專利名稱:高速銑刀安全可靠性分析評(píng)價(jià)方法
技術(shù)領(lǐng)域:
發(fā)明涉及一種用于高速銑刀加工領(lǐng)域;具體涉及一種高速銑刀安全可靠性分析與評(píng)價(jià)方法。
背景技術(shù):
按GB3187-82的規(guī)定,刀具在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時(shí)間內(nèi),完成規(guī)定功能的能力稱為刀具的可靠性。刀具的可靠性直接關(guān)系到切削過(guò)程的安全性,如果不能有效控制刀具可靠性,輕則產(chǎn)生廢品、損壞機(jī)床與設(shè)備,重則造成人員傷亡。高速銑刀切削過(guò)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(shí),存在較大的沖擊和能量的聚集。在此條件下,進(jìn)行高速、高效切削加工,如不能及時(shí)預(yù)報(bào)和識(shí)別銑刀在周期性沖擊應(yīng)力作用下產(chǎn)生的破壞性危險(xiǎn),其后果是銑刀安全可靠性迅速下降,不僅無(wú)法保證加工精度和加工表面質(zhì)量,而且直接導(dǎo)致銑刀失效,引發(fā)多種安全性問(wèn)題?,F(xiàn)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(shí)驗(yàn),局限于度量批量刀具的平均可靠性,適用于對(duì)批量刀具的平均安全可靠性分析和評(píng)價(jià),或者用于刀具可靠性篩選試驗(yàn),通常不能評(píng)價(jià)某一把刀具在特定工藝條件下的安全可靠性。目前,對(duì)于單個(gè)刀具安全性評(píng)價(jià),主要依據(jù)IS015641標(biāo)準(zhǔn),通過(guò)銑刀空轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn),分析、 判定導(dǎo)致銑刀發(fā)生永久性變形和破壞性斷裂的離心力條件,該方法無(wú)法預(yù)報(bào)和控制高速銑削淬硬鋼復(fù)雜曲面過(guò)程中切削載荷突變引起的銑刀安全可靠性動(dòng)態(tài)演變過(guò)程,動(dòng)態(tài)切削力與離心力共同作用條件下銑刀安全可靠性評(píng)價(jià)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(yàn)與數(shù)理統(tǒng)計(jì)相結(jié)合的方法,適用于評(píng)價(jià)批量刀具的平均可靠度;單個(gè)刀具安全性則主要通過(guò)空轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)獲得銑刀永久性變形和破壞性斷裂的最高轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制,沒有考慮工件特征和工藝條件對(duì)銑刀安全可靠性的影響。
發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明的目的是提供一種在高速銑刀動(dòng)態(tài)切削力、離心力與切削熱載荷分析基礎(chǔ)上,采用高速銑刀切削淬硬鋼失效判據(jù)和高速銑刀安全裕度模型,分析、評(píng)價(jià)淬硬鋼曲面特征頻繁變化引起的銑刀熱力耦合場(chǎng)分布和有效沖擊載荷突變對(duì)銑刀沖擊、疲勞、強(qiáng)度、剛度安全裕度影響,預(yù)報(bào)高速銑刀安全可靠性的高速銑刀安全可靠性分析與評(píng)價(jià)方法。上述的目的通過(guò)以下的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)
一種高速銑刀安全可靠性分析評(píng)價(jià)方法,本方法,第一步依據(jù)淬硬鋼曲面硬度和曲率分布特征,進(jìn)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(jù),進(jìn)行離心力與切削載荷作用下銑刀失效判定;第三步運(yùn)用安全裕度模型對(duì)銑刀安全可靠性進(jìn)行分析、評(píng)價(jià);第四步采用高速銑刀安全裕度控制方法,進(jìn)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(shí)例。所述的高速銑刀安全可靠性分析評(píng)價(jià)方法,所述的依據(jù)淬硬鋼曲面硬度和曲率分布特征,進(jìn)行高速銑刀切削載荷分析,高速銑削淬硬鋼過(guò)程中,銑刀及其組件所承受的載荷主要包括:
權(quán)利要求
