周铣过程中加工误差预测方法技术

本发明专利技术公开了一种周铣过程中加工误差预测方法，用于解决现有的加工误差预测方法准确性差的技术问题。技术方案是针对刀具柔性较大的圆周铣削加工过程，从铣削力预测出发，借助圆弧近似和悬臂梁理论等近似处理方法，建立了集成刀具变形和刀齿轨迹的加工误差预测模型，与现有技术相比较，本发明专利技术通过集成刀具变形和刀齿的螺旋轨迹对铣削加工过程的影响，较完整地揭示了铣削加工中加工误差的形成机理；通过考虑刀齿的螺旋轨迹，克服了现有的误差预测方法不能预测加工工件表面形貌的不足，提高了周铣过程中加工误差预测的准确性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种加工误差预测方法，特别是。
技术介绍
周铣是加工各种凸凹模以及航空零件最常用的加工工艺之一。加工误差将降低工 件的精度，影响工件的使用性能，过大的加工误差甚至导致工件报废。对加工误差的预测， 是最终实现加工质量控制的核心环节。因而研究铣削加工过程中的加工误差和表面形貌的 生成机理和控制策略，对于实现加工过程的高效化和精密化至关重要。加工误差主要来源于刀具和工件在铣削力的作用下产生的变形。刀具的旋转运动 与进给运动叠加造成的刀齿螺旋轨迹也是加工误差的一个重要来源。此外，刀具磨损、偏置 以及加工系统的颤振等因素都会对加工误差的形成过程产生重要的影响。针对刀具柔性 相对工件柔性较大的铣削加工过程，基于刀具变形，文献1 “S. H. Ryu, H. S. Lee, C. N. Chu. The form error prediction in side wall machining considering tool deflection, International Journal ofMachine Tools and Manufacture, 2003,43 :1405-1411. "7J^Jf 了一种加工误差预测方法，包括如下步骤(1)建立周铣加工铣削力预测模型，确定铣削力系数和刀具偏心参数的表示格式。(2)给定加工参数，将刀具划分为有限个等高梁段，预测任意刀具旋转角度时作用 在各梁段上的单元铣削力。(3)将刀具近似为悬臂梁，计算任意刀具旋转角度时各单元铣削力引起的刀具变 形值。(4)在任意主轴切深处，通过累加各单元铣削力引起的刀具变形获得刀具的总变 形值。(5)提取与加工表面相关的刀具总变形值作为加工误差的预测值。加工误差通过刀具变形直接获得。其缺陷表现为一方面，刀具变形和刀齿的螺旋 轨迹是同时发生于铣削加工过程中的两种互相影响的现象，由于单独考虑刀具变形，忽略 刀齿的螺旋轨迹对加工过程的影响，没有完整地揭示了铣削加工中加工误差的形成机理。 另一方面，由于没有考虑刀齿的螺旋轨迹对铣削加工过程的影响，上述方法的预测结果不 能显示加工工件的表面形貌。文献2 "W. -S. YUN, J.H.K0，D. -ff. CH0, et al. Development of a virtual machiningsystem, Part 2 -prediction and analysis of a machined surface error, International Journal ofMachine Tools and Manufacture, 2002,42 :1607-1615. "i^Hj 了一种加工表面三维误差的预测方法，并分析了铣削力分布对加工误差的影响。
技术实现思路
为了克服现有的加工误差预测方法准确性差的不足，本专利技术提供一种周铣过程中 加工误差预测方法，针对刀具柔性较大的圆周铣削加工过程，从铣削力预测出发，借助圆弧近似和悬臂梁理论等近似处理方法，建立了集成刀具变形和刀齿轨迹的加工误差预测模 型，可以提高周铣过程中加工误差预测的准确性。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是一种周铣过程中加工误差预测方 法，其特征在于包括下述步骤(1)建立周铣加工铣削力预测模型，将切向铣削力系数尽(州和径向铣削力系 数(州采用幂指数形式表示为⑷],.