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1 第 28 卷 第 6 期 204 年 月 湖 南 工 业 大 学 学 报 Journal of Hunan University of Technology Vol.28 No.6 Nov. 204 doi:0.3969/j.issn 基 于 STEP-NC 的 大 型 数 控 机 床 主 要 零 件 切 削 数 据 库 的 实 例 陈 维 克, 范 微 微, 李 忠 群 ( 湖 南 工 业 大 学 机 械 工 程 学 院, 湖 南 株 洲 42007) 摘 要 : 针 对 大 型 数 控 机 床 主 要 零 件 切 削 数 据 库, 提 出 了 基 于 STEP-NC 的 实 例 方 案, 给 出 了 属 性 和 顺 序, 并 且 通 过 实 例 示 例, 验 证 了 基 于 STEP-NC 的 大 型 数 控 机 床 主 要 零 件 切 削 数 据 库 实 例 的 可 行 性 关 键 词 :STEP-NC; 大 型 数 控 机 床 ; 切 削 数 据 库 ; 实 例 中 图 分 类 号 :TP3.3;TG659 文 献 标 志 码 :A 文 章 编 号 : (204) The Example Code of Large NC Machine Main Parts Cutting Database Based on STEP-NC Chen Weike,Fan Weiwei,Li Zhongqun (School of Mechanical Engineering,Hunan University of Technology,Zhuzhou Hunan 42007,China) Abstract:Aimed at the large NC machine main parts cutting database, the example coding scheme based on STEP-NC was proposed. The encoding attributes and encoding sequence were presented. And through the example code cases, the feasibility of the STEP-NC-based example coding of large NC machine main parts cutting database was verified. Keywords:STEP-NC;large NC machine; cutting database;example code 0 引 言 实 例 是 实 现 实 例 推 理 需 要 研 究 的 主 要 问 题 之 一, 实 例 推 理 的 执 行 速 度 与 实 例 息 息 相 关, 实 [-2] 例 方 式 的 选 择 将 直 接 影 响 实 例 推 理 的 实 用 性 合 适 的 实 例 方 式, 对 于 基 于 国 家 科 技 重 大 专 项 子 课 题 汉 川 机 床 采 用 国 产 数 控 系 统 加 工 大 型 机 床 零 件 应 用 示 范 工 程 的 数 控 机 床 主 要 零 件 切 削 数 据 库 系 统 的 开 发, 以 及 基 于 实 例 推 理 的 切 削 数 据 库 智 能 化 的 实 现 具 有 重 要 意 义 STEP-NC 是 一 个 新 型 NC 编 程 数 据 接 口 国 际 标 准, 其 定 义 的 AP238 应 用 协 议 直 接 面 向 零 件 的 制 造 特 征 ( 如 平 面 孔 腔 等 ) 进 行 编 程, 且 提 供 统 一 的 标 准 数 据 模 型, 来 规 范 计 算 机 辅 助 设 计 (computer aided design, CAD) 计 算 机 辅 助 制 造 (computer aided manufacturing, CAM) 计 算 机 辅 助 工 艺 过 程 设 计 (computer aide process planning, CAPP) 与 计 算 机 数 字 控 制 机 床 (computer numerical control, CNC) 之 间 收 稿 日 期 : 基 金 项 目 : 国 家 自 然 科 学 基 金 资 助 项 目 (537560), 国 家 科 技 重 大 专 项 基 金 资 助 项 目 (202ZX040-0) 作 者 简 介 : 陈 维 克 (964-), 男, 浙 江 东 阳 人, 湖 南 工 业 大 学 教 授, 博 士, 主 要 从 事 数 字 化 制 造 和 传 感 网 络 方 面 的 教 学 与 研 究, chenweike@2cn.com 通 信 作 者 : 范 微 微 (990-), 女, 安 徽 蚌 埠 人, 湖 南 工 业 大 学 硕 士 生, 主 要 研 究 方 向 为 切 削 数 据 库, fanweiwei203@26.com

2 28 湖 南 工 业 大 学 学 报 204 年 的 传 递 和 数 据 交 换, 从 而 实 现 制 造 业 上 下 游 之 间 的 无 缝 连 接, 加 速 了 计 算 机 集 成 制 造 系 统 的 开 发 [3-5] 基 于 STEP-NC 的 数 控 加 工 程 序 工 艺 描 述 部 分 包 括 了 所 有 工 步 的 详 细 参 数, 如 刀 具 特 征 机 床 和 加 工 方 法 等 本 文 将 STEP-NC 技 术 运 用 于 大 型 数 控 机 床 主 要 零 件 切 削 数 据 库 的 实 例 上, 研 究 该 方 式 在 基 于 实 例 推 理 的 切 削 数 据 库 中 的 可 行 性, 以 期 为 实 例 推 理 寻 找 适 合 的 方 式 大 型 数 控 机 床 主 要 零 件 切 削 数 据 库. 切 削 数 据 库 中 的 大 型 数 控 机 床 零 件 机 床 主 机 是 数 控 机 床 的 主 体, 是 在 数 控 机 床 上 自 动 完 成 各 种 切 削 加 工 的 机 械 部 分, 它 包 括 床 身 底 座 滑 座 立 柱 工 作 台 主 轴 箱 刀 架 及 自 动 换 刀 装 置 等 机 械 部 件 [7-8] 这 些 零 部 件 的 材 料 加 工 方 式 工 艺 特 征 等 各 不 相 同 本 文 根 据 数 控 机 床 上 主 要 零 件 ( 主 轴 箱 立 柱 滑 座 工 作 台 ) 的 外 在 特 征, 分 类 定 义 了 各 零 件 的 特 征 量, 以 便 于 零 件 的 查 找 归 类 表 为 定 义 的 大 型 数 控 机 床 主 要 零 件 的 加 工 特 征 和 特 征 参 量 表 Table 数 控 机 床 主 要 零 件 主 轴 箱 滑 座 立 柱 工 作 台 大 型 数 控 机 床 主 要 零 件 的 加 工 特 征 和 特 征 参 量 The machining-features and feature-parameters of the large NC machine main parts 加 工 特 征 腔 孔 平 面 T 型 槽 平 面 孔 几 何 特 征 参 量 侧 面 底 面 内 壁 外 壁 表 面 侧 面 底 面 表 面 内 壁 外 壁 特 征 参 量 特 征 参 量 长 宽 深 内 直 径 外 直 径 长 宽 槽 口 宽 槽 底 宽 槽 底 高 深 长 宽 深 内 直 径 外 直 径.2 大 型 数 控 机 床 主 要 零 件 切 削 数 据 库 的 组 成 图 为 切 削 数 据 库 实 体 - 联 系 (entity relationship, E-R) 图 该 切 削 数 据 库 中, 每 个 实 体 都 有 其 对 应 的 属 性 参 量, 如 图 2~3 即 为 相 应 实 体 的 E-R 图 Fig. 3 大 型 数 控 机 床 主 要 零 件 切 削 数 据 库 包 括 以 下 实 体 : 零 件 工 件 材 料 加 工 要 求 加 工 方 法 刀 具 机 床 切 削 参 数 和 切 削 液 当 用 户 在 数 控 机 床 主 要 零 件 切 削 数 据 库 的 输 入 界 面 给 出 零 件 加 工 要 求 及 工 件 材 料 的 信 息 后, 该 数 据 库 将 运 用 实 例 推 理 技 术, 匹 配 得 到 相 应 的 零 件 加 工 方 案, 加 工 方 案 包 括 刀 具 机 床 切 削 液 加 工 方 法 及 切 削 参 数 的 信 息, 在 输 出 界 面 给 出 2 面 向 大 型 机 床 主 