CN108436596A - 一种基于高速铣刀组件原子群构型的铣刀损伤预后方法 - Google Patents

一种基于高速铣刀组件原子群构型的铣刀损伤预后方法 Download PDF

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Abstract

一种基于高速铣刀组件原子群构型进行的铣刀损伤预后方法，其技术要点是：一、建立并验证高速铣刀组件原子群构型；二、建立高速铣刀组件宏观有限元应力场；三、获取及表征高速铣刀组件原子群变化特性的方法；四、建立高速铣刀损伤临界敏感性的熵值模型；五、建立高速铣刀组件损伤的跨尺度演变判据；本发明在确定高速铣削过程中工件的材料和尺寸、铣刀的材料、结构参数以及切削参数的基础上，建立并验证铣刀组件原子群构型，利用高速断续切削载荷下铣刀原子群的运动特性，揭示铣刀宏介观损伤之间的内在联系，将铣刀组件的运动集群效应和临界熵值作为判据，定量描述铣刀损伤形成及演变过程中的原子群运动特性，判断铣刀组件损伤的跨尺度发展阶段。

Description

一种基于高速铣刀组件原子群构型的铣刀损伤预后方法
技术领域：
本发明涉及一种铣刀损伤的跨尺度识别方法，具体涉及采用力学性能验证铣刀组件原子群构型的方法以及利用原子构型发生破坏的临界熵值识别铣刀损伤跨尺度演变的方法。
背景技术：
在高速铣削过程中，铣刀内部能量不断积聚，使内应力急剧增大，并引起铣刀内部结构上的改变。这种结构上的改变一旦使铣刀发生损伤，其破坏程度发展迅速，若不能及时发现，产生的多是不可修复的严重事故。
目前，有关铣刀损伤识别和检测的研究，主要集中在基于结构动态特性的改变来识别结构中发生的损伤，其核心思想是认为损伤将显著改变铣刀的刚度、质量或耗能能力，进而引起所测结构力学性能或响应的改变。采用该方法进行铣刀损伤状态识别，只有当损伤演化到宏观层次，造成铣刀结构和力学性能发生显著变化才可能被发现，同时产生的响应信息可能因为加工环境的干扰而具有不确定性，难以鉴别出结果异常到底是由于铣刀发生了真正的“物理损伤”，还是数据或环境造成的损伤“假象”。因此，此类铣刀损伤识别和检测方法具有一定的滞后性和不确定性，难以满足高速铣削对于铣刀安全性的要求。
发明内容：
本发明为克服已有的铣刀损伤识别和检测方法上存在的问题，提供了一种基于高速铣刀组件原子群构型的铣刀损伤预后方法，该方法通过对高速面铣刀的铣刀组件损伤特征检测，分析高速铣刀组件损伤的演化过程，建立铣刀组件原子与有限元交叠带模型。依据铣刀能谱分析结果和最低能量原理，建立并优化铣刀原子群构型，利用弹性模量、泊松比和晶格常数的仿真与实验结果，进行铣刀原子群构型有效性验证。将切削载荷和原子群构型代入交叠带模型中并采用EAM势函数，研究切削载荷作用下铣刀组件原子群点阵位错运动及其集群效应。利用铣刀原子群熵值随点阵位错运动集群效应的增强而不断增大的特性，建立铣刀损伤临界敏感性的熵值判据，定量描述铣刀损伤形成及演变过程中的原子群运动特性，提出高速铣刀损伤的预后方法。
本发明的基于高速铣刀组件原子群构型的铣刀损伤预后方法，为实现上述目的所采用的技术方案在于包括以下步骤：
一、建立并验证高速铣刀组件原子群构型
a、采用高速面铣刀作为测试铣刀，依据铣刀切削工艺条件确定高速铣刀的材料；
b、利用FEI扫描电镜对高速铣刀组件进行能谱分析，根据分析结果，建立铣刀组件的原子群构型，铣刀组件包括铣刀刀体上用于安装刀片的结合面部分和用于夹紧刀片的紧固螺钉；
