刀具可靠性

刀具的可靠性是指在工具機運行過程中，刀具在規定的時間和規定的條件下不發生漸變失效的能力。開展刀具可靠性的研究，不僅有助於提高刀具的平均故障間隔時間，還是刀具進行維修最佳化以達到減少維修成本的基礎。

基本介紹

• 中文名：刀具可靠性
• 套用領域：機械加工

刀具可靠性的預測方法

加工質量來預測刀具可靠性

刀具可靠性的預測，可分為兩種方法，一種是有加工質量來預測刀具可靠性，傳統的基於樣本壽命統計基礎上的可靠性分析方法得到的是設備整體可靠性估計，對於正在運行的單台或小批量設備，這些統計數據的意義不大，人們更關心的是當前所用設備的壽命裕度可靠性。作為設備運行過程的一種退化信息，加工質量能夠實時反映設備的性能、精度，準確判定設備的時間、動態特性。基於工件加工質量信息而提出的的可靠性預測方法，預測所採用的工具是BP神經網路，網路輸入為工件加工質量向量，這些指標能夠反映設備性能退化過程，具有明顯趨勢性變化和明確失效閾值定義。網路輸出為設備運行到某一時刻時不同指標值所對應的瞬時可靠度。其中瞬時可靠度的確定是預測結果正確與否的關鍵，本文結合Baves方法和KM評估器思想，以大於性能退化指標觀測值的正常樣本數目和所有樣本數目比值連乘積作為設備的瞬時可靠度，這種算法簡單高效，而且不需要對設備進行失效機率密度函式(PDF)估計，所以不會因樣本太少而引起大的估計誤差。通過對實際刀具可靠度的準確預測，驗證了該方法的有效性。

狀態監測來預測刀具可靠性

針對數控工具機類退化失效型設備，提出了一種基於設備運行狀態信息的可靠性預測方法，主要包括狀態特徵指標選取、瞬時可靠度計算以及神經網路預測模型的建立和套用．其中，瞬時可靠度計算是準確預測的關鍵，結合Bayes方法和KM估計器思想提出的基於狀態特徵指標比例關聯關係的瞬時可靠度算法簡單高效．針對刀具加工過程中的磨損量時變數據，以可靠度為評價標準，正確預測出了刀具的失效時間，該過程表明設備狀態信息用於可靠性預測的可行性和有效性，是未來可靠性發展的一個重要方向。

傳統的基於樣本壽命統計基礎上的可靠性分析方法得到的是設備的整體可靠性估計，但對於正在運行的單台或小批量設備，這些統計數據的意義則不大，人們更關心的是當前所用設備的壽命裕度和可靠性．設備運行過程的狀態信息能夠實時反映設備的運行性能、精度，準確判定設備的時間、動態特性，揭示產品失效與性能退化之間的關係．國內外很多專家已經意識到設備運行狀態信息在設備性能退化和可靠性評估中的重要性，並做了一些相關的研究和套用。一種方法是選用軸承振動信號故障特徵頻率及諧波頻率的幅值變化作為退化指標，來計算軸承的剩餘壽命及其分布．另一種方法是將鑽削加工過程中推力和扭矩變化作為退化信號，對鑽頭的磨損狀況進行監測並對刀具的可靠性進行了線上預測．還有人利用二代小波方法提取端銑刀加工過程中聲發射信號特徵頻率處的幅值變化信息，運用馬氏距離評估方法對其損傷程度進行了定量診斷。

高速切削刀具系統的可靠性

由於傳統的設計方法無法對高速切削刀具系統的可靠性進行評價，而刀具系統的可靠性直接決定著整個刀具系統的使用性能，因此對刀具系統的可靠性研究有利於其設計使用。由於影響刀柄強度的參數如材料的性能、尺寸、表面質量等均為隨機變數，同時影響刀柄應力的參數如載荷工況、應力集中、工作溫度、潤滑狀態也都是隨機變數，因此刀柄強度和工作應力均為隨機變數。可靠性設計方法與傳統的設計方法主要區別就是在於前者考慮了載荷和零部件的尺寸及材料性能的數據分散性。

失效形式

夾緊機構的失效

一個完整的高效夾緊機構的作用包括：產生夾緊力、控制夾緊力、維持夾緊力、放大夾緊力和傳遞夾緊力。從目前的研究來看夾緊機構的失效主要是由於夾緊力不足(原始夾緊力不足或在工作過程中由於夾緊機構維持夾緊力能力的欠缺而導致的傳遞到刀柄端面與主軸端面之間的夾緊力過小)使刀柄錐體部分在較小的徑向力作用下發生彈性變形失效，以及由於夾緊系統的使用不當而導致夾緊彈簧的鬆弛、磨損和拉桿斷裂。當夾緊力太小時，使端面接觸剛度降低，進而導致刀柄徑向剛度的降低。有關機構對生產中的加工中心(工具機)的實際使用夾緊力進行調查統計發現，大部分工具機實際使用的夾緊力只有規定夾緊力的70%左右，最低的僅有30%，這不僅對高速加工甚至對於普通加工都是十分危險的。

刀柄的失效

高速下刀柄薄壁錐體部分以及其與主軸端面接觸的實體法蘭之間的過渡區域在錐體彈性變形過程中容易引起應力集中，因此在較高的切削力和離心力的作用下，經過重複裝夾，引起刀柄破裂甚至斷裂。此外，還存在由於使用時夾緊力不足、選擇的刀柄不合適、過大的彎矩或者過大的扭矩所引起的驅動鍵槽的斷裂、300夾緊面產生裂紋、刀柄根切部位所產生的咬邊區裂紋、徑向孔裂紋以及徑向孔與驅動槽之間的裂紋導致的刀柄失效。