針對難加工材料的刀具可靠性建模及其分析方法研究.pdf

1、《中國制造2025》中明確提出“在航天、汽車、機(jī)床等重點(diǎn)領(lǐng)域集中開展數(shù)控機(jī)床專項(xiàng)成果的應(yīng)用驗(yàn)證，全面推進(jìn)國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)、功能部件和刀具的研發(fā)和配套應(yīng)用，最終實(shí)現(xiàn)機(jī)床智能化”。刀具作為數(shù)控加工的一個(gè)重要部件，其可靠性直接影響到整個(gè)加工過程的加工效率和穩(wěn)定性。因此，開展刀具可靠性分析，具有重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。
　　對刀具進(jìn)行可靠性分析時(shí)，需要獲得刀具退化數(shù)據(jù)。為了獲得刀具退化數(shù)據(jù)，本文針對難加工材料進(jìn)行刀具切削加工實(shí)驗(yàn)，由于加工工況、

2、現(xiàn)場環(huán)境等各方面因素的限制，難以獲得大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。針對此“樣本小、數(shù)據(jù)乏”的難題，引入Bayes(貝葉斯)方法對經(jīng)驗(yàn)信息進(jìn)行綜合。在該理論基礎(chǔ)上，本文圍繞刀具退化數(shù)據(jù)開展刀具可靠性分析，具體研究內(nèi)容主要包括以下三個(gè)方面：
　　(1)為了得到刀具在某一固定時(shí)刻可靠度值，本文提出了一種基于退化量分布模型的刀具可靠性分析方法。該方法通過確定某一固定時(shí)刻刀具退化數(shù)據(jù)分布，結(jié)合 Bayes理論，計(jì)算刀具在某一固定時(shí)刻可靠度值。為了得到刀具

3、可靠度隨時(shí)間的變化趨勢，本文在假設(shè)刀具失效分布已知的基礎(chǔ)上，對刀具進(jìn)行可靠性分析。
　　(2)為了模擬出刀具的退化過程，本文提出了一種基于退化過程模型的刀具可靠性分析方法。該方法在未考慮個(gè)體差異的條件下，基于 Bayes理論，對刀具退化模型中的參數(shù)進(jìn)行更新，實(shí)現(xiàn)了對刀具退化過程的模擬和刀具可靠性分析。同時(shí)，由于同一刀盤上的刀具退化過程存在差異，本文提出了一種考慮個(gè)體差異的隨機(jī)過程模型的可靠性分析方法，該方法得到了刀具可靠度隨時(shí)間的

4、變化趨勢。
　　(3)為了對上述兩種方法進(jìn)行驗(yàn)證，本文實(shí)施了難加工材料數(shù)控加工實(shí)驗(yàn)。此實(shí)驗(yàn)在考慮了切削用量對切削效率影響的條件下，設(shè)計(jì)了三因素三水平正交實(shí)驗(yàn)。每組切削用量下，進(jìn)行10次切削加工，收集了大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并運(yùn)用此數(shù)據(jù)對上述方法進(jìn)行驗(yàn)證。
　　此外，在此實(shí)驗(yàn)中除了采集到刀具磨損量數(shù)據(jù)外，采集到的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)還包括：振動信號，表面粗糙度和工件切屑數(shù)據(jù)。基于此數(shù)據(jù)對刀具磨損狀態(tài)進(jìn)行多角度監(jiān)測，形成了比較全面的刀具切削加工數(shù)