專利名稱：高速銑刀多結(jié)構(gòu)層次設(shè)計方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高速銑刀設(shè)計方法，具體涉及高速銑刀服役行為多結(jié)構(gòu)層次模型 及其協(xié)同設(shè)計方法。
背景技術(shù)：
隨著高速切削技術(shù)與刀具材料的不斷開發(fā)和應(yīng)用，高速銑刀已由滿足某種特定功 能的機(jī)床工具，發(fā)展成為滿足多層次功能需求的高品質(zhì)產(chǎn)品。高速銑刀在使用狀態(tài)下所表 現(xiàn)出的性能變化，使得高速銑刀服役行為受到廣泛關(guān)注。目前，公知的高速銑刀設(shè)計方法是通過分析銑刀結(jié)構(gòu)、材料及切削參數(shù)與安全性、 切削穩(wěn)定性、加工質(zhì)量和加工效率等服役行為之間的關(guān)系，獲得銑刀結(jié)構(gòu)、材料與切削參數(shù) 匹配條件和設(shè)計方案。這種設(shè)計方法針對性強(qiáng)，初期見效快，但受高速銑刀多元化、復(fù)雜化 和高速銑削工藝環(huán)境隨機(jī)因素影響，其服役條件的獲得具有模糊性和不確定性，高速銑刀 產(chǎn)品串行設(shè)計上存在較多沖突，且高速銑刀設(shè)計開發(fā)周期較長。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決上述高速銑刀服役性能衰退和銑刀產(chǎn)品串行設(shè)計上存 在的設(shè)計沖突和設(shè)計回路過多等問題，提供一種高速銑刀服役行為多結(jié)構(gòu)層次模型構(gòu)建與 協(xié)同設(shè)計方法，滿足高速銑刀在較高層次上的功能需求。上述的目的通過以下的技術(shù)方案實現(xiàn)高速銑刀多結(jié)構(gòu)層次設(shè)計方法，該方法包括如下步驟(1)利用已有的高速銑刀減振模型，結(jié)合銑刀服役特性分析，獲取高速銑削過程中 銑刀結(jié)構(gòu)、材料和切削參數(shù)對銑刀服役性能影響相關(guān)數(shù)據(jù)，構(gòu)建高速銑刀服役行為多結(jié)構(gòu) 層次模型；(2)通過高速銑刀結(jié)構(gòu)域、材料域與功能域之間映射變換和有限元分析，獲得高速 銑刀服役行為結(jié)構(gòu)層次分解方案；(3)采用公理設(shè)計參數(shù)結(jié)構(gòu)合并準(zhǔn)則和設(shè)計約束轉(zhuǎn)換準(zhǔn)則，降低高速銑刀設(shè)計耦 合程度，獲得高速銑刀結(jié)構(gòu)參數(shù)與材料參數(shù)設(shè)計序列；(4)依照步驟(3)獲得的設(shè)計序列，依次完成銑刀剛度矩陣、質(zhì)量矩陣、刀片材料 熱力學(xué)特性、刀片與工件摩擦系數(shù)、銑刀材料屈服強(qiáng)度和銑刀材料密度等材料參數(shù)初始設(shè) 計；(5)在步驟的基礎(chǔ)上，依次完成銑刀直徑、齒數(shù)、刀齒間角和銑刀前角結(jié)構(gòu)設(shè) 計，并通過銑刀材料屈服強(qiáng)度、銑刀材料密度、刀片材料熱力學(xué)特性、刀片與工件摩擦系數(shù)、 銑刀剛度矩陣和質(zhì)量矩陣優(yōu)化，依次完成銑刀軸向長度及誤差、副偏角和銑刀動平衡精度 設(shè)計，達(dá)到安全、穩(wěn)定、高效切削服役行為的銑刀設(shè)計目標(biāo)。有益效果1.本發(fā)明依據(jù)高速銑刀服役行為多結(jié)構(gòu)層次模型，分層次對高速銑刀設(shè)計參數(shù)進(jìn)行量化評估和處理，可有效降低高速銑刀設(shè)計耦合程度，由此獲得的設(shè)計方案消除了高速 銑刀結(jié)構(gòu)設(shè)計回路，并使其材料設(shè)計結(jié)果得到優(yōu)化。按高速銑刀結(jié)構(gòu)層次設(shè)計序列開發(fā)的 高速銑刀，具有較高的安全性和高效切削穩(wěn)定性，縮短了高速銑刀設(shè)計開發(fā)周期。2.本發(fā)明通過構(gòu)建高速銑刀服役行為多結(jié)構(gòu)層次模型，較全面地反映出銑刀產(chǎn)品 經(jīng)濟(jì)和社會滿意度；依據(jù)獲得的高速銑刀結(jié)構(gòu)層次設(shè)計序列進(jìn)行高速銑刀設(shè)計，有效解決 高速銑刀設(shè)計參數(shù)交互作用導(dǎo)致的高速銑刀服役性能衰退和銑刀產(chǎn)品串行設(shè)計上存在的 設(shè)計沖突和設(shè)計回路過多等問題，該方法為在功能耦合的條件下進(jìn)行高速銑刀產(chǎn)品協(xié)同優(yōu) 化設(shè)計提供了一條有效的途徑。


附圖1是高速銑刀服役行為結(jié)構(gòu)層次。附圖2是高速銑刀服役行為多結(jié)構(gòu)層次分解。附圖3是高速銑刀協(xié)同設(shè)計過程。附圖4是高速銑刀變形分析曲線。附圖5是高速銑刀應(yīng)力場分析曲線。附圖6是高速銑刀模態(tài)分析曲線。附圖7是高速銑刀溫度場分析曲線。
