[发明专利]高速铣刀安全可靠性分析评价方法

说明书

技术领域：

发明涉及一种用于高速铣刀加工领域；具体涉及一种高速铣刀安全可靠性分析与评价方法。

背景技术：

按GB3187-82的规定，刀具在规定的条件下和规定的时间内，完成规定功能的能力称为刀具的可靠性。刀具的可靠性直接关系到切削过程的安全性，如果不能有效控制刀具可靠性，轻则产生废品、损坏机床与设备，重则造成人员伤亡。

高速铣刀切削过程中承受着较大的切削力和离心力载荷，尤其是切削高硬度淬硬钢等工件材料时，存在较大的冲击和能量的聚集。在此条件下，进行高速、高效切削加工，如不能及时预报和识别铣刀在周期性冲击应力作用下产生的破坏性危险，其后果是铣刀安全可靠性迅速下降，不仅无法保证加工精度和加工表面质量，而且直接导致铣刀失效，引发多种安全性问题。

现有的高速铣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实验，局限于度量批量刀具的平均可靠性，适用于对批量刀具的平均安全可靠性分析和评价，或者用于刀具可靠性筛选试验，通常不能评价某一把刀具在特定工艺条件下的安全可靠性。目前，对于单个刀具安全性评价，主要依据ISO15641标准，通过铣刀空转实验，分析、判定导致铣刀发生永久性变形和破坏性断裂的离心力条件，该方法无法预报和控制高速铣削淬硬钢复杂曲面过程中切削载荷突变引起的铣刀安全可靠性动态演变过程，动态切削力与离心力共同作用条件下铣刀安全可靠性评价存在模糊性和不确定性。

已有的高速铣刀安全可靠性分析方法采用的是试验与数理统计相结合的方法，适用于评价批量刀具的平均可靠度；单个刀具安全性则主要通过空转实验获得铣刀永久性变形和破坏性断裂的最高转速进行控制，没有考虑工件特征和工艺条件对铣刀安全可靠性的影响。

发明内容：

发明的目的是提供一种在高速铣刀动态切削力、离心力与切削热载荷分析基础上，采用高速铣刀切削淬硬钢失效判据和高速铣刀安全裕度模型，分析、评价淬硬钢曲面特征频繁变化引起的铣刀热力耦合场分布和有效冲击载荷突变对铣刀冲击、疲劳、强度、刚度安全裕度影响，预报高速铣刀安全可靠性的高速铣刀安全可靠性分析与评价方法。

上述的目的通过以下的技术方案实现：

一种高速铣刀安全可靠性分析评价方法，本方法，第一步依据淬硬钢曲面硬度和曲率分布特征，进行高速铣刀切削载荷分析；第二步利用高速铣刀切削淬硬钢失效判据，进行离心力与切削载荷作用下铣刀失效判定；第三步运用安全裕度模型对铣刀安全可靠性进行分析、评价；第四步采用高速铣刀安全裕度控制方法，进行高速铣刀安全可靠工艺条件求解；第五步高速铣刀切削淬硬钢曲面安全可靠性分析实例。

所述的高速铣刀安全可靠性分析评价方法，所述的依据淬硬钢曲面硬度和曲率分布特征，进行高速铣刀切削载荷分析，高速铣削淬硬钢过程中，铣刀及其组件所承受的载荷主要包括：

                         （1）

               （2）

                                  （3）

单位时间内、单位面积上分别从前刀面和后刀面流入铣刀的热流密度分别为：

   （4）

     （5）

所述的高速铣刀安全可靠性分析评价方法，所述的利用高速铣刀切削淬硬钢失效判据，进行离心力与切削载荷作用下铣刀失效判定根据第一步所述的高速球头铣刀加工淬硬钢离心力与切削力较大，尤其在切入、切出的时候，对铣刀的冲击很大，振动较剧烈。离心力与切削力载荷通过铣刀组件接合面被传递到螺钉和刀体上，使得高速铣削产生的高频冲击对铣刀造成断裂和疲劳的危险；同时，高速铣削淬硬钢产生的切削热直接影响铣刀的热应力分布，铣刀受到周期性热载荷的冲击，极易产生热裂纹从而导致破损，铣刀切削力和切削热之间的交互作用直接影响其物理场分布和切削性能。

所述的高速铣刀安全可靠性分析评价方法，所述的运用安全裕度模型对铣刀安全可靠性进行分析、评价，高速铣刀失效判据曲线与物理场分布特性曲线之间的距离称为“安全裕度”：

                                  （6）