⑷]mT(《 = T,R)，采用径向偏心模型 表示刀具偏心，基于铣削试验标定铣削力系数!^，!^，!^和％及刀具偏心参数P和入。(2)将刀具参与切削的区域沿轴向划分为N个等高梁段，通过下式计算任意刀具 旋转角度时作用在刀齿片U，j}上的单元铣削力权利要求1. 一种，其特征在于包括下述步骤(1)建立周铣加工铣削力预测模型，将切向铣削力系数约]和径向铣削力系数夂R[/州采用幂指数形式表示为全文摘要本专利技术公开了一种，用于解决现有的加工误差预测方法准确性差的技术问题。技术方案是针对刀具柔性较大的圆周铣削加工过程，从铣削力预测出发，借助圆弧近似和悬臂梁理论等近似处理方法，建立了集成刀具变形和刀齿轨迹的加工误差预测模型，与现有技术相比较，本专利技术通过集成刀具变形和刀齿的螺旋轨迹对铣削加工过程的影响，较完整地揭示了铣削加工中加工误差的形成机理；通过考虑刀齿的螺旋轨迹，克服了现有的误差预测方法不能预测加工工件表面形貌的不足，提高了周铣过程中加工误差预测的准确性。文档编号B23C3/00GK102059381SQ20101053552公开日2011年5月18日 申请日期2010年11月4日 优先权日2010年11月4日专利技术者万敏, 党建卫, 张卫红, 杨昀, 王怡婷 申请人:西北工业大学本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种周铣过程中加工误差预测方法，其特征在于包括下述步骤：（１）建立周铣加工铣削力预测模型，将切向铣削力系数Ｋ↓［Ｔ］［ｈ↓［ｉ，ｊ］（φ）］和径向铣削力系数Ｋ↓［Ｒ］［ｈ↓［ｉ，ｊ］（φ）］采用幂指数形式表示为Ｋ↓［ｑ］［ｈ↓［ｉ，ｊ］（φ）］＝ｋ↓［ｑ］［ｈ↓［ｉ，ｊ］（φ）］↑［ｍ↓［Ｔ］］（ｑ＝Ｔ，Ｒ），采用径向偏心模型表示刀具偏心，基于铣削试验标定铣削力系数ｋ↓［Ｔ］，ｍ↓［Ｔ］，ｋ↓［Ｒ］和ｍ↓［Ｒ］及刀具偏心参数ρ和λ。（２）将刀具参与切削的区域沿轴向划分为Ｎ个等高梁段，通过下式计算任意刀具旋转角度时作用在刀齿片｛ｉ，ｊ｝上的单元铣削力：［＊＊＊］ｈ↓［ｉ，ｊ］（φ）ｗ↓［ｉ，ｊ］（φ）式中，ｉ＝１，２，…Ｎｆ，Ｎｆ是刀齿数，ｊ＝１，２，…，Ｎ。ｈ↓［ｉ，ｊ］（φ）表示对应于刀齿片｛ｉ，ｊ｝在刀具旋转角度时的瞬时未变形切屑厚度；ｗ↓［ｉ，ｊ］（φ）刀齿片的轴向高度。ｈ↓［ｉ，ｊ］（φ）通过下式计算：ｈ↓［Ｆ，ｉ，ｊ］（φ）＝ｍ↓［ｉ，ｊ］ｆｓｉｎθ↓［ｉ，ｊ］（φ）＋ρｃｏｓ［λ－ｚ↓［ｊ］ｔａｎ（β↓［０］）／Ｒ－２（ｉ－１）π／Ｎ↓［ｆ］］－ρｃｏｓ［λ－ｚ↓［ｊ］ｔａｎ（β↓［０］）／Ｒ－２（ｉ－ｍ↓［ｉ，ｊ］－１）π／Ｎ↓［ｆ］］式中，ｆ是单齿进给量，β↓［０］是刀具螺旋角，ｚ↓［ｊ］是刀齿片｛ｉ，ｊ｝中点的Ｚ向高度，Ｒ是刀具名义半径，ρ和λ是刀具偏心参数，ｍ↓［ｉ，ｊ］表示当前刀齿片切削的是之前第ｍ↓［ｉ，ｊ］个刀齿片留下的材料。（３）将各个侧齿上的力转化到Ｘ和Ｙ方向：＊＊＊式中，θ↓［ｉ，ｊ］（φ）是刀具旋转角度φ处与刀齿片｛ｉ，ｊ｝对应的切削角度，是从Ｙ向顺时针到刀齿片｛ｉ，ｊ｝的中点所转过的角度。（４）当第ｎ个刀齿的高度ｚ处对应的切削角度为π时，通过累加所有单元铣削力产生的变形获得刀轴高度ｚ处的总变形：δ↓［ｓ］（φ↓［θ↓［ｎ，ｚ］］＝π］）＝＊δ↓［ｓ］↑［ｉ，ｊ］（φ↓［θ↓［ｎ，ｚ］＝π］）（ｓ＝Ｘ，Ｙ）式中，δ↓［ｓ］↑［ｉ，ｊ］（φ↓［θ↓［ｎ，ｚ］＝π］）表示第ｎ个刀齿的高度ｚ处对应的切削角度为π时，刀轴高度ｚ处由于作用在刀齿片｛ｉ，ｊ｝上的单元铣削力产生的变形，通过下式计算：δ↓［ｓ，ｚ］↑［ｉ，ｊ］（φ）＝Ｆ↓［ｓ，ｉ，ｊ］（φ）（Ｌ－ｌ）↑［２］（５Ｌ＋３ｚ↓［ｊ］－２ｌ）／６ＥＩ↓［２］＋Ｆ↓［ｓ，ｉ，ｊ］（φ）（Ｌ－ｌ）（３Ｌ－２ｚ↓［ｊ］－ｌ）（Ｌ－ｚ↓［ｊ...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：党建卫，张卫红，杨昀，王怡婷，万敏，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：87[中国|西安]