[發(fā)明專利]高速銑刀跨尺度設(shè)計方法及銑刀

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201010032468.0
• 申請日: 2010-01-14
• 公開（公告）號: CN102126043A
• 公開（公告）日: 2011-07-20
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 姜彬;鄭敏利
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱理工大學(xué)
• 主分類號: B23C5/00
• 分類號: B23C5/00
• 代理公司: 哈爾濱東方專利事務(wù)所 23118
• 代理人: 陳曉光

技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明涉及一種高速銑刀及設(shè)計方法，具體涉及一種高速銑刀安全性介觀結(jié)構(gòu)域、宏觀結(jié)構(gòu)域和功能域之間映射變換和跨尺度關(guān)聯(lián)設(shè)計方法。

背景技術(shù)：

在高速銑刀設(shè)計與安全性評價方面，由于內(nèi)外擾動因素的存在和認知水平的局限，所得到的信息具有模糊性和不確定性。

高速銑刀安全性衰退是在非線性多強場交互與耦合作用下，由微觀結(jié)構(gòu)變化和微觀缺陷成核，到宏觀尺度改變與變形缺陷形成，直至發(fā)生斷裂破壞的演變過程。目前，由于缺乏對刀具材料微觀結(jié)構(gòu)與宏觀結(jié)構(gòu)、性能之間內(nèi)在聯(lián)系的研究、它們在多強場作用下演變行為無法進行定量描述，新型高速銑刀設(shè)計與開發(fā)缺乏科學(xué)依據(jù)。

發(fā)明內(nèi)容：

本發(fā)明提供一種基于力連接的高速銑刀安全性連續(xù)介質(zhì)-分子動力學(xué)關(guān)聯(lián)設(shè)計方法，為具有優(yōu)良動態(tài)服役性能的高速銑刀優(yōu)化設(shè)計提供理論依據(jù)和基礎(chǔ)設(shè)計數(shù)據(jù)。

上述的目的通過以下的技術(shù)方案實現(xiàn)：

高速銑刀跨尺度設(shè)計方法，該方法包括如下步驟：

(1)構(gòu)建高速銑刀安全性衰退行為特征模型；

(2)采用高速銑刀安全穩(wěn)定性設(shè)計模型，進行高速銑刀開發(fā)，結(jié)合高速銑削試驗，獲取高速銑削過程中銑刀結(jié)構(gòu)、材料和切削參數(shù)對銑刀組件安全穩(wěn)定性影響相關(guān)數(shù)據(jù)；

(3)采用灰色關(guān)聯(lián)分析方法，建立高速銑刀安全性衰退行為特征模型設(shè)計矩陣，表征銑刀設(shè)計參數(shù)與安全性衰退之間的關(guān)系；

(4)研究應(yīng)力、應(yīng)變對高速銑刀組件晶面解理、位錯運動與位錯形核、微裂紋擴展、晶界遷移影響，采用灰色聚類分析方法，建立高速銑刀介觀層次安全性模型；

(5)在給定外力邊界條件下研究高速銑刀組件宏觀力學(xué)特性和介觀力學(xué)特性，通過連續(xù)介質(zhì)-分子動力學(xué)特性“之字形”影射，實現(xiàn)基于力連接的高速銑刀跨尺度關(guān)聯(lián)。

一種所述的安全性高速銑刀，其組成包括：刀柄及其連接的刀頭，通過對銑刀前角、主偏角、刀齒間角、銑刀齒數(shù)、銑刀直徑、剛度矩陣、質(zhì)量矩陣和動平衡精度參數(shù)系列高速銑刀宏觀/介觀結(jié)構(gòu)參數(shù)和材料選擇，在介觀結(jié)構(gòu)域、宏觀結(jié)構(gòu)域和功能域之間進行“之字形”映射變換，設(shè)計矩陣轉(zhuǎn)換和功能耦合度量化評估，并通過高速銑刀安全性宏觀/介觀安全性模型與關(guān)聯(lián)設(shè)計矩陣，對其宏觀/介觀結(jié)構(gòu)同步關(guān)聯(lián)演化過程進行直觀表達的方式優(yōu)化參數(shù)得到的銑刀。

本發(fā)明的有益效果：

1.本發(fā)明以實現(xiàn)高速銑刀安全、穩(wěn)定、高效切削為目標，溝通與整合介觀/宏觀層次理論，提出基于力連接的高速銑刀安全性連續(xù)介質(zhì)-分子動力學(xué)關(guān)聯(lián)分析方法；建立原子群運動和宏觀連續(xù)介質(zhì)運動的耦合匹配關(guān)系，揭示高速銑刀安全性衰退機理；提出介觀結(jié)構(gòu)域、宏觀結(jié)構(gòu)域和功能域之間映射變換方法，形成高速銑刀跨尺度關(guān)聯(lián)設(shè)計技術(shù)，為高速刀具設(shè)計增添新方法。

2.本發(fā)明以解決高速銑刀安全性動態(tài)衰退問題，實現(xiàn)安全、穩(wěn)定、高效切削為目標，建立高速銑刀原子群運動和連續(xù)介質(zhì)運動的耦合匹配關(guān)系，通過在介觀結(jié)構(gòu)域、宏觀結(jié)構(gòu)域和功能域之間進行“之字形”映射變換，設(shè)計矩陣轉(zhuǎn)換和功能耦合度量化評估，實現(xiàn)安全性衰退行為的定量描述，突破目前對高速銑刀安全性衰退認識的局限，為高速銑刀材料設(shè)計提供新方法；將連續(xù)介質(zhì)-分子動力學(xué)關(guān)聯(lián)方法引入高速銑刀公理設(shè)計中，并延伸發(fā)展至高速銑刀底層功能優(yōu)化設(shè)計中，實現(xiàn)高速銑刀安全性跨尺度關(guān)聯(lián)設(shè)計。

附圖說明：

附圖1是高速銑刀功能分解圖。

附圖2是高速銑刀安全穩(wěn)定性測試實驗結(jié)果。圖中：橫坐標為銑刀測試點數(shù)，縱坐標為銑刀測試點位移(mm)，系列1為轉(zhuǎn)速5000rpm條件下銑刀位移曲線，系列2為轉(zhuǎn)速16000rpm條件下銑刀位移曲線。

附圖3是高速銑刀安全穩(wěn)定性功能分解圖，圖中：P_21i和P_22i分別為影響銑刀切削振動和穩(wěn)定性的銑刀前角、主偏角、刀齒間角、銑刀齒數(shù)、銑刀直徑、剛度矩陣、質(zhì)量矩陣和動平衡精度等。

附圖4是高速銑刀介觀層次安全性功能分解圖。

附圖5是高速銑刀宏觀/介觀層次力學(xué)特性關(guān)聯(lián)模型。

附圖6高速銑刀宏觀/介觀層次結(jié)構(gòu)關(guān)聯(lián)模型。

附圖7高速銑刀安全穩(wěn)定性測試結(jié)果。圖中：橫坐標為銑刀測試點數(shù)，縱坐標為銑刀測試點位移(mm)，系列1為采用跨尺度關(guān)聯(lián)設(shè)計方法開發(fā)的高速銑刀振動位移實驗曲線，系列2為采用宏觀特性分析方法開發(fā)的高速銑刀振動位移實驗曲線。

具體實施方式：

實施例1：

高速銑刀跨尺度設(shè)計方法，該方法包括如下步驟：

1.高速銑刀安全穩(wěn)定性設(shè)計模型建立。