要 零 件 的 STEP- NC 数 据 模 型 STEP-NC 定 义 了 一 种 面 向 特 征 的 数 据 模 型 作 为 CNC 的 输 入, 即 STEP-NC 数 据 模 型 STEP-NC 数 据 模 型 中 包 含 了 加 工 工 件 的 所 有 任 务, 其 基 本 原 理 是 基 于 制 造 特 征 进 行 编 程 STEP-NC 数 据 模 型 由 一 系 列 加 工 任 务 组 成, 描 述 工 件 从 毛 坯 到 最 终 成 品 零 件 的 所 有 操 作, 内 容 涉 及 工 件 三 维 几 何 信 息 刀 具 信 息 制 造 特 征 及 工 艺 信 息 [5] STEP-NC 数 据 模 型 还 可 从 工 件 属 性 刀 具 路 径 属 性 中 提 取 工 件 几 何 特 征 量 制 造 特 征 量 和 刀 具 几 何 信 息, 并 将 其 反 馈 到 加 工 规 划 部 门 本 文 根 据 某 汉 川 机 床 厂 具 体 加 工 工 艺 及 图 纸 信 息, 结 合 研 究 课 题 中 的 大 型 机 床 主 要 零 件 的 特 征, 给 出 了 如 图 4 所 示 的 面 向 大 型 机 床 主 要 零 件 的 STEP- NC 数 据 模 型 图 3 工 件 材 料 E-R 图 E-R diagram for the workpiece material Fig. 图 切 削 数 据 库 E-R 图 E-R diagram for cutting database 图 4 大 型 机 床 主 要 零 件 的 STEP-NC 数 据 模 型 Fig. 4 STEP-NC data model of the large machine main parts Fig.2 图 2 加 工 要 求 E-R 图 E-R diagram for processing requirements 该 数 据 模 型 直 观 地 体 现 了 大 型 机 床 主 要 零 件 的 具 体 零 件 特 征 ( 腔 槽 孔 平 面 ), 在 整 体 加 工 过 程 中 的 加 工 要 求 以 及 受 零 件 特 征 间 接 影 响 的 加 工 操

3 第 6 期 陈 维 克, 等 基 于 STEP-NC 的 大 型 数 控 机 床 主 要 零 件 切 削 数 据 库 的 实 例 29 作, 每 个 加 工 操 作 都 涉 及 刀 具 机 床 切 削 液 切 削 参 数 加 工 方 法 等 信 息 3 STEP-NC 实 例 实 例 是 为 了 实 现 实 例 的 快 速 检 索, 如 何 全 面 合 理 地 选 取 属 性 是 实 例 的 关 键 本 文 在 原 始 STEP-NC 数 据 模 型 的 基 础 上, 针 对 大 型 机 床 主 要 零 件, 并 结 合 企 业 实 际 情 况, 建 立 了 如 图 4 所 示 的 大 型 机 床 主 要 零 件 的 STEP-NC 数 据 模 型 根 据 面 向 大 型 机 床 主 要 零 件 的 STEP-NC 数 据 模 型, 选 取 切 削 数 据 库 中 主 要 实 体 ( 包 括 工 件 材 料 零 件 加 工 要 求 加 工 方 法 机 床 刀 具 切 削 用 量 切 削 液 ) 对 应 的 各 属 性 构 成 实 例 的 内 容, 提 出 了 基 于 STEP-NC 的 实 例 方 案 3. 实 例 的 属 性 内 容 及 顺 序 在 需 要 的 实 例 属 性 中, 各 属 性 均 采 用 数 字 方 式, 即 位 可 有 0 种 选 择,2 位 即 有 0 2 种 选 择 表 2 为 各 实 体 的 属 性 及 每 种 属 性 的 由 表 2 可 知, 每 个 实 例 由 25 位 代 码 组 成, 且 每 个 实 例 的 顺 序 如 图 5 所 示 Table2 工 件 材 料 材 料 类 别 材 料 牌 号 材 料 硬 度 抗 拉 强 度 机 床 型 号 主 轴 转 速 2 表 2 各 实 体 属 性 及 其 Each entity attribute and its coding digit 零 件 加 工 部 位 加 工 特 征 几 何 特 征 特 征 刀 具 刀 具 材 料 Fig.5 图 5 各 实 体 属 性 的 具 体 内 