高速銑刀服役性能關聯分析方法

2023-07-18 02:30:26 1

專利名稱：高速銑刀服役性能關聯分析方法
技術領域：
本發明涉及一種高速銑刀及切削性能評價方法，具體涉及高速銑刀服役行為特徵 模型及其灰色關聯分析方法。
背景技術：
高速銑刀服役行為是銑刀材料、結構設計和切削性能研究的制高點，不僅能夠綜 合反映銑刀在高速切削過程中的狀態和表現，而且能夠較全面地反映出銑刀產品經濟和社 會滿意度，是檢驗高速銑刀產品能否滿足關鍵零部件高效、高精度切削加工需求的最終判 據。目前，由於尚無全面綜合考慮多特徵量對高速銑削加工過程影響的分析方法，在 評價高速銑刀服役行為的數據完整性和清晰度方面存在諸多問題，限制了高速銑刀產品開 發和應用。

發明內容
本發明的目的是提供一種高速銑刀服役行為特徵模型構建與灰色關聯分析方法， 解決小樣本、貧信息導致高速銑刀服役行為性影響因素和評價指標不確定性問題。上述的目的通過以下的技術方案實現高速銑刀服役性能關聯分析方法，該方法包括如下步驟A、建立高速銑刀安全性判據，通過試驗建立銑刀直徑、齒數、刀齒分布及其交互作 用對高速銑削安全穩定性分析，得到影響規律曲線；銑刀強度失效轉速隨直徑和齒數增大 而下降，在直徑和齒數交互作用下，一階模態固有頻率存在較大差異，是對銑刀安全穩定切 削性能產生較大影響參數；B、建立滿足加工效率和加工表面質量要求的高速銑刀服役行為特徵模型；C、通過高速銑刀服役性能灰色綜合關聯度分析，進行高速銑刀服役性能定量分析 與評價。一種上述的方法設計的銑刀，其組成包括刀柄和鑲在上面的刀齒，所述的刀齒為 多齒，所述的刀齒之間呈不均勻分布，所述的銑刀直徑為80mm以上，所述的多齒是5齒以上。有益效果1.本發明提出一種表徵銑刀結構參數及其交互作用對高速銑削安全穩定性影響 的分析方法，解決了信息貧乏和不完整導致銑刀安全穩定性影響因素、評價指標不確定性 問題，實現了高速銑刀設計和應用中服役性能定量分析與評價。2.本發明採用灰色關聯分析方法，建立高速銑刀服役行為特徵模型，獲得銑刀直 徑、齒數、刀齒分布及其交互作用對高速銑削安全穩定性影響規律，解決小樣本、貧信息導 致高速銑削安全穩定性影響因素和評價指標不確定性問題。