c、采用能量最低理论，通过释放原子群的能量，获得铣刀组件原子群的稳定构型；
d、对铣刀组件所用材料进行力学性能实验，获取铣刀组件材料力学性能参数的实验结果，采用分子动力学仿真分析的方法，计算铣刀组件材料力学性能参数的仿真结果，控制实验结果和仿真结果的误差小于10％，使高速铣刀组件原子群构型有效；
二、建立高速铣刀组件宏观有限元应力场
a、依据铣刀切削工艺条件确定工件的材料和尺寸参数，高速铣刀的材料，结构参数以及切削参数；
b、对高速铣刀进行有限元分析，分析铣刀组件的应力状态，提取铣刀组件的应力分布；
三、获取及表征高速铣刀组件原子群变化特性
a、根据铣刀组件应力分布，采用高速铣刀组件原子与有限元交叠带模型，对铣刀组件进行分子动力学仿真，揭示出原子群局部产生的原子剥离现象，和原子群发生的点阵位错运动；
b、利用原子群描述原子点阵缺陷及位错结构的长程特性，扩大原子群的原子点阵规模，揭示出铣刀组件原子群运动的集群效应，同时采用分子动力学仿真获得的能量曲线定量表征原子群运动的集群效应；
四、建立高速铣刀损伤临界敏感性的熵值模型
a、根据铣刀组件分子动力学仿真的结果，得出原子群能量曲线；
b、根据原子群能量曲线计算铣刀组件原子群构型在应力分布条件下的原子群熵值；
c、根据原子群能量曲线，采用逐渐增加应力载荷的方法，获取不同损伤应力状态下铣刀组件原子群构型发生整体性破坏的临界熵值，分析铣刀组件高速铣刀损伤演化过程中在不同层次上所表现出的跨尺度特征，即高速铣刀损伤临界敏感性；
五、建立高速铣刀组件损伤的跨尺度演变判据
将原子群运动的集群效应和原子群构型破坏的临界熵值作为高速铣刀损伤跨尺度演变判据，若铣刀组件的原子群构型没有发生集群效应，则原子群构型稳定；若铣刀组件的原子群构型发生集群效应，但原子群构型的熵值没有超过临界熵值，则铣刀组件只会在介观尺度上产生损伤，铣刀组件的损伤不会向宏观尺度演变；若铣刀组件原子群构型的熵值超过临界熵值，则铣刀组件运动的集群效应将不断增强，铣刀组件的介观损伤进一步发展为沿晶断裂、穿晶断裂和解理断裂，并发生跨尺度演变，产生宏观损伤，宏观损伤形式包括位错带，孔洞，微裂纹和剥落。
作为本发明的进一步改进，步骤一中采用直径63mm、刀体材料40Cr、螺钉材料35CrMo的四齿等齿距高速面铣刀作为测试刀具。
作为本发明的进一步改进，步骤一中的铣刀切削工艺条件为：实验转速n为8000rpm、每齿进给量fz为0.08mm/z、切削深度ap为0.5mm、切削宽度ae为56mm、工件材料为铝合金7075、切削行程为100m。
作为本发明的进一步改进，步骤一中铣刀组件材料力学性能参数包括弹性模量、泊松比和晶格常数。
本发明的有益效果是：本发明对高速铣刀原子群构型进行验证，对于构建的原子群构型，首先以最低能量理论，通过能量释放，降低原子群内部的应力，获得原子群稳定构型，对铣刀组件所用材料进行力学实验，计算铣刀组件的力学性能参数，参数分别为：弹性模量、泊松比和晶格常数，通过高速铣刀力学行为实验和分子动力学仿真结果作对比，验证原子群构型的有效性，若参数误差超过10％，重新调整原子群构型，直到误差小于10％，证明原子群构型有效。
本发明通过损伤研究尺度划分建立原子与有限元交叠带模型，并利用高速铣刀原子群构型验证方法得到的有效原子群构型，通过EAM势函数，进行分子动力学仿真，研究原子群演化行为特征，得出原子群运动集群效应，利用原子群能量曲线，计算原子群的临界熵值，以运动集群效应和临界熵值为判据，判断铣刀损伤的演变阶段以及损伤特征。与现有技术不同之处为：
