基于切削大数据的刀具全工艺流程寿命模型及其在数控系统中的融合

This proposal focus on wear quantitative description of high strength stainless steel and nickel-based superalloy high-speed milling cutter and cutting parameter optimization in the whole process cutting environment. The wear or breakage improvement process of high-speed milling cutter and the composite characteristic and time-varying characteristic of different tool wear mechanism will be studied. To establish the mapping relationship model among the macro and micro geometric structure of high-speed milling cutter and cutter life, and the mapping relationship model between cutter wear and basic cutting physical data. Then the whole process cutter life model will be established. Based on the whole process cutter life model ,a new method of cutting parameter adaptive optimized for high efficient and high quality work piece machining will be put forward. Study cloud CNC service platform based on cutting big data and establish cutting data base and big data analysis engine. Study the instruction domain based merge method between whole process cutter life model and high performance domestic CNC system. To realize the CNC system functions of the cutter life management and cutting parameter adaptive optimization and validate the functions in the high performance work piece machining in aerospace and ship field. The project results will offer the technique support of cutter whole life scientific management and high efficient and high quality work piece machining for aerospace field , automotive field and power generation equipment field, and eventually realize intelligent manufacture.

项目围绕全工艺流程切削环境下高强度不锈钢和镍基高温合金高速铣削刀具磨损定量表征和切削参数优化问题。研究高速铣削刀具磨损破损发展进程与不同磨损机理复合性和时变特性，建立高速铣削刀具宏观几何结构和刀具微观几何结构与刀具寿命的映射关系模型，建立刀具磨损与切削基础物理数据间的映射关系模型，进而建立刀具全工艺流程寿命模型，并在此基础上提出基于刀具寿命模型的零件全工艺流程高效、高质量加工自适应工艺优化新方法；研究基于切削大数据的云数控服务平台，建立切削数据库及大数据分析引擎；研究基于指令域分析的刀具全工艺流程寿命模型在国产高性能数控系统中的融合方法，实现数控系统的刀具寿命管理及切削参数的自适应优化，并在航空航天、船舶等领域的高性能零件加工中进行应用验证。项目成果将为航空航天、汽车和发电装备等制造领域实现刀具全寿命周期科学管理和零件高效、高质量加工提供技术支撑，实现智能制造。

构建刀具全工艺流程切削数据库，建立基于切削大数据的刀具全工艺流程寿命模型，实现零件全工艺流程高效、高质量加工自适应优化，并与数控系统深度融合，对企业实现刀具全寿命周期科学管理和零件高效精密加工，具有重要意义。.本项目构建了刀具全工艺流程寿命模型，通过对高强度不锈钢和镍基高温合金高速铣削刀具磨损破损发展进程与不同磨损机理复合性和时变特性的研究，建立了基于切削大数据的刀具全工艺流程寿命模型，通过试验揭示了不同刀具磨损机理和特征，并将刀具磨损历程分为四个阶段。提出了回归模型融合的刀具磨损量预测模型，通过阈值和加权结合的融合策略集成智能回归算法，实现了刀具磨损量的准确预测。并在此基础上研究了基于刀具寿命模型的零件全工艺流程高效、高质量加工自适应工艺优化新方法。.开发了面向切削大数据的云数控服务平台，该平台实现了切削大数据的采集、传输、存储和管理以及切削大数据的清洗、分析、挖掘、查询、治理以及查询能力，满足不同量级切削大数据、不同计算性能要求场景的需求；采用基于HDFS分布式文件系统的数据共享平台，建立了切削大数据的流动、更新以及共享机制，实现了数据的公共可用性。.在刀具全工艺流程寿命模型和面向切削大数据的云数控服务平台研究的基础上，实现了刀具寿命模型与数控系统的深度融合，并在数控系统端开发了刀具寿命管理功能与基于刀具寿命模型与切削数据库的工艺参数优化软件，并实现了工程应用。