附圖1是銑刀應力場分析曲線，圖中，Cl為直徑50mm銑刀G齒均布)最大剪應力 曲線，C2為直徑63mm銑刀(5齒均布)最大剪應力曲線，C3為直徑80mm銑刀(5齒均布) 最大剪應力曲線，C4為銑刀組件材料剪強度曲線。附圖2是銑刀模態分析結果，圖中D1為直徑50mm銑刀固有頻率，D2為直徑63mm 銑刀固有頻率，D3為直徑80mm銑刀固有頻率。附圖3是高速銑刀應力場分析曲線，圖中C5為直徑50mm銑刀(刀齒均布)最大 剪應力曲線，C6為直徑50mm銑刀(刀齒不均勻分布)最大剪應力曲線，C7為直徑63mm銑 刀(刀齒均布)最大剪應力曲線，C8為直徑63mm銑刀(刀齒不均勻分布)最大剪應力曲 線，C9為銑刀組件材料剪強度曲線。附圖4是刀齒分布對高速銑刀固有頻率的影響圖，圖中A為相鄰齒距差為2°銑刀 固有頻率，B為相鄰齒距差為3°銑刀固有頻率，C為相鄰齒距差為4°銑刀固有頻率，D為 相鄰齒距差為5°銑刀固有頻率。
具體實施例方式實施例1 高速銑刀服役性能關聯分析方法，該方法包括如下步驟1.建立高速銑刀安全性判據高速銑刀是由刀體、緊固螺釘、刀片等組件構成的一個串聯繫統。高速銑削過程 中，過大離心力與動態切削力導致銑刀結構性超載，並引起振動時，高速銑刀可能會因刀 體、刀片和螺釘等組件的變形、斷裂或共振而失效，則銑刀安全性判據為η ^ nfl/l. 6，η 彡 nf2 · kg 或 η 彡 nf2/kg(1)nfl = min Oi1, n2, n3, . . . , Iii), nf2 ^ 60fgi/kz(2)式中ni為銑刀組件強度失效轉速；nf為銑刀共振失效轉速；kg為銑刀共振失效影 響係數(kg = 3) ;kz為刀齒分布係數，刀齒均勻分布時kz = z，刀齒分布不均時，kz = 1。2.直徑和齒數對銑刀安全性影響分析根據式(1)、式O)，建立塗層硬質合金高速銑刀模型(主偏角為45°，刀片安裝 前角為0° )，其中，直徑為50mm、63mm和80mm銑刀應力場分析和模態分析結果如圖1、圖2 所示由圖1可以看出，直徑50mm銑刀強度失效轉速達到27000rpm ；直徑增加至63mm， 齒數增加至五個刀齒時，銑刀強度失效轉速下降至23000rpm ；銑刀直徑增加至80mm，其強 度失效轉速降至20000rpm，較直徑50mm的銑刀下降了 25.9%。對比分析直徑63mm和80mm 銑刀發現，齒數不變，直徑增加26. 9 %，銑刀強度失效轉速降低13. 04%。由圖2可以看出，直徑50mm銑刀一階模態固有頻率達到1565Hz ；直徑增加至 63mm,齒數增加至五個刀齒時，一階模態固有頻率降至492Hz ；齒數不變，銑刀直徑增加至 80mm時，其一階模態固有頻率提高至643Hz。上述分析結果表明，銑刀強度失效轉速隨直徑和齒數增大而下降，在直徑和齒數 交互作用下，一階模態固有頻率存在較大差異，對銑刀安全穩定切削性能產生較大影響。3.刀齒分布對銑刀安全性影響分析建立直徑50mm和63mm高速銑刀模型(刀片安裝前角0°、主偏角45°、4齒)，並將均勻分布的刀齒調整為相鄰齒距差為5°的不均勻分 布，以改變其高速銑削激振頻率。銑刀應力場分析結果如圖3所示採用直徑63mm的4齒 高速銑刀模型，調整其刀齒分布，使其相鄰齒距差分別為2°、3°、4°、5°，銑刀模態分析 結果如圖4所示銑刀應力場與模態分析結果表明當刀齒分布不均，且銑刀不平衡量存在 較大差異時，銑刀組件強度失效形式和產生最大等效應力、最大剪切應力的部位均未發生 明顯改變；在齒距差為5°範圍內，刀齒不均勻分布和由此產生的較大不平衡量對銑刀強 度失效轉速影響較小。齒距差由2°增加至5°，銑刀一階模態固有頻率僅增加了 25Hz，刀 齒不均勻分布對繞銑刀軸線扭轉一階模態影響不大。4.高速銑刀切削實驗依據高速銑刀安全性判據和有限元分析結果，研製四種典型結構高速銑刀，如表1 所示。表1高速銑削實驗刀具
統刀 d/vrn ζ
Vo /(。)
y ) ^ C
G Δ Θ /(°)
50416452.50
63416452.55
80516452.55
80516452.50表中Δ θ為銑刀相鄰刀齒齒距差，G為銑刀動平衡精度，刀片為塗層硬質合金可 轉位銑刀片。採用表1中的高速銑刀在五坐標加工中心(MIKRON UCP710)上進行高速銑削鋁合 金(LD6)實驗。切削速度 ν 為 1570m/mirT2770m/min，進給速度 vf 為 1600mm/mirr5600mm/ min，背吃刀量ειρ為lmnT3mm，切削接觸角為30° 120°，銑削寬度Eie為13mnT60mm。依據實驗結果，獲得銑刀1、2、3、4高速銑削鋁合金加工表面粗糙度回歸方程如式 (3廣式(6)所示
權利要求
1.一種高速銑刀服役性能關聯分析方法，其特徵是該方法包括如下步驟A、建立高速銑刀安全性判據，通過試驗建立銑刀直徑、齒數、刀齒分布及其交互作用對 高速銑削安全穩定性分析，得到影響規律曲線；銑刀強度失效轉速隨直徑和齒數增大而下 降，在直徑和齒數交互作用下，一階模態固有頻率存在較大差異，是對銑刀安全穩定切削性 能產生較大影響參數；B、建立滿足加工效率和加工表面質量要求的高速銑刀服役行為特徵模型；C、通過高速銑刀服役性能灰色綜合關聯度分析，進行高速銑刀服役性能定量分析與評價。
2.一種根據權利要求1所述的方法設計的銑刀，其組成包括刀柄和鑲在上面的刀齒， 其特徵是所述的刀齒為多齒，所述的刀齒之間呈不均勻分布，所述的銑刀直徑為80mm以 上，所述的多齒是5齒以上。
全文摘要
高速銑刀及服役性能關聯分析方法，目前，在評價高速銑刀服役行為的數據完整性和清晰度方面存在諸多問題，限制了高速銑刀產品開發和應用。本發明的方法包括A、建立高速銑刀安全性判據，通過試驗建立銑刀直徑、齒數、刀齒分布及其交互作用對高速銑削安全穩定性分析，得到影響規律曲線；銑刀強度失效轉速隨直徑和齒數增大而下降，在直徑和齒數交互作用下，一階模態固有頻率存在較大差異，是對銑刀安全穩定切削性能產生較大影響參數；B、建立滿足加工效率和加工表面質量要求的高速銑刀服役行為特徵模型；C、通過高速銑刀服役性能灰色綜合關聯度分析，進行高速銑刀服役性能定量分析與評價。本發明用於分析高速銑刀服役性能。
文檔編號G01N3/58GK102128759SQ201010032470
公開日2011年7月20日 申請日期2010年1月14日 優先權日2010年1月14日
發明者姜彬, 鄭敏利 申請人:哈爾濱理工大學