高速铣刀损伤预后与传统铣刀损伤检测不同之处在于，传统损伤检测是基于铣刀状态监测结果，利用响应信息来反演、识别结构中已发生的损伤，但缺乏对损伤形成过程的认识，该方法具有一定的滞后性和不确定性。损伤预后是在揭示损伤形成与演化过程的前提下，结合铣刀服役历史和当前状态监测结果，通过模型预测铣刀的将来行为。另一方面，高速铣刀损伤预后既不是单纯地预测一个未发生的损伤事件，也不是识别和评估已发生的铣刀损伤，而是要在明确铣刀当前多结构层次响应及其损伤演化的基础上，利用当前铣刀性能参数建立多尺度响应与损伤模型，推断铣刀在服役载荷作用下的损伤演化过程及其安全性劣化结果。
附图说明：
图1为本发明的整体流程图，图中，E为铣刀组件弹性模量仿真结果、μ为铣刀组件泊松比仿真结果、V为铣刀组件晶格常数仿真结果、E＇为铣刀组件弹性模量实验结果、μ＇为铣刀组件泊松比实验结果、V＇为铣刀组件晶格常数实验结果、i为原子群构型构建次数、S为原子群的实际熵值、S＇为原子群临界熵值、Mo为原子与有限元交叠带模型；
图2为本发明中铣刀组件检测部位示意图；
图3为高速铣刀刀体和刀片的定位结合面交界处的检测放大图；
图4为高速铣刀刀体和刀片的定位结合底面边缘处的检测放大图；
图5为铣刀组件中紧固螺钉螺纹表面前端处的检测放大图；
图6为铣刀组件中紧固螺钉螺纹表面末端处的检测放大图；
图7为高速铣刀损伤尺度划分图；
图8为高速铣刀原子的放大图；
图9为高速铣刀原子和有限元交叠带模型的示意图；
图10为高速铣刀的示意图；
图11为40Cr铣刀刀体能谱测试结果示意图；
图12为原子群构型图；
图13为35CrMo螺钉能谱测试结果示意图；
图14为原子群构型图；
图15为高速铣刀构型刀体和刀片结合面的能量图谱；
图16为高速铣刀构型螺钉螺纹表面的能量图谱；
图17为高速铣刀应力场分析及原子群点阵位错运动图；
图18为高速铣刀原子群缺陷演化图；
图19为高速铣刀原子群行为特征图；
图20为原子群能量曲线图；
图21为直径80mm铣刀紧固螺钉的螺纹表面能谱分析图；
图22为为直径80mm铣刀紧固螺钉的螺纹表面原子群构型图；
图23为直径80mm铣刀刀片和刀体的结合面能谱分析图；
图24为直径80mm铣刀刀片和刀体的结合面原子群构型图；
图25为高速铣刀损伤前兆的示意图；
图26为高速铣刀损伤前兆跨尺度关联分析图；
图27为高速铣刀损伤示意图；
图28为高速铣刀损伤跨尺度关联分析图；
图29为铣刀组件中刀齿损伤的检测图；
图30为铣刀组件中刀体与刀片结合面损伤的检测图；
图31为铣刀组件中螺钉螺纹表面损伤的检测图。
具体实施方式：
以下结合各附图对本发明的具体实施方式做详细说明：
本发明的基于高速铣刀组件原子群构型的铣刀损伤预后方法，具体是通过以下步骤实现的：
一、建立高速铣刀损伤特征及其宏介观跨尺度的关联
(1)、采用直径63mm，刀体材料40Cr，螺钉材料35CrMo的四齿等齿距高速面铣刀进行高速铣削实验，其实验转速n为8000rpm、每齿进给量fz为0.08mm/z、切削深度ap为 0.5mm、切削宽度ae为56mm、工件材料为铝合金7075、切削行程为100m，对图2所示的铣刀刀体上用于安装刀片的定位面，和与刀体连接的紧固螺钉螺纹表面进行损伤检测，结果如图3至图6所示。
