[发明专利]基于刀齿刃带宽度与拉削负载相关性的拉刀寿命预测方法

权利要求书

1.基于刀齿刃带宽度与拉削负载相关性的拉刀寿命预测方法，其特征在于：步骤一、建立拉刀拉削过程中负载变化情况的数据库；

1.1、取一把未进行过加工的拉刀作为试验拉刀；对试验拉刀上的n_M个刀齿依次进行排序；用试验拉刀对被加工工件进行拉削，并实时采集试验拉刀受到的负载力大小；试验拉刀每完成z次拉削后，分别测量n_M个刀齿的刃带宽度，z≤100；直到被加工工件的尺寸不满足精度要求时停止试验；第i个刀齿在第j次拉削后的刃带宽度为W_i,j，i＝1,2,…,n_M，j＝z,2z,…,m·z，m为对试验拉刀进行刃带宽度测量的次数；得出试验拉刀的总拉削寿命为m·z次；

建立试验拉刀在m·z次拉削中的负载峰值集合X_R和负载谷值集合Y_R如下：

其中，为第q次拉削中，试验拉刀实际所受负载力的第k个峰值；为第q次拉削中，试验拉刀实际所受负载力的第k个谷值，p为拉刀单次拉削中峰值出现的个数，q＝1,2,…,m·z，k＝1,2,…,p；

1.2、i＝1,2,…,…,n_M,依次执行步骤1.3；

1.3、对第i个刀齿的初始刃带宽度W_i,0以及m次测量得到的刃带宽度W_i,j在以拉削次数为横坐标，刃带宽度为纵坐标的平面直角坐标系中进行描点，得到m+1个离散点；将所得的m+1个离散点代入一元多项式函数曲线进行拟合；得到一元多项式的函数表达式如式(1)所示：

W_i,j＝a_0,i+a_1,ij+a_2,ij²+…+a_c,ij^c 式(1)；

1.4、计算除第一个刀齿外的n_M-1个刀齿在前m·z次拉削中的拉削深度δ_i,j如式(2)所示，i＝2,3,…,n_M，j＝1,2,…,m·z；

式(2)中，δ_i,0为试验拉刀的第i个刀齿的初始拉削深度；α₀为试验拉刀的后角；γ₀为试验拉刀的前角；W_i-1,0为第i-1个刀齿的初始刃带宽度；W_i,0为第i个刀齿的初始刃带宽度；

1.5、计算试验拉刀在第j次拉削中，试验拉刀受到的负载力F_j(t)变化表达式如式(3)所示；

式(3)中，u的表达式为t₁为第一个刀齿接触工件的时间；Δt的表达式Δt＝p/v；p为试验拉刀的齿距，v为试验拉刀的拉削速度；F_i,j的表达式如式(4)所示；n_w的表达式为l_w为工件长度；p为试验拉刀的齿距；t_E为试验拉刀与工件分离的时间；

F_i,j的表达式如下：

F_i,j＝K·(b·δ_i,j)^β (4)；

式(4)中，K是切削力的比例因子；β是切削力的指数因子；b为刀齿宽度；

根据试验拉刀在m·z次拉削中，试验拉刀受到的负载力变化函数F_j(t)，获取试验拉刀负载模拟峰值集合X_T和试验拉刀负载模拟谷值集合Y_T；

其中，为第j次拉削中，试验拉刀所受模拟负载力的第k个峰值；为第j次拉削中，试验拉刀所受模拟负载力的第k个谷值；

1.6、将1赋值给j和k；

1.7、建立与的偏差率表达式建立与的偏差率表达式进入步骤1.8；

1.8、若j＜m·z，且k＜p，则将k增大1，并重复执行步骤1.7，

若j＜m·z，且k＝p，则a_j1、a_j2、...、a_jp的平均值作为第j次拉削的波峰偏差率A_j，取b_j1、b_j2、...、b_jp的平均值作为第j次拉削的波谷偏差率B_j，并将j增大1，将1赋值给k后，重复执行步骤1.7；若j＝m·z，则进入步骤1.9；

1.9、建立平均偏差率表达式计算取最小值时，K、β的大小；并根据取最小值时对应的K、β确定试验拉刀负载模拟峰值集合X_T和试验拉刀负载模拟谷值集合Y_T；

步骤二、根据步骤一建立的数据库预测已拉削次数未知的被测拉刀的剩余寿命；

2.1、测量被测拉刀上n_M个刀齿的刃带宽度W_i′，i＝1,2…,n_M；

2.2、计算被测拉刀上除第一个刀齿外的n_M-1个刀齿在最近一次拉削中的拉削深度δ′_i如式(4)所示，i＝2,3…,n_M，j＝1,2,…,m·z；

2.3、计算被测拉刀在一次拉削中的负载变化函数F′(t)如式(6)所示；

式(5)中，F_i′＝K·(b·δ_i′)^β；

2.4、根据被测拉刀最近一次拉削受到的负载力变化函数F′(t)，获取被测拉刀最近一次拉削的负载峰值集合X′和负载谷值集合Y′；

X′＝{x′₁,x′₂,...,x′_p}

Y′＝{y′₁,y′₂,...,y′_p}

2.5、j＝1,2,…,m·z，依次执行步骤2.6；

2.6、计算被测拉刀与试验拉刀第j次拉削的峰值偏差率计算被测拉刀与试验拉刀第j次拉削的谷值偏差率计算被测拉刀与试验拉刀第j次拉削的总和偏差率

2.7、取m·z个总和偏差率E”'_j中的最小值对应的拉削次数作为被测拉刀的已服役寿命预测值S；被测拉刀的剩余寿命为m·z-S。