2、基于专家系统的铣刀与切削参数选择

基于专家系统的铣刀与切削参数选择

1. 引言

机械加工，尤其是铣削操作，是从工件上去除材料的过程。如今，铣削操作需要提高生产率、降低成本并改善最终产品质量。本文提出了通过专家系统从已知候选刀具中选择合适的铣刀，并获取铣削操作的适当切削参数的概念。

在制造环境中，基于专家系统设计有多种刀具和/或切削参数选择方法。例如，Wong和Hamouda开发了在线模糊专家系统；Cemar Cakir等人解释了基于经验规则的模具操作专家系统；Vidal等人专注于金属去除过程中制造路线的选择；Carpenter和Maropoulus设计了为一系列铣削操作提供可靠刀具选择和切削数据的系统。

本文开发的专家系统考虑了刀具和工件之间的相对柔度，通过解析方法进行预测，并在时域和频域进行了铣削过程模拟。首先定义了知识库，确定了给定刀具 - 工件配置下的允许切削参数空间，基于避免颤振振动和主轴功率限制准则。同时，设计了一种新颖的刀具成本函数，用于从候选刀具中选择合适的刀具。选择刀具后，根据给定的刀具配置获取切削参数。

2. 系统描述

2.1 动力学模型

开发了一个表示铣削过程中刀具和工件之间动态柔度的模型，假设刀具具有两个正交自由度，工件为刚性，进给沿x轴。铣刀有$t_n$个均匀分布的齿，系统动力学由以下微分方程表示：
[
\begin{cases}
m_x\ddot{x}+c_x\dot{x}+k_xx = \sum_{j = 0}^{n - 1}f_{xj}\
m_y\ddot{y}+c_y\dot{y}+k_yy = \sum_{j = 0}^{n - 1}f_{yj}
\end{cas