图3所示，在刀体和刀片的定位结合面交界处(图2中A处)附近有位错带出现；图 4所示，刀体与刀片结合面边缘(图2中B处)在压应力作用下产生微裂纹，并伴有清晰的位错带；图5所示，紧固螺钉前端(图2中C处)螺纹表面出现微裂纹；图6所示，紧固螺钉末端(图2中D处)不但出现微裂纹，而且有部分结构剥落，对损伤区域进行进一步探查发现，微裂纹和剥落周围具有塑性变形产生的孔洞。
根据铣刀组件损伤探查结果及其原子群结构对高速铣刀损伤进行尺度划分，所述铣刀组件为铣刀刀体上用于安装刀片的定位面和与刀体连接的紧固螺钉螺纹表面，如图7所示，对于宏观尺度的结构损伤，可以采用连续介质力学并结合损伤探查结果确定损伤的应力和应变条件；在介观尺度下，可以采用分子动力学对铣刀损伤的成核阶段进行分析。但由于连续介质力学和分子动力学间缺乏简单、直接的联系，使得原子群运动与宏观结构性损伤之间的对应关系具有不确定性，因此，建立铣刀组件的宏观连续介质力学和介观分子动力学的跨尺度关联模型是实现铣刀损伤预后的关键。
(2)采用Macroscopic,Atomistic,Ab Initio Dynamics(MAAD)方法建立高速铣刀组件原子和有限元交叠带模型，即在铣刀组件的一部分区域采用分子动力学理论描述，另一部分采用连续介质力学理论描述，在两区域之间建立连接分子动力学模型与连续介质模型的过渡区域，如图8至图10所示。
图8至图10中，原子区域为适用分子动力学的区域；连续介质区域为适用宏观有限元仿真的区域；搭接区域为原子区域和连续介质区域间的过渡区域；界面原子是指处于原子区域和搭接区域交界面的原子；衬垫区为在有限元区域布置的拟原子区，为边界真实原子提供一个符合实际的环境，以便在界面处有足够的邻域原子提供非局部的原子作用力。
(3)在原子和有限元交叠带模型中，切削载荷的跨尺度传递是实现宏观和介观结构层次之间损伤信息有效沟通的必要条件，为此，依据密度泛函数理论，建立基于力连接的铣刀跨尺度关联运动方程，如公式(1)所示，使得原子群介观运动能够正确反映出高速铣刀损伤特征，
式中：为原子i的位移加速度、k为该调合势函数相应的广义弹簧常数、di(i＝1～4)分别为各个原子/节点的位移、m为原子的质量。
二、进行高速铣刀原子群构型及其力学性能验证
(1)在高速铣刀刀体和螺纹内部，不同原子的数量及质量百分比决定了铣刀材料的物理性能，为揭示这些原子在铣刀内部的结合关系，对图2所示的刀体与刀片结合面以及螺钉螺纹表面提取样本，根据能谱分析结果，建立铣刀刀体和螺钉的原子群构型，如图11至图14所示。
图11至图14中，Wt％为铣刀组件的元素百分比，At％为铣刀组件的元素质量百分比。
(2)采用能量最低理论，调整总能量与电子结构和原子核的关系，确定铣刀组件的构型状态，再通过能量释放，降低原子群内部的应力，其原子群处于稳定状态，从而获得刀体结合面和螺钉原子群的稳定构型，如图15和图16所示。
(3)为验证高速铣刀原子群构型对宏观切削载荷的响应，对刀体和刀片结合面和螺钉所用材料进行力学实验，并计算铣刀组件损伤的原子群力学性能参数，依据高速铣刀力学行为实验和分子动力学仿真结果，对比分析铣刀组件弹性模量、泊松比和晶格常数，结果如表1，表2和表3所示。
表1铣刀组件弹性模量实验与仿真结果对比分析
表2铣刀组件泊松比实验与仿真结果对比分析
表3铣刀组件晶格常数实验与仿真结果对比分析
