[发明专利]一种基于动态可靠度确定换刀时间的方法

权利要求书

1.一种基于动态可靠度确定换刀时间的方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：

步骤1，建立整个工艺流程动态可靠度模型；

步骤2，根据步骤1建立的模型计算得到工艺流程的可靠度，将其与许用的可靠度值进行比较，确定换刀时间；

其中步骤1中整个工艺流程动态可靠度模型的建立过程如下：

在加工零件时，机床、操作者、刀具三者组成一个串联系统且相互独立，则整个工艺流程的可靠度表示为：

R_b(t)＝R_m(t)×R_o(t)×R_t(t) (1)

式中，R_b(t)、R_m(t)、R_o(t)、R_t(t)分别表示整体工艺、机床、操作者和刀具的可靠度；

假设机床在加工一批零部件时，机床本身和操作者不发生故障，即R_m(t)＝R_o(t)＝1，则有

R_b(t)＝R_t(t)(2)

刀具的可靠度依赖于机床的实际工作情况，且与各切削参数有关，刀具的可靠寿命服从指数分布，则有

$R_t\left(t\right)=\exp (-(\mathrm{\λ}/\left(\mathrm{\α}+1\right))\×t^{(\mathrm{\α}+1)}\×v^{{\mathrm{\β}}_1}\×f^{{\mathrm{\β}}_2}\×d^{{\mathrm{\β}}_3})---\left(3\right)$

式中：v为切削速度mm/min；f为进给量mm/r；d为切削深度mm；λ、α、β₁、β₂、β₃均为常数，可由最大似然估计法求得；

在实际加工过程中，通常以加工零件的个数N为计时单位，假设一个完整的工艺流程共含有n道工序，且第i道工序刀具的切削加工时间为t_i，该道工序刀具的可靠度为R_ti，那么整个工艺流程的可靠度看作是由n个串联的子系统组成的可靠度，由式(2)、(3)可知，当加工N个零部件时第i道工序刀具的可靠度为：

$\begin{array}{c}{R}_{t_i}\left(N\right)=\exp (-(\mathrm{\λ}/(\mathrm{\α}+1))\×\\ {\left({\mathrm{Nt}}_i\right)}^{(\mathrm{\α}+1)}\×v_i^{{\mathrm{\β}}_1}\×f_i^{{\mathrm{\β}}_2}\×d_i^{{\mathrm{\β}}_3})\end{array},i=1,2,3,K,n---\left(4\right)$

结合式(2)、(4)得整个工艺流程的可靠度为：

$\begin{array}{c}{R}_b\left(N\right)={\mathrm{\Π}}_{i=1}^n{R}_{ti}\left(N\right)=\\ {\mathrm{\Π}}_{i=1}^n\{\exp \[-\left(\frac{\mathrm{\γ}}{\mathrm{\α}+1}\right)\×{\left({\mathrm{Nt}}_i\right)}^{\mathrm{\α}+1}\×v_i^{{\mathrm{\β}}_1}\×f_i^{{\mathrm{\β}}_2}\×d_i^{{\mathrm{\β}}_3}\]\}\end{array}---\left(5\right)$

当n＝1时，式(5)表示整个工艺流程只含有一道工序时的可靠度。

2.如权利要求1所述的基于动态可靠度确定换刀时间的方法，其特征在于，步骤2具体过程如下：

当整个工艺流程只有一道工序时，以加工零件的个数N为计时单位，根据公式(5)可计算出可靠度，将其与许用的可靠度值进行比较，若低于许用的可靠度值时，则必须进行换刀，设工序的工作时间为t，则换刀时间T_c为：

T_c＝Nt (6)

实际生产加工过程，一个完整的工艺流程将包括多道工序，假设不同的工序使用不同的刀具，首先应根据公式(5)计算出整个工艺流程的可靠度并与许用的可靠度值进行比较，若低于许用的可靠度值，则必须进行换刀；

由于涉及不同的刀具，如何选择需要被更换的刀具成为关键性的问题，采用计算各个刀具失效率的方法来确定需要被更换的刀具，定义失效率最大的刀具为临界刀具；

已知刀具的失效概率函数为：

F(t)＝1-R_t(t) (7)

则刀具的失效概率密度函数为：

$f\left(t\right)=\frac{dF\left(t\right)}{dt}---\left(8\right)$

将式(7)代入式(8)得

$h\left(t\right)=\frac{dF\left(t\right)}{dt}=-\frac{1}{R_t\left(t\right)}\frac{{\mathrm{dR}}_t\left(t\right)}{dt}---\left(9\right)$

以加工零件的个数N为计时单位，设一个完整的工艺流程共含有n道工序，且第i道工序的工作时间为t_i，则结合公式(4)与(9)，可得刀具的失效率函数为：

$h\left(N\right)=\mathrm{\λ}\×v_i^{{\mathrm{\β}}_1}\×f_i^{{\mathrm{\β}}_2}\×d_i^{{\mathrm{\β}}_3}\×{\left({\mathrm{Nt}}_i\right)}^{\mathrm{\α}},i=1,2,3,K,n---\left(10\right).$