容 如 下 3 加 工 要 求 精 度 表 面 粗 糙 度 热 处 理 切 削 液 切 削 液 实 例 顺 序 Example coding sequence 切 削 用 量 材 料 类 别 :0 灰 铸 铁, 其 他 铸 铁 ; 材 料 牌 号 :0 HT50, HT200,2 HT225, 3 HT250,4 HT275,5 HT300,6 HT350; 材 料 硬 度 :0 25~205, 50~230,2 70~240, 3 80~250,4 90~260,5 90~220,6 200~275, 2 加 工 方 法 切 削 速 度 切 削 深 度 进 给 速 度 加 工 方 法 7 220~290; 最 小 抗 拉 强 度 :0 50, 200,2 225,3 250,4 275,5 300,6 350; 加 工 部 位 :0 顶 面, 底 面,2 左 侧 面,3 右 侧 面,4 正 面,5 背 面 ; 孔 ; 加 工 特 征 :0 腔, T 型 槽,2 平 面,3 几 何 特 征 参 量 :0 侧 面, 底 面,2 表 面, 3 孔 内 壁,4 孔 外 壁 ; 特 征 参 量 :0 长 度, 宽 度,2 深 度, 3 槽 口 宽,4 槽 底 宽,5 槽 底 高,6 外 圆 直 径, 7 内 圆 直 径 ; 加 工 精 度 :0 低 精 度 (IT3~IT), 中 低 精 度 (IT0~IT9),2 中 高 精 度 (IT8~IT7),3 高 精 度 (IT6~IT5), 4 特 精 密 精 度 (IT4~IT2); 表 面 粗 糙 度 :0 第 一 类 (25, 2.5), 第 二 类 ( 6.3, 3.2), 2 第 三 类 (.6, 0.8), 3 第 四 类 ( 0.4, 0.2), 3 第 四 类 ( <0.2); 加 工 : 见 表 3; 热 处 理 状 态 :0 退 火, 正 火,2 淬 火,3 回 火,4 调 质 ; 加 工 方 法 :0 铣 削, 车 削,2 钻 销,3 磨 削,4 镗 削,5 铰 销 ; 机 床 型 号 : 见 表 4; 主 轴 转 速 :0 50~500, 50~ 000,2 00~2 000,3 2 00~3 000,4 >3 000; 刀 具 材 料 :0 碳 素 工 具 钢, 合 金 工 具 钢, 2 高 速 钢,3 硬 质 合 金,4 陶 瓷,5 ( 聚 晶 ) 金 刚 石,6 ( 聚 晶 ) 立 方 氮 化 硼 ; : 见 表 5; 切 削 速 度 :0 低 (0~50), 中 ( 5~00), 2 高 (>00); 切 削 深 度 :0 小 (0.2~), 中 ( 2~0), 2 大 (>0); 进 给 速 度 :0 0~00, 0~999,2 000~500; 切 削 液 :0 水 溶 液, 乳 化 液,2 切 削 油, 3 不 使 用 ~0 ~20 2~50 表 3 Table ~00 0~300 30~500 加 工 Processing size coding ~800 80~ ~ ~ ~2 500

4 30 湖 南 工 业 大 学 学 报 204 年 表 4 Table 4 机 床 型 号 HGMC636R HGMC630R HGMC630R/ HGMC225R/I HGMC225R/III 表 5 Table 5 63 方 肩 铣 刀 80 方 肩 铣 刀 00 方 肩 铣 刀 25 方 肩 铣 刀 63 粗 铣 方 肩 铣 刀 63 精 铣 方 肩 铣 刀 80 精 铣 方 肩 铣 刀 25 精 铣 立 铣 刀 40 粗 铣 立 铣 刀 50 粗 铣 立 铣 刀 00 精 铣 面 铣 刀 3.2 实 例 示 例 机 床 型 号 Machine type coding Tool name coding 图 6 为 某 型 号 立 式 加 工 中 心 的 立 柱, 机 加 工 工 艺 主 要 是 完 成 此 零 件 各 平 面 的 铣 削 以 及 零 件 上 各 孔 的 加 工, 现 以 该 立 柱 零 件 为 例, 立 柱 背 面 定 位, 按 线 找 正, 立 柱 的 底 孔 A 和 导 轨 面 B 由 厂 商 提 供 的 零 件 图 纸 加 工 参 数 及 刀 具 清 单 可 知, 立 柱 的 工 件 材 料 材 质 为 HT300, 硬 度 为 