表3中，a、b、c为晶胞在3个方向上的边长，α为a、b间的夹角，β为b、c间的夹角，λ为a、c间的夹角，如图12，图14所示，所述晶胞是指铣刀组件材料的晶格。
由表1～表3可见，铣刀实际原子群力学性能参数比模拟分析结果略低，但铣刀各组件的参数误差均控制在10％以内，因此，高速铣刀组件的原子群构型能够有效反映其力学性能。
三、分析高速铣刀原子群运动变化特性
(1)采用步骤一中的实验条件，对高速铣刀进行应力场分析，提取刀体与刀片结合定位底面的应力分布图，根据应力分布对结合定位底面进行分子动力学仿真，如图17所示。
如图17所示，由于高速铣削的冲击载荷作用，铣刀组件的原子群局部产生原子剥离，形成空位，随着切削载荷的持续作用，空位逐渐收缩，并由周围的原子填补，转变为原子点阵位错形核，同时原子点阵出现相互平行的位错线，形成明显的位错带区域。
(2)扩大原子群的原子点阵规模，并采用Embedded Atom Method(EAM)势函数，分析原子群缺陷演化行为特征，如图18和19所示。
图18和19中，铣刀中偏离平衡状态的原子通过位错运动引起原子点阵结构的改变，造成更大范围的点阵位错，并聚集在特定区域，产生了原子运动的集群效应，使铣刀原子群构型发生明显变化。
(3)铣刀原子运动的集群效应与铣刀内部原子群的活跃程度密切相关，为此，进行铣刀原子群能量仿真分析，结果如图20所示。
由图20可知，在切削载荷的作用下，处于集群效应状态下的原子群能量曲线波动频繁，表明原子群的原子运动程度剧烈。同时，原子群的总体能量在波动状态下逐渐上升，表明原子群的活跃程度不断增强。
四、建立高速铣刀损伤临界敏感性的熵值模型
(1)在高速铣刀损伤跨尺度演变过程中，原子群的总体能量不断提高，原子群内部原子的活跃程度增大，因此，为进一步揭示高速铣刀原子点阵位错结构的跨尺度演变特性，采用原子群的熵值来定量化描述铣刀组件原子群的集群效应。
在切削载荷作用下，高速铣刀由熵值为S0的初始状态转变为熵值为S的状态，其熵值的计算公式如下所示。
式中：S为原子群在t时刻的熵值、S0为高速铣刀组件在初始状态下的熵值、E0为原子群发生点阵位错的初始能量、Et为原子群在t时刻能量、T为铣刀原子群温度。
S0的计算公式如下：
式中：N为原子群粒子数目、ξ＝h/2π、h为普朗克常数、k为玻尔兹曼常数、ω为高速铣刀刀体和螺钉组件粒子的振动频率、ωL为原子在空间的振动频率，g(ω)为振动频率ω的分布函数并满足量子力学的归一化条件，因此，S0的计算公式为：
S0＝3Nk[1-ln(ξω/kT)] (4)
(2)依据公式(2)～(4)，通过不断增大铣刀组件所受的拉应力，压应力和剪应力，分别得出铣刀组件原子群在各种应力作用下产生原子群整体性坍塌的熵值，即铣刀组件临界熵值。将临界熵值，作为预测铣刀组件产生宏观损伤的判据，具体是：
在高速铣削过程中，受多种应力载荷的综合作用，铣刀组件产生不同形式的宏观损伤。在刀体和刀片的定位结合面交界处以拉应力为主，边缘以压应力为主。螺钉螺纹表面承受压应力、拉应力的综合作用，在刀体和刀片的交界处的部分受到剪应力作用。采用逐渐增加应力载荷的方法，获取不同损伤应力状态下铣刀组件原子群构型发生整体性破坏的熵值，如表4所示。
由表4分析可知，随着铣刀原子运动集群效应不断增强，原子群构型失稳状态加剧，当达到临界熵值时，原子群由局部性破坏转变为整体性坍塌，介观损伤向更大尺度发展，最终导致铣刀组件产生宏观损伤。
表4高速铣刀损伤临界熵值
