[發明專利]一種端銑加工表面誤差預測及仿真方法

有效

• 申請號: 201410504201.5
• 申請日: 2014-09-26
• 公開（公告）號: CN104298818B
• 公開（公告）日: 2018-05-25
• 發明（設計）人: 焦黎;王西彬;錢鈺博;孫厚芳;解麗靜
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 北京科億知識產權代理事務所(普通合伙) 11350
• 代理人: 湯東鳳

本發明公開了一種端銑加工表面誤差預測及仿真方法，針對端銑切削過程中引起加工變形誤差的各影響因素開展分析，結合端銑加工特點，建立被加工表面單因素、多因素誤差矢量模型及誤差累積矢量關系模型；借助計算、仿真分析的方法，針對被加工表面平面度誤差的求解方法，根據最小包容區域法，采用基于實數編碼的自適應遺傳算法計算平面度誤差，通過實例計算進行驗證并與傳統遺傳算法進行對比分析。本發明的方法簡單，操作方便，較好地解決了切削熱引起的熱應力、卸載裝夾載荷產生的殘余應力等，但相互之間又大都無嚴格的定量或邏輯關系，給加工表面誤差分析帶來了極大困難的問題。

技術領域

本發明屬于端銑加工技術領域，尤其涉及一種端銑加工表面誤差預測及仿真方法。

背景技術

在諸多誤差來源中，切削力、切削熱、裝夾、應力等所引起的加工變形誤差與切削過程緊密相關，其對加工精度的影響難以通過改進機床結構或材料而降低。因此，開展上述誤差來源與加工變形誤差間關系的研究，是準確預測、控制并提高加工精度的前提條件之一。

端銑切削加工對象主要為箱體、機架、床身等大中型零件上的較大尺寸平面，加工變形引起的被加工表面誤差是端銑加工誤差的主要表現形式。

切削力是引起加工過程中彈性變形的主要原因之一。在切削力的作用下，刀具、工件發生彈性變形，產生“讓刀”現象，則實際加工表面與理論加工表面沿被加工表面的法向存在一定偏差，從而形成加工變形誤差。

根據刀具、工件在切削力作用下的變形情況，主要形成三類彈性變形誤差預測模型：

(1)考慮刀具受力變形的誤差預測模型。該模型假設加工過程中工件受力變形很小或無變形，加工誤差僅由刀具的彈性變形誤差引起。

(2)考慮工件受力變形的誤差預測模型。該類模型假設加工過程中刀具受力變形很小或變形可以忽略，加工誤差由工件的彈性變形誤差引起。

(3)考慮刀具、工件同時受力變形的誤差預測模型。該類模型同時考慮刀具與工件的受力變形，加工誤差由刀具彈性變形誤差及工件彈性變形誤差耦合作用引起。

在立銑加工過程中，刀具在切削力的作用下產生的受力變形往往被認為是引起加工變形誤差的主要因素，在周銑加工過程中，刀具與工件均可能產生受力變形。

與立銑、周銑加工不同，端銑加工過程中，由于被加工對象主要為箱體、機架、床身等大中型零件上的較大尺寸平面，被加工工件往往具有內部結構復雜、壁薄等特點，因此在受到切削力的作用下較之端銑刀更易發生受力變形，因此端銑加工過程中的彈性變形誤差主要由工件變形引起，刀具變形及工件變形引起的加工表面誤差可通過解析或數值模擬的方法求解得到，常用方法包括： (1)基于刀具與主軸間線彈性關系的假設，視刀具為整體懸臂梁或分段懸臂梁，求解加工某瞬時刀具在切削力作用下的彈性變形；(2)基于有限元方法對切削過程進行仿真，計算刀具、工件變形。對于實際端銑切削過程而言，運用解析方法較難求解工件加工過程中的變形情況，因此有限元方法成為進行切削力作用下的加工變形誤差預測的有效方法。

裝夾因素，夾具在加工過程中可保證工件在切削力、離心力、慣性力等外力的作用下不發生振動或位移，但裝夾位置及裝夾力大小不當均會引起工件的彈性變形，導致加工完成撤除夾具工件回復自由狀態后產生回彈，從而造成尺寸超差。

裝夾力引起的彈性變形誤差雖然Hertz接觸理論等解析方法在工件-夾具系統剛度求解中得到廣泛應用，但由于端銑加工對象多為具有較為復雜的內部型腔結構，該類零件在裝夾力的作用下所發生的三維彈性變形問題也并非簡單的接觸變形問題，因此解析計算方法并不適用于求解端銑加工的加工變形問題。