???1、引言

  

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??? 現(xiàn)代制造技術的發(fā)展及數(shù)控加工設備的廣泛使用，極大地推動了切削技術的進步。隨著生產(chǎn)加工過程數(shù)控化和自動化的需要，對金屬切削刀具提出了高可靠度、高精度、長壽命、快速轉(zhuǎn)位更換、斷屑良好等更高要求。自80年代以來，可轉(zhuǎn)位不重磨刀具已被各國廣泛應用，但是可轉(zhuǎn)位不重磨刀片及刀具CAD/CAM技術的應用和發(fā)展，使刀具結(jié)構設計及切削部分的形狀種類變得十分繁多，給機械加工和刀具設計人員合理選擇刀具帶來一定困難。同時，刀片型號的增加也給刀片采購和銷售帶來不便，為用戶快速、高效及正確選擇刀具增加困難。為使企業(yè)對市場需求迅速做出響應，在切削加工中，快速高效選擇刀具成為切削加工系統(tǒng)的客觀需求。根據(jù)不同加工特征，自動選擇所需刀具對實現(xiàn)高度自動化切削加工或無人加工具有十分重要的意義。

  

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??? 2、可轉(zhuǎn)位車刀結(jié)構

  

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??? 可轉(zhuǎn)位車刀為廣泛使用的機夾式刀具。它的幾何參數(shù)完全由刀片和刀槽來保證，不受工人技術水平的影響，因此切削性能穩(wěn)定，適合現(xiàn)代化大批量生產(chǎn)使用。以ISO標準為例，可轉(zhuǎn)位車刀由10個特征代號組成，其號位順序見表1。

  

  

??? 1號位表示車刀刀片的夾緊方式（P表示杠桿偏心式夾緊）；2號位表示車刀刀片形狀（T表示正三角形刀片）；3號位表示車刀頭部形狀（G表示90°偏頭外圓車刀）；4號位表示車刀刀片法后角（N表示其法后角為0°）；5號位表示車刀的切削方向（R表示右切）；6號位表示車刀的刀尖高度（20表示車刀刀尖高度為20mm）；7號位表示車刀的刀桿寬度（20表示車刀刀桿寬度為20mm）；8號位表示車刀的長度（K表示車刀長度為125mm）； 表示車刀刀片的邊長（16表示車刀刀片邊長為16.5mm）；10號位表示不同測量基準的精密級車刀（Q表示以車刀的外側(cè)面和后端面為測量基準的精密級車刀）。

  

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??? 3、基于加工特征的車刀選擇原則及方法

  

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?? （1） 車刀選擇原則

  

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??? 加工特征是指零件加工過程中與該加工工序相關的加工信息集成。如外圓車削特征可包括起始直徑（加工前的零件直徑）、最小完成直徑（零件加工后允許的最小直徑）、最大完成直徑（零件加工完后允許的最大直徑）、加工長度、刀尖圓弧半徑及工件剛度等特征參數(shù)，如圖1所示。

  

  

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??? 從圖1可以看出，加工特征能比較準確地描述工件的加工要求，而這些要求是選定機床、夾具、刀具及其工藝參數(shù)的前提。由于每種加工特征都需輸入多個特征參數(shù)，為使刀具選擇變得簡捷方便，這里只對各種加工特征進行定性描述。根據(jù)起始直徑和零件加工完成直徑值將車削加工分為粗加工（半精加工）和精加工兩類，根據(jù)零件剛度將其分為剛度高和剛度低兩類。綜合上述要求，將外圓車削加工分為以下四種加工特征：①車削外圓（粗切或半精切，剛度高）；②車削外圓（粗切或半精切，剛度低）；③車削外圓（精切或半精切，剛度高）；④車削外圓（精切或半精切，剛度低）。

  

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??? 根據(jù)上述定性描述的加工特征來選擇刀具。例如，加工特征為車削外圓（粗切或半精切，剛度高）時，因粗加工或半精加工主要是切除多余金屬，切削力較大，故應選擇穩(wěn)固的刀片夾緊方式，刀尖角盡可能選擇大一些，以增加刀尖強度。由于減小主偏角會導致徑向分力Fy增大，當工藝系統(tǒng)的剛度較強時，可適當減小刀具主偏角。小的刀具主偏角能夠增加參與切削的切削刃長度，減少單位長度切削刃的負荷，從而提高刀具的使用壽命。

  

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??? 通過上述分析及實際生產(chǎn)調(diào)研，我們確定了9種車削加工特征。這9種車削加工特征與刀具代號的對應關系初步確定見表2。