五、进行高速铣刀损伤预后检测与实验验证
(1)高速铣刀的损伤预后不仅是对铣刀可能产生的宏观损伤行为和特征进行预测，而且要在把握损伤宏观和介观跨尺度响应的基础上，推断铣刀在现在与将来服役载荷和环境作用下的损伤演化过程。因此，以预测高速铣刀损伤的演变过程及其属性为目标，采用铣刀原子与有限元交叠带模型和损伤临界敏感性判据，进行高速铣刀损伤的预后检测，具体流程如图1所示。
首先，依据铣刀切削工艺条件确定铣刀的材料、尺寸参数、结构参数和切削参数，进行尺度划分，建立原子与有限元交叠带模型。通过原子群最低能量理论，建立并优化铣刀组件原子群构型，并验证原子群构型的有效性。将铣刀原子群构型，宏观有限元模型以及切削载荷代入原子与有限元交叠带模型中，判断在该工艺条件下，铣刀组件原子群运动集群效应的程度。若没有出现集群效应，则原子群结构稳定；若出现集群效应，则原子群会出现介观损伤，并可能向更大尺度发展。最后，在发生运动集群效应的前提下，计算铣刀组件原子群临界熵值，定量描述集群效应，判断铣刀组件损伤临界敏感性。若没有超过临界熵值，铣刀组件不会出现宏观损伤，只会在介观尺度下产生原子群构型的结构变形；若超过临界熵值，表明集群效应进一步增强，铣刀组件会产生穿晶断裂，沿晶断裂和解理断裂，并最终产生孔洞，微裂纹和剥落的宏观损伤。
(2)为验证该损伤预后方法的有效性，以直径为80mm的八齿的等齿距高速铣刀为实验对象，进行高速铣削验证实验。工件材料为铝合金7075，实验条件为：转速n为8000rpm、每齿进给量fz为1.4mm、切削深度ap为5.1mm、切削宽度ae为56mm，铣刀刀片和刀体的结合面以及螺钉的螺纹表面的能谱分析结果和原子群构型如图21至24所示。
通过分子动力学仿真和公式(2)～(4)的计算，铣刀结合面在拉应力作用下临界熵值为363.00J/mol·K，在压应力作用下临界损伤熵值为447.63J/mol·K。螺钉在剪应力作用下临界熵值为233.94J/mol·K，在压应力作用下临界熵值为282.04J/mol·K，在拉应力应力作用下临界熵值为327.13J/mol·K。
根据实验条件对铣刀进行有限元应力分析，铣刀单齿的刀体与刀片结合面受到最大应力为650Mpa，螺钉受到最大应力为450Mpa。设初始温度为320K，在EAM势函数下，观察原子群的演化特性及能量变化，如图25至图28所示。
图25至图28中，铣刀刀体与刀片结合面的原子群构型以位错塞积为主，只在边缘少数原子分离。结合面熵值为230.85J/mol·K，低于临界熵值363.00J/mol·K，同时能量曲线趋于平稳，表明没有出现集群效应。由此分析可知，刀体与刀片结合面的原子群结构稳定，不会出现聚集明显的位错带，结合面不会产生宏观损伤。
螺钉螺纹面的原子群产生大规模的价键断裂，并伴有位错塞积，熵值为 366.10J/mol·K，超出了临界熵值327.13J/mol·K，表明铣刀原子群构型发生了整体性坍塌，在介观尺度上产生穿晶断裂，并会诱发更大规模的原子集群效应，使介观损伤发展成微裂纹和孔洞等宏观损伤。
(3)为验证预后结果，对此次实验铣刀刀齿的刀体与刀片结合面以及螺钉螺纹表面进行检测，如图29至图31所示。
如图30所示，在刀体与刀片的结合面没有明显的位错带或微裂纹。如图31所示，螺钉螺纹面产生以点放射分布的微裂纹。该结果表明，采用上述损伤预后方法，可以有效预测高速铣刀损伤的形成并把握高速铣刀跨尺度演变特性。

Claims (4)