1. 一種高速銑刀安全可靠性分析評(píng)價(jià)方法,其特征是第一步依據(jù)淬硬鋼曲面硬度和曲率分布特征,進(jìn)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(jù),進(jìn)行離心力與切削載荷作用下銑刀失效判定;第三步運(yùn)用安全裕度模型對(duì)銑刀安全可靠性進(jìn)行分析、評(píng)價(jià);第四步采用高速銑刀安全裕度控制方法,進(jìn)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;所述的依據(jù)淬硬鋼曲面硬度和曲率分布特征,進(jìn)行高速銑刀切削載荷分析,高速銑削淬硬鋼過(guò)程中,銑刀及其組件所承受的載荷主要包括
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高速銑刀安全可靠性分析評(píng)價(jià)方法,其特征是所述的利用高速銑刀切削淬硬鋼失效判據(jù),進(jìn)行離心力與切削載荷作用下銑刀失效判定根據(jù)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(shí)候,對(duì)銑刀的沖擊很大,振動(dòng)較劇烈,離心力與切削力載荷通過(guò)銑刀組件接合面被傳遞到螺釘和刀體上,使得高速銑削產(chǎn)生的高頻沖擊對(duì)銑刀造成斷裂和疲勞的危險(xiǎn);同時(shí),高速銑削淬硬鋼產(chǎn)生的切削熱直接影響銑刀的熱應(yīng)力分布,銑刀受到周期性熱載荷的沖擊,極易產(chǎn)生熱裂紋從而導(dǎo)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(chǎng)分布和切削性能。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的高速銑刀安全可靠性分析評(píng)價(jià)方法,其特征是所述的運(yùn)用安全裕度模型對(duì)銑刀安全可靠性進(jìn)行分析、評(píng)價(jià),高速銑刀失效判據(jù)曲線與物理場(chǎng)分布特性曲線之間的距離稱為“安全裕度”
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的高速銑刀安全可靠性分析評(píng)價(jià)方法,其特征是所述的采用高速銑刀安全裕度控制方法,進(jìn)行高速銑刀安全可靠工藝條件求解,采用高速銑刀安全裕度模型,綜合考慮工件幾何、硬度特征和銑刀結(jié)構(gòu)、切削路徑及切削參數(shù)對(duì)銑刀沖擊、 疲勞、強(qiáng)度、剛度安全裕度影響,通過(guò)淬硬鋼加工表面曲率與硬度分布識(shí)別、分析,進(jìn)行高速銑削淬硬鋼復(fù)雜曲面安全、可靠性及其工藝條件求解;具體方法是針對(duì)淬硬鋼硬度與曲率分布特性,通過(guò)銑刀沖擊能量與沖擊作用強(qiáng)度分析,控制銑刀有效沖擊切削載荷和沖擊應(yīng)力增幅,獲得滿足銑刀沖擊應(yīng)力安全裕度要求的最高轉(zhuǎn)速和最小每齒進(jìn)給量;以銑刀切削溫度裕度為約束條件,以獲得相對(duì)均衡的銑刀熱力耦合場(chǎng)安全裕度為目標(biāo),通過(guò)穩(wěn)定切削層和單位切削力,抑制銑刀破損,獲得滿足銑刀強(qiáng)度要求的銑刀結(jié)構(gòu)、切削路徑與切削參數(shù)工藝域;在抑制銑刀組件變形和高頻振動(dòng)基礎(chǔ)上,獲得滿足銑刀服役疲勞壽命要求的工藝域。
全文摘要
高速銑刀安全可靠性分析評(píng)價(jià)方法。按GB3187-82的規(guī)定,刀具在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時(shí)間內(nèi),完成規(guī)定功能的能力稱為刀具的可靠性。本發(fā)明方法的第一步依據(jù)淬硬鋼曲面硬度和曲率分布特征,進(jìn)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(jù),進(jìn)行離心力與切削載荷作用下銑刀失效判定;第三步運(yùn)用安全裕度模型對(duì)銑刀安全可靠性進(jìn)行分析、評(píng)價(jià);第四步采用高速銑刀安全裕度控制方法,進(jìn)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。本發(fā)明用于解決淬硬鋼熱處理狀態(tài)不穩(wěn)定和幾何模型誤差與硬度隨機(jī)分布所引起的切削載荷突變條件下,銑刀結(jié)構(gòu)性超載導(dǎo)致的安全可靠性下降問(wèn)題。
文檔編號(hào)G01N3/58GK102564884SQ20111042066
公開日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2011年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月15日
發(fā)明者夏丹華, 姜彬, 鄭敏利 申請(qǐng)人:哈爾濱理工大學(xué)