性强。该系统的应用有助于掌握刀具损坏特点，对合理选择刀具材料、切削条件，提高生产效率，保证加工质量具有重要意义。