1.一种基于高速铣刀组件原子群构型的铣刀损伤预后方法，其特征在于包括以下步骤：
一、建立并验证高速铣刀组件原子群构型
a、采用高速面铣刀作为测试铣刀，依据铣刀切削工艺条件确定高速铣刀的材料；
b、利用FEI扫描电镜对高速铣刀组件进行能谱分析，根据分析结果，建立铣刀组件的原子群构型，铣刀组件包括铣刀刀体上用于安装刀片的结合面部分和用于夹紧刀片的紧固螺钉；
c、采用能量最低理论，通过释放原子群的能量，获得铣刀组件原子群的稳定构型；
d、对铣刀组件所用材料进行力学性能实验，获取铣刀组件材料力学性能参数的实验结果，采用分子动力学仿真分析的方法，计算铣刀组件材料力学性能参数的仿真结果，控制实验结果和仿真结果的误差小于10％，使高速铣刀组件原子群构型有效；
二、建立高速铣刀组件宏观有限元应力场
a、依据铣刀切削工艺条件确定工件的材料和尺寸参数，高速铣刀的材料，结构参数以及切削参数；
b、对高速铣刀进行有限元分析，分析铣刀组件的应力状态，提取铣刀组件的应力分布；
三、获取及表征高速铣刀组件原子群变化特性
a、根据铣刀组件应力分布，采用高速铣刀组件原子与有限元交叠带模型，对铣刀组件进行分子动力学仿真，揭示出原子群局部产生的原子剥离现象，和原子群发生的点阵位错运动；
b、利用原子群描述原子点阵缺陷及位错结构的长程特性，扩大原子群的原子点阵规模，揭示出铣刀组件原子群运动的集群效应，同时采用分子动力学仿真获得的能量曲线定量表征原子群运动的集群效应；
四、建立高速铣刀损伤临界敏感性的熵值模型
a、根据铣刀组件分子动力学仿真的结果，得出原子群能量曲线；
b、根据原子群能量曲线计算铣刀组件原子群构型在应力分布条件下的原子群熵值；
c、根据原子群能量曲线，采用逐渐增加应力载荷的方法，获取不同损伤应力状态下铣刀组件原子群构型发生整体性破坏的临界熵值，分析铣刀组件高速铣刀损伤演化过程中在不同层次上所表现出的跨尺度特征，即高速铣刀损伤临界敏感性；
五、建立高速铣刀组件损伤的跨尺度演变判据
将原子群运动的集群效应和原子群构型破坏的临界熵值作为高速铣刀损伤跨尺度演变判据，若铣刀组件的原子群构型没有发生集群效应，则原子群构型稳定；若铣刀组件的原子群构型发生集群效应，但原子群构型的熵值没有超过临界熵值，则铣刀组件只会在介观尺度上产生损伤，铣刀组件的损伤不会向宏观尺度演变；若铣刀组件原子群构型的熵值超过临界熵值，则铣刀组件运动的集群效应将不断增强，铣刀组件的介观损伤进一步发展为沿晶断裂、穿晶断裂和解理断裂，并发生跨尺度演变，产生宏观损伤，宏观损伤形式包括位错带，孔洞，微裂纹和剥落。
2.如权利要求1所述的一种基于高速铣刀组件原子群构型的铣刀损伤预后方法，其特征在于：步骤一中采用直径63mm、刀体材料40Cr、螺钉材料35CrMo的四齿等齿距高速面铣刀作为测试刀具。
3.如权利要求1所述的一种基于高速铣刀组件原子群构型的铣刀损伤预后方法，其特征在于：步骤一中的铣刀切削工艺条件为：实验转速n为8000rpm、每齿进给量fz为0.08mm/z、切削深度ap为0.5mm、切削宽度ae为56mm、工件材料为铝合金7075、切削行程为100m。
4.如权利要求1所述的一种基于高速铣刀组件原子群构型的铣刀损伤预后方法，其特征在于：步骤一中铣刀组件材料力学性能参数包括弹性模量、泊松比和晶格常数。
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