铣削淬硬45钢和40Cr钢的刀具寿命可靠性研究

摘要

刀具寿命可靠性是重要的刀具性能评价指标。本文在刀具寿命可靠性研究的基础上，研究淬硬45钢和铣削淬硬40Cr钢的刀具寿命可靠性。对刀具寿命影响因素进行分析并对刀具寿命方程进行扩展，建立了刀具寿命与刀具几何参数之间的关系模型;进行切削试验并对刀具失效形式进行分析;采用Gamma过程对刀具磨损进行分析，并基于Gamma过程建立刀具寿命可靠性预测模型，在小子样、无失效数据情况下对刀具寿命可靠性进行预测，并对可靠性预测模型的灵敏度进行分析;基于刀具寿命扩展方程建立刀具寿命可靠性评价模型，在大样本、有完全失效数据情况下对刀具寿命可靠性进行评估。
　　 对刀具寿命影响因素进行分类并提出刀具寿命影响因素的分析方法。通过对泰勒刀具寿命基本方程进行扩展，建立广义刀具寿命扩展方程。为了便于试验研究，在狭义范围内对刀具寿命扩展方程进行应用，建立刀具几何参数与刀具磨损之间的关系模型，为刀具寿命影响因素的分析及可靠性的评价提供理论基础。
　　 对淬硬45钢和铣削淬硬40Cr钢的刀具几何参数进行统计分析和非参数检验，确定刀具几何参数的分布情况。为了便于试验的进行和对切削时间进行控制，提高可靠性试验的效率，对可靠性试验的工件结构进行改进设计。进行铣削试验，对刀具的磨损形态进行分析。研究发现两种工件材料的铣削刀具均出现均匀磨损和非均匀磨损两种形态，并对两种磨损形态的产生原因进行分析。
　　 采用Gamma过程对刀具磨损进行建模，并利用矩估计法对Gamma过程的参数进行估计。在小子样、无完全失效数据的情况下，基于Gamma过程建立两种情况下的刀具寿命可靠性预测模型:第一种情况考虑刀具制造误差，第二种情况不考虑刀具制造误差。基于刀具均匀磨损Gamma过程，对铣削刀具寿命可靠性进行预测。对刀具寿命可靠性灵敏度进行分析，得到两种情况下刀具寿命可靠性对模型中各参数的灵敏度。研究刀具制造误差和机床最大允许误差对刀具寿命可靠性的影响趋势。
　　 通过多元线性回归对刀具几何参数和刀具磨损之间的关系进行求解，确定刀具刃口圆弧半径、断屑槽棱带宽度及刃口高度对刀具磨损（寿命）的影响。研究不同切削阶段刀具磨损量的离散性。分别根据两种磨损形态对刀具寿命进行计算，并对计算的刀具寿命分布情况进行统计分析:根据刀具均匀磨损带宽度计算的刀具均匀磨损寿命服从正态分布，根据刀具非均匀磨损带宽度（最大磨损量）计算的刀具最大磨损寿命服从对数正态分布。基于刀具寿命扩展方程对两种磨损形态的刀具寿命建立可靠性评价模型，并对可靠性影响因素进行分析。
　　 本文可以为刀具寿命可靠性的预测及评价其提供一定的借鉴。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究背景和意义

1．2 刀具寿命及可靠性综述

1．2．1 刀具寿命扩展方程

1．2．2 刀具寿命及其可靠性影响因素分析

1．2．3 刀具寿命可靠性的预测

1．2．4 刀具寿命可靠性的评价

1．3 主要内容和论文体系

1．3．1 主要研究内容

1．3．2 论文结构体系

第2章 铣削刀具寿命可靠性评价理论基础

2．1 刀具寿命影响因素分析

2．2 刀具寿命扩展方程及应用

2．2．1 刀具寿命扩展方程

2．2．2 刀具寿命扩展方程的应用

2．3 本章小结

第3章 铣削刀具寿命可靠性试验及分析

3．1 铣削刀具

3．1．1 刀片的分组及参数测量

3．1．2 刀片几何参数的统计与非参数检验

3．2 工件

3．2．1 工件材料

3．2．2 工件结构设计

3．3 刀具寿命可靠性试验及结果分析

3．3．1 试验步骤

3．3．2 刀具磨损的测量

3．3．3 刀片失效形式分析

3．4 本章小结

第4章 基于Gamma过程的铣削刀具寿命可靠性预测模型及其灵敏度分析

4．1 基于Gamma过程的刀具寿命可靠性预测模型

4．1．1 基于Gamma过程的刀具磨损过程建模

4．1．2 基于Gamma过程的刀具磨损模型参数估计

4．1．3 基于Gamma过程刀具寿命可靠性的预测

4．2 刀具寿命可靠性预测模型的灵敏度分析

4．3 本章小结

第5章 基于刀具寿命扩展方程的刀具寿命拟合及其可靠性评价

5．1 基于刀具寿命扩展方程的刀具寿命及其影响因素分析

5．1．1 基于刀具寿命扩展方程的刀具寿命拟合

5．1．2 刀具磨损离散性分析

5．2 基于刀具寿命扩展方程的可靠性评价模型

5．2．1 基于刀具寿命扩展方程的可靠性评价建模

5．2．2 刀具寿命可靠性影响因素分析

5．3 本章小结

结论与展望

参考文献

致谢