  

  

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?? （2） 刀具選擇方法

  

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??? 根據(jù)用戶選擇的夾緊方式確定刀具的第一號位，再根據(jù)第一號位進行第一次選擇，將符合所選夾緊方式的刀具全部選出來，程序?qū)⒃诖舜魏Y選的基礎上確定第二、三、四位的代號。當用戶選擇了加工特征后，根據(jù)表中的選擇原則，對二、三、四位的相同號位進行“或”運算，不同號位進行“和”運算，從而確定刀具的前四位代號?這樣就可根據(jù)所確定的刀具代號從刀具數(shù)據(jù)庫中選擇出符合加工特征要求的刀具。

  

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??? 4、車刀選擇系統(tǒng)的實現(xiàn)

  

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?? （1）基礎理論及關鍵技術

  

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??? 系統(tǒng)的實現(xiàn)采用面向?qū)ο蟮腣isual C++編程語言，發(fā)揮了Windows編程的強大功能和知識獲取方面的潛力。系統(tǒng)的推理機制采用正向推理，由人機接口接受用戶輸入的信息，以此為初始前提向知識庫和數(shù)據(jù)庫提出請求，激發(fā)相應的專家知識和經(jīng)驗，交由推理機進行推理，如果產(chǎn)生合適的結(jié)果，將結(jié)果傳給優(yōu)化模塊進行優(yōu)化，用戶界面所顯示結(jié)果為最終的優(yōu)化結(jié)果。

  

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?? （2）功能簡介與系統(tǒng)實現(xiàn)

  

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??? 用戶根據(jù)加工方法和加工特征選取合適的項目，可觸發(fā)程序知識庫中的特定規(guī)則，這些規(guī)則包含了大量的專家經(jīng)驗，由此進行正向推理。考慮到用戶的選擇余地，給出滿足用戶條件的一系列刀具牌號，并輔以適當?shù)臈l目解釋，用戶可根據(jù)自己的需求選擇適當?shù)牡毒摺Ｅc各種刀具型號相關的詳細信息存儲在程序刀具庫中，用戶選定一種刀具的同時也可觸發(fā)數(shù)據(jù)庫中的相關規(guī)則，并為下一步的推理準備前提條件。

  

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?? （3）運用實例

  

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??? 用戶首先在優(yōu)化主界面選擇車床型號、刀具夾固形式和工件加工特征，刀具選擇模塊可根據(jù)用戶所選擇的刀具夾固形式，從刀具數(shù)據(jù)庫中尋找符合條件的所有刀具代號。例如，選刀片夾固形式為P，系統(tǒng)根據(jù)用戶所選擇的工件加工特征，從已選好的符合用戶所選夾固形式的刀具代號中再選取符合工件加工特征的刀具代號，最后系統(tǒng)將從刀具數(shù)據(jù)庫中選取符合條件的所有刀具代號，并列入刀具選擇模塊的刀具選擇對話框的列表框中，如圖3a所示。當用戶在該對話框的列表框中選取最佳刀具代號后，在其右側(cè)會出現(xiàn)刀具代號的解釋，如圖3b所示。在主界面中可以通過工具菜單下的刀具解釋器來了解刀具型號的詳細信息。

  

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??? 由此，基于加工特征的刀具選擇模塊已初步建立起來，在此基礎上可以根據(jù)各廠的實際生產(chǎn)需要對專家知識庫進行完善。同時，刀具選擇模塊的建立為數(shù)控加工工藝參數(shù)優(yōu)化專家系統(tǒng)的建立準備了前提條件。

  

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??? 5、結(jié)語

  

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??? 針對現(xiàn)代機械加工中切削刀具種類的復雜繁多，為實現(xiàn)刀具牌號的快速自動查詢，設計建立了基于加工特征的刀具選擇系統(tǒng)。它可對目前切削加工中經(jīng)常出現(xiàn)的各種特征進行分析，優(yōu)化總結(jié)出幾種適合普通生產(chǎn)需求的基本特征，并對不同加工特征制定出相應的推理規(guī)則，根據(jù)用戶所選刀具的不同加工特征，觸發(fā)相應的推理規(guī)則，從而選擇出加工所需的刀具。

  

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??? 刀具選擇系統(tǒng)的建立實現(xiàn)了在切削加工中對刀具進行快速選擇，減少人工查詢操作，節(jié)約了勞動時間，提高了生產(chǎn)效率。