具體實施例方式實施例1 高速銑刀多結(jié)構(gòu)層次設(shè)計方法，該方法包括如下步驟(1)利用已有的高速銑刀減振模型，結(jié)合銑刀服役特性分析，獲取高速銑削過程中 銑刀結(jié)構(gòu)、材料和切削參數(shù)對銑刀服役性能影響相關(guān)數(shù)據(jù)，構(gòu)建高速銑刀服役行為多結(jié)構(gòu) 層次模型；依據(jù)需求層次理論，優(yōu)良服役行為既是高速銑刀在較高層次上的功能需求，也是 實現(xiàn)高速切削的重要保障。因此，高速銑刀服役行為不僅綜合反映了銑刀在高速切削過程 中的狀態(tài)和表現(xiàn)，而且能夠較全面地反映出銑刀產(chǎn)品經(jīng)濟(jì)和社會滿意度，是檢驗高速銑刀 產(chǎn)品能否滿足關(guān)鍵零部件高效、高精度加工需求的最終判據(jù)。高速銑刀服役行為具有各類材料系統(tǒng)的共同特性，即層次性、相關(guān)性、相容性、整 體性、開放性和動態(tài)性，如圖1所示。(2)通過高速銑刀結(jié)構(gòu)域、材料域與功能域之間映射變換和有限元分析，獲得高速 銑刀服役行為結(jié)構(gòu)層次分解方案；高速銑刀服役行為由低級到高級，依次為安全性、穩(wěn)定性、加工質(zhì)量、加工成本、加 工效率。生產(chǎn)實踐表明加工效率提高20%，加工成本可降低15%。同時，提高銑刀切削穩(wěn) 定性可顯著提高加工質(zhì)量。因此，從滿足高速銑刀安全性、穩(wěn)定性和加工效率等服役行為基 本要求出發(fā)，采用公理設(shè)計理論，在高速銑刀服役行為的功能域(FRs)、結(jié)構(gòu)域(DPs)和材料 域(DPm)之間進(jìn)行“之字形”映射變換，對其服役行為進(jìn)行多結(jié)構(gòu)層次分解，如圖2所示。由此可獲得高速銑刀服役行為結(jié)構(gòu)層次分解方案為
權(quán)利要求
1. 一種高速銑刀多結(jié)構(gòu)層次設(shè)計方法，其特征是該方法包括如下步驟(1)利用已有的高速銑刀減振模型，結(jié)合銑刀服役特性分析，獲取高速銑削過程中銑刀 結(jié)構(gòu)、材料和切削參數(shù)對銑刀服役性能影響相關(guān)數(shù)據(jù)，構(gòu)建高速銑刀服役行為多結(jié)構(gòu)層次 模型；(2)通過高速銑刀結(jié)構(gòu)域、材料域與功能域之間映射變換和有限元分析，獲得高速銑刀 服役行為結(jié)構(gòu)層次分解方案；(3)采用公理設(shè)計參數(shù)結(jié)構(gòu)合并準(zhǔn)則和設(shè)計約束轉(zhuǎn)換準(zhǔn)則，降低高速銑刀設(shè)計耦合程 度，獲得高速銑刀結(jié)構(gòu)參數(shù)與材料參數(shù)設(shè)計序列；(4)依照步驟(3)獲得的設(shè)計序列，依次完成銑刀剛度矩陣、質(zhì)量矩陣、刀片材料熱力 學(xué)特性、刀片與工件摩擦系數(shù)、銑刀材料屈服強(qiáng)度和銑刀材料密度等材料參數(shù)初始設(shè)計；(5)在步驟的基礎(chǔ)上，依次完成銑刀直徑、齒數(shù)、刀齒間角和銑刀前角結(jié)構(gòu)設(shè)計，并 通過銑刀材料屈服強(qiáng)度、銑刀材料密度、刀片材料熱力學(xué)特性、刀片與工件摩擦系數(shù)、銑刀 剛度矩陣和質(zhì)量矩陣優(yōu)化，依次完成銑刀軸向長度及誤差、副偏角和銑刀動平衡精度設(shè)計， 達(dá)到安全、穩(wěn)定、高效切削服役行為的銑刀設(shè)計目標(biāo)。
全文摘要
高速銑刀多結(jié)構(gòu)層次設(shè)計方法用于解決高速銑刀服役性能衰退和銑刀產(chǎn)品串行設(shè)計上存在的設(shè)計沖突和設(shè)計回路過多等問題。本發(fā)明的方法包括(1)構(gòu)建高速銑刀服役行為多結(jié)構(gòu)層次模型；(2)獲得高速銑刀服役行為結(jié)構(gòu)層次分解方案；(3)獲得高速銑刀結(jié)構(gòu)參數(shù)與材料參數(shù)設(shè)計序列；(4)完成銑刀剛度矩陣、質(zhì)量矩陣、刀片材料熱力學(xué)特性、刀片與工件摩擦系數(shù)、銑刀材料屈服強(qiáng)度和銑刀材料密度等材料參數(shù)初始設(shè)計；(5)完成銑刀直徑、齒數(shù)、刀齒間角和銑刀前角結(jié)構(gòu)設(shè)計，并完成銑刀軸向長度及誤差、副偏角和銑刀動平衡精度設(shè)計，達(dá)到安全、穩(wěn)定、高效切削服役行為的銑刀設(shè)計目標(biāo)。本發(fā)明用于高速銑刀多結(jié)構(gòu)層次設(shè)計。
文檔編號B23C5/00GK102120271SQ201010032448
公開日2011年7月13日 申請日期2010年1月11日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月11日
發(fā)明者姜彬, 鄭敏利 申請人:哈爾濱理工大學(xué)