[发明专利]一种大型盘铣刀平面铣削的柔性加工表面误差的预测方法

说明书

本发明公开了一种大型盘铣刀平面铣削的柔性加工表面误差的预测方法，涉及加工表面误差的预测领域，包括以下步骤：建立单步分析标准有限元模型并提取分析文件，建立主循环分析步，获得柔性主循环切削力集合的节点位置和初始值，初始化柔性主循环有限元分析模型文件，确定子循环切削位置处的瞬时切削力，更新子循环有限元分析模型文件，有限元分析，柔性加工误差计算，判断柔性误差计算的子循环是否收敛，判断切削过程是否结束，表面加工误差点云处理，获得表面加工误差云图。该方法可以实现对大型盘铣刀加工后的全表面柔性加工误差形貌的仿真，更加全面的研究大型盘铣刀平面铣削加工误差形成机理，为加工过程的设计和控制策略开发提供了先决条件。

技术领域

本发明涉及加工表面误差的预测领域，尤其涉及一种大型盘铣刀平面铣削的柔性加工表面误差的预测方法。

背景技术

大型盘铣刀平面铣削方式被广泛地应用于发动机缸体缸盖的实际生产中，通过该方式加工后的发动机缸体缸盖表面质量不仅是评价加工过程的重要指标，同时与发动机缸体缸盖的密封性密切相关。平面铣削是一个材料去除的过程，切削过程中，由于切削力的存在，工件会发生变形，导致切削位置处实际切削深度偏离名义切削位置、材料去除率发生变化，形成加工误差，导致加工后的表面质量呈现波动，影响加工表面的服役性能。

平面柔性加工误差通常有两种：一种是加工过程中工件在铣削力作用下发生变形，导致实际切削位置偏离理论切削位置，用切削点偏离名义切削位置的偏移量表示，反映的是切削瞬时切削位置处的加工误差，通常用于加工误差的补偿控制；另一种是加工过程中，工件在铣削力作用下发生变形，导致实际切削量偏离名义切削量，从而形成偏离名义尺寸的加工残留误差，通常由加工变形量的累积形成，表现为加工后表面高度呈现非均匀的分布，通常用平面高度点云或者表面形貌来描述，反映的是全切削时间域内的表面误差集合。

不同于直径较小的立铣刀点-线加工方式，大型盘铣刀平面铣削的范围通常比较大，不适用于通过瞬时切削点的加工补偿来控制加工误差，而需要建立加工结束后整个加工表面的误差。特别是对于薄壁结构、多孔洞复杂结构刚度较低的工件，大型盘铣刀加工时由于多齿接触特性，在铣削力作用下形成较大的工件柔性变形，影响最终的表面加工误差的波动、分布不均。

经检索发现，唐东红等在论文“端铣加工工件变形仿真预测方法研究”(《北京理工大学学报》2008年第28卷第8期，678-681页)中提到采用加工过程离散与载荷等效的方法将瞬态铣削力施加于工件的有限元模型上，可以模拟工件三维铣削加工过程中的变形。该方法采用理论计算将加工过程离散化的计算的结果作为有限元加载值，参与有限元的分析，实现了瞬时工件变形的预测。其主要采用准静态加载的方式模拟了缸体的瞬时加工误差，而无法建立全时间域内的表面加工变形。李目等在论文“铣削加工中工件变形仿真预测方法研究”(《机械制造》2010年第48卷第545期，51-55页)中提到铣削加工是一个较复杂的过程，同时伴有进给运动和旋转运动，且载荷周期性地加载在工件上进行切削。并提出基于热——机耦合弹塑性有限元方法，采用