2、铣刀与切削参数选择的专家系统解析

铣刀与切削参数选择的专家系统解析

1. 引言

在机械加工领域，铣削操作是去除工件材料的常用方法。如今，提高铣削操作的生产率、降低成本并改善最终产品质量是行业的重要目标。为实现这一目标，提出了通过专家系统从已知候选刀具中选择合适的铣刀，并确定适当切削参数的概念。

目前，基于制造环境中专家系统设计的刀具和/或切削参数选择方法有多种。例如，Wong和Hamouda开发了在线模糊专家系统，根据刀具类型、工件材料硬度和切削深度等输入控制切削参数；Cemar Cakir等人解释了基于经验规则的模具加工专家系统，考虑工件几何形状、材料、刀具材料和状态等输入提供刀具选择建议；Vidal等人专注于金属去除过程中制造路线的选择，通过考虑多种因素优化操作成本来选择切削参数；Carpenter和Maropoulus设计的系统采用基于规则的决策逻辑和多元回归技术，为一系列铣削操作提供可靠的刀具选择和切削数据。

这里开发的专家系统考虑了刀具与工件之间的相对柔度，并通过解析方法进行预测。同时，在时域和频域进行了铣削过程模拟，用于专家系统的定义。该系统的知识库基于避免颤振振动和主轴功率限制标准，定义了给定刀具 - 工件配置下的允许切削参数空间。此外，设计了一种新颖的刀具成本函数，综合考虑主轴功率消耗、材料去除率（MRR）以及对主轴速度变量可能扰动的稳定性标准。

2. 系统描述

开发了一个表示铣削过程中刀具与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轴方向。铣刀有$t_n$个均匀分布的齿，系统动力学由以下微分方程描述：
$\begin{cases}
m_x\ddot{x}+c_x\dot{x}+k_x x=\sum_{j