数控车床刀具的动态可靠性及动态可靠性灵敏度研究

刀具可靠性差，会产生废品，损坏机床和设备，甚至造成人员伤亡。随着切削加工系统自动化程度的提高，对刀具可靠性的要求也越来越高，目前对刀具的动态可靠性及动态可靠性灵敏度研究还不多见，所以建立一套完整的刀具动态可靠性理论体系的需要也越来越迫切。本项目将研究数控车床刀具的动态可靠性和动态可靠性灵敏度的分析方法，这些研究可以帮助设计者了解刀具设计参数的改变对刀具系统及整个机床可靠性的影响，给出各参数可靠性灵敏度的变化规律，为刀具的可靠性设计提供理论依据，同时为实际工程分析打下坚实的基础。刀具的失效分析在现阶段多从寿命稳定性的概念出发加以研究，本项目从可靠性的概念出发，结合数学力学、机械设计、可靠性、动力学和材料学等学科建立刀具可靠性及灵敏度的数学模型，拟统一提出刀具动态可靠性和动态可靠性灵敏度分析方法，完善刀具可靠性和可靠性灵敏度的研究。

国内外学者大都以研究刀具切削参数和刀具几何参数为目标，来达到提高刀具可靠性的目的。而对刀具的物力性能参数和材料参数对刀具可靠性的影响程度即灵敏度研究还未见报道。可靠性灵敏度分析方法可以迅速准确的找到灵敏参数对结构整体可靠性的影响，省去了大量的物理实验，节约成本。本项目从可靠性的概念出发，拟统一提出刀具动态可靠性和动态可靠性灵敏度分析方法，这些研究可以帮助设计者了解刀具设计参数的改变对刀具系统及整个机床可靠性的影响，给出各参数可靠性灵敏度的变化规律，为刀具的可靠性设计提供理论依据，从而进一步完善刀具可靠性和可靠性灵敏度的研究内容。.本项目研究工作主要包括三部分：第一，建立了基于破损失效的硬质合金刀具的动态可靠性数学模型及失效率模型。分析了硬质合金刀具在断续切削加工时的主要失效形式，考虑了冲击载荷作用次数对刀具可靠性的影响，建立了硬质合金刀具的动态可靠性数学模型，给出了刀具在断续切削加工时的可靠度的变化规律。同时建立了以载荷冲击次数及加工时间为度量指标的刀具失效率计算模型。研究表明，随着载荷冲击次数和加工时间的增加，刀具的可靠度曲线出现逐渐降低的变化过程。为刀具选取试验和修复时间以及可靠寿命等指标提供了理论依据。第二，研究刀具的动态可靠性灵敏度，并建立刀具灵敏度的数学模型。刀具各设计参数的选取直接影响刀具的可靠度。在研究1基础上与灵敏度分析方法相结合，推导了刀具各设计参数的动态可靠性灵敏度计算公式，并给出了各设计参数的动态可靠性灵敏度的变化曲线。研究表明，刀具各设计参数的改变对其可靠性的敏感程度大小不一，对敏感参数的选取要加以控制，以提高刀具的可靠度和被加工零件的精度。同时为提高刀具系统及整个机床的可靠性提供理论依据。第三，针对本文所提出的可靠性、灵敏度方法，采用实验和仿真两种方法进行数值验证，验证结果表明，本项目所提方法精度较高，具有很好的应用价值。