[發明專利]高速銑刀安全可靠性分析評價方法

有效

• 申請號: 201110420666.9
• 申請日: 2011-12-15
• 公開（公告）號: CN102564884A
• 公開（公告）日: 2012-07-11
• 發明（設計）人: 姜彬;鄭敏利;夏丹華
• 申請（專利權）人: 哈爾濱理工大學
• 主分類號: G01N3/58
• 分類號: G01N3/58
• 代理公司: 哈爾濱東方專利事務所 23118
• 代理人: 陳曉光

技術領域：

發明涉及一種用于高速銑刀加工領域；具體涉及一種高速銑刀安全可靠性分析與評價方法。

背景技術：

按GB3187-82的規定，刀具在規定的條件下和規定的時間內，完成規定功能的能力稱為刀具的可靠性。刀具的可靠性直接關系到切削過程的安全性，如果不能有效控制刀具可靠性，輕則產生廢品、損壞機床與設備，重則造成人員傷亡。

高速銑刀切削過程中承受著較大的切削力和離心力載荷，尤其是切削高硬度淬硬鋼等工件材料時，存在較大的沖擊和能量的聚集。在此條件下，進行高速、高效切削加工，如不能及時預報和識別銑刀在周期性沖擊應力作用下產生的破壞性危險，其后果是銑刀安全可靠性迅速下降，不僅無法保證加工精度和加工表面質量，而且直接導致銑刀失效，引發多種安全性問題。

現有的高速銑刀安全可靠性分析主要采用可靠度方法，它依托于大量的刀具失效實驗，局限于度量批量刀具的平均可靠性，適用于對批量刀具的平均安全可靠性分析和評價，或者用于刀具可靠性篩選試驗，通常不能評價某一把刀具在特定工藝條件下的安全可靠性。目前，對于單個刀具安全性評價，主要依據ISO15641標準，通過銑刀空轉實驗，分析、判定導致銑刀發生永久性變形和破壞性斷裂的離心力條件，該方法無法預報和控制高速銑削淬硬鋼復雜曲面過程中切削載荷突變引起的銑刀安全可靠性動態演變過程，動態切削力與離心力共同作用條件下銑刀安全可靠性評價存在模糊性和不確定性。

已有的高速銑刀安全可靠性分析方法采用的是試驗與數理統計相結合的方法，適用于評價批量刀具的平均可靠度；單個刀具安全性則主要通過空轉實驗獲得銑刀永久性變形和破壞性斷裂的最高轉速進行控制，沒有考慮工件特征和工藝條件對銑刀安全可靠性的影響。

發明內容：

發明的目的是提供一種在高速銑刀動態切削力、離心力與切削熱載荷分析基礎上，采用高速銑刀切削淬硬鋼失效判據和高速銑刀安全裕度模型，分析、評價淬硬鋼曲面特征頻繁變化引起的銑刀熱力耦合場分布和有效沖擊載荷突變對銑刀沖擊、疲勞、強度、剛度安全裕度影響，預報高速銑刀安全可靠性的高速銑刀安全可靠性分析與評價方法。

上述的目的通過以下的技術方案實現：

一種高速銑刀安全可靠性分析評價方法，本方法，第一步依據淬硬鋼曲面硬度和曲率分布特征，進行高速銑刀切削載荷分析；第二步利用高速銑刀切削淬硬鋼失效判據，進行離心力與切削載荷作用下銑刀失效判定；第三步運用安全裕度模型對銑刀安全可靠性進行分析、評價；第四步采用高速銑刀安全裕度控制方法，進行高速銑刀安全可靠工藝條件求解；第五步高速銑刀切削淬硬鋼曲面安全可靠性分析實例。

所述的高速銑刀安全可靠性分析評價方法，所述的依據淬硬鋼曲面硬度和曲率分布特征，進行高速銑刀切削載荷分析，高速銑削淬硬鋼過程中，銑刀及其組件所承受的載荷主要包括：

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單位時間內、單位面積上分別從前刀面和后刀面流入銑刀的熱流密度分別為：

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所述的高速銑刀安全可靠性分析評價方法，所述的利用高速銑刀切削淬硬鋼失效判據，進行離心力與切削載荷作用下銑刀失效判定根據第一步所述的高速球頭銑刀加工淬硬鋼離心力與切削力較大，尤其在切入、切出的時候，對銑刀的沖擊很大，振動較劇烈。離心力與切削力載荷通過銑刀組件接合面被傳遞到螺釘和刀體上，使得高速銑削產生的高頻沖擊對銑刀造成斷裂和疲勞的危險；同時，高速銑削淬硬鋼產生的切削熱直接影響銑刀的熱應力分布，銑刀受到周期性熱載荷的沖擊，極易產生熱裂紋從而導致破損，銑刀切削力和切削熱之間的交互作用直接影響其物理場分布和切削性能。

所述的高速銑刀安全可靠性分析評價方法，所述的運用安全裕度模型對銑刀安全可靠性進行分析、評價，高速銑刀失效判據曲線與物理場分布特性曲線之間的距離稱為“安全裕度”：

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