HB90~HB 机 床 型 号 HPBC6 HPBC320 TK64B Z 粗 铣 面 铣 刀 25 精 铣 面 铣 刀 60 面 铣 刀 3 钻 头 4.2 钻 头 5 钻 头 6.7 钻 头 25.4 钻 头 26 钻 头 长 525mm, 宽 5mm, 主 轴 转 速 为 500r/min, 进 给 速 度 为 300mm/min, 由 式 () 可 得 切 削 速 度 V c =98.9m/min 导 轨 面 B 特 征 参 量 为 长 度 时, 实 例 为 : ; 导 轨 面 B 特 征 参 量 为 宽 度 时, 实 例 为 : 例 2: 加 工 底 孔 A, 使 用 Z3080 钻 床, 以 26 钻 头 在 底 面 钻 8 个 26 通 孔, 表 面 粗 糙 度 为 2.5, 孔 深 为 50 mm, 主 轴 转 速 为 280 r/min, 进 给 速 度 为 85 mm/min, 代 入 式 (), 则 V c = m/min 底 孔 A 特 征 参 量 为 深 度 时, 实 例 为 : ; 底 孔 A 特 征 参 量 为 内 圆 直 径 时, 实 例 为 : 上 述 示 例 采 用 基 于 STEP-NC 的 实 例 方 案, 完 成 了 对 实 际 零 件 的 并 给 出 了 值 根 据 该 方 案 对 大 型 机 床 基 础 零 件 进 行, 内 容 可 以 涵 盖 零 件 的 各 加 工 属 性, 在 切 削 数 据 库 中 即 可 用 零 件 对 应 的 值 完 整 地 表 示 该 零 件, 验 证 了 基 于 STEP-NC 的 方 案 可 以 较 好 地 应 用 于 大 型 机 床 主 要 零 件 切 削 数 据 库 中 4 结 语 本 文 在 传 统 STEP-NC 数 据 模 型 的 基 础 上, 针 对 大 型 机 床 主 要 零 件, 并 结 合 企 业 的 实 际 加 工 工 艺, 给 出 了 针 对 大 型 机 床 主 要 零 件 的 STEP-NC 数 据 模 型, 确 定 了 需 的 属 性, 提 出 了 基 于 STEP-NC 的 实 例 方 案 同 时, 描 述 了 该 方 案 的 属 性 内 容 及 编 码 顺 序, 并 举 例 给 出 了 的 几 组 实 例, 验 证 了 基 于 STEP-NC 的 方 式 适 用 于 切 削 数 据 库 实 例 推 理, 而 且 对 实 现 实 例 的 快 速 检 索 加 快 实 例 推 理 的 执 行 速 度 等 均 具 有 重 要 意 义 参 考 文 献 : 图 6 某 立 柱 的 三 维 模 型 Fig. 6 A post 3D model 切 削 速 度, () 式 中 : 是 圆 周 率, 取 3.4;D 为 刀 具 直 径,mm;n 为 主 轴 转 速,r/min 例 : 加 工 导 轨 面 B 时,B 位 于 正 面, 加 工 特 征 为 平 面, 使 用 HGMC225R/III 铣 床, 选 用 63 精 铣 方 肩 铣 刀, 要 求 导 轨 面 表 面 粗 糙 度 为.6, 待 铣 导 轨 面 [] 夏 晓 林. 基 于 实 例 推 理 的 基 本 理 念 [J]. 辽 宁 大 学 学 报 : 自 然 科 学 版,2003,30() : Xia Xiaolin. The Basic Conception Based on Case-Based Reasoning[J]. Journal of Liaoning University:Natural Sciences Edition,2003,30() : [2] 张 艳, 钟 诗 胜, 李 江. 实 例 推 理 的 可 拓 方 法 及 其 应 用 [J]. 吉 林 大 学 学 报 : 工 学 版,2009,39(2) : Zhang Yan,Zhong Shisheng,Li Jiang. Extension Methods in Case-Based Reasoning and Applications[J]. Journal of Jilin University:Engineering and Technology Edition,2009,39

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