[发明专利]一种基于动态可靠度确定换刀时间的方法

说明书

技术领域

本发明属于机械加工技术领域，涉及一种确定换刀时间的方法，具体涉及一种基于动态可靠度确定换刀时间的方法。

背景技术

现代社会，高精自动化技术得到广泛应用，机械行业对产品整个工艺流程的可靠性提出了更高的要求，它与机床、操作者、刀具的可靠性息息相关，所以研究刀具的可靠性和灵敏度显得至关重要。如果刀具可靠性差，就会造成换刀频繁，产品不合格率上升，消耗更多的工时和经济成本。

Ramalingam和Watson等对刀具的可靠性进行了研究，建立了确定刀具耐用度的概率模型。K.-S.Wang等建立了考虑衰减因素在内的刀具磨损可靠性数学模型。Akturk等提出了一种基于简单的调度规则和通用搜索的启发式模型。Oral和Cakir定义了可用于旋转零件工艺设计系统的计算机辅助优化方案，它规定一个最佳方案必须具有最少的换刀次数和最短的刀具空行程时间。Carmen Elena Patino Rodriguez提出了最佳换刀时间的数学模型，降低了对工艺可靠性的影响。目前国内外学者大都研究如何进行合理地机械调度与规划以达到减少工时的目的，而没有将刀具的可靠性作为影响换刀时间和机加工艺的重要因素考虑在内。除此之外，由于机械振动、加工材料的质地分布情况等因素的影响，其切削参数是随机变化的，作为随机变量更贴近真实工况，但关于切削参数对刀具可靠性影响程度即可靠性灵敏度及换刀时间和整体工艺流程可靠性的影响还未见报道。

发明内容

为了解决现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种基于动态可靠度确定换刀时间的方法，该方法通过建立整个工艺流程动态可靠度模型，推导了各工序刀具的失效率计算公式，以刀具失效率为判据确定被更换刀具。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种基于动态可靠度确定换刀时间的方法，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。

本发明的特点和进一步改进在于：

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

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：

结合式(2)、(4)得整个工艺流程的可靠度为：

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。

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)