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申请/专利权人：山西清华航天装备有限责任公司;西北工业大学

摘要：本发明公开了一种薄壁件切削无迭代加工误差预测方法，首先对侧铣薄壁件耦合效应阶段的PBCP进行分析和建模，然后在铣削薄壁件单一因素的PBCB模型的基础上建立铣削薄壁件的PBCP模型元素间影响规律，最后进行无迭代的加工误差预测。本发明在预测效率方面，避免了迭代，并且得到了预测点的误差。

主权项：1.一种薄壁件切削无迭代加工误差预测方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：对侧铣薄壁件耦合效应阶段的PBCP进行分析和建模；步骤1-1：设在铣削过程中只有薄壁件发生变形，而刀具不变形；步骤1-2：侧铣过程中单个薄壁件的切削过程分为五种阶段，分别是接触前阶段、接触阶段、变形阶段、平衡阶段和切削阶段；设ω为刀具的转速，δ为薄壁件一个单元的变形量，Δ为薄壁件一个单元的最大变形量，vwkp是刀具一个单元的移动速度，ae为标称切削深度，aea为实际切削深度；在接触前阶段，刀具与薄壁件不接触，dFx和dFk都是0，其中dFx是刀具对零件施加的单元力，dFk是零件对刀具施加的单元力；在接触阶段，力和变形仍为0；在变形阶段，无论dFx和dFk是否为0，薄壁件都会变形；随着变形量的增大，dFk会逐渐变大，变形使切削参数发生变化；dFx等于dFk，此时刀具和薄壁件将处于平衡状态，即处于平衡阶段，其变形将达到最大值；在切削阶段，薄壁件切削部分开始塌陷，刀具开始切削；步骤1-3：平衡阶段用于建立计算变形和稳定切削参数的模型，得式1：dFx＝dFk1其中，dFx通过切削力模型获得，如式2和3所示： 其中Kte、Kre分别是切向和径向边缘力系数，Ktc、Krc分别是切向和径向剪切力系数，dz是是切向差动切削力，dFt是径向差动切削力，dFr是轴向差动切削力的厚度，dFx是垂直于工件的切削力差，dFy是沿进给方向的差切削力；ftA是实际进给量，是实际切入角度；其中ftA和根据变形量求得，它们的关系如下： 其中，r表示刀具半径；eft是每刀进给量误差；dFk是薄壁件的一个单元对刀具所产生的弹性力，由式6求得：dFk＝kΔ6式中k为等效刚度系数，k是一个变量，取决于啮合位置、零件几何形状和变形；步骤1-4：由式1-式6，得式7，式7是单一因素的PBCP模型；误差是唯一的未知变量，求解式7，即得到刀具的一个单元刀槽的实际切削参数；dFxΔ＝dFkΔ7步骤2：在铣削薄壁件单一因素的PBCB模型的基础上建立铣削薄壁件的PBCP模型元素间影响规律；步骤2-1：前一个刀元的作用会影响下一个刀元的初始切削深度和加工误差；因此，PBCP模型应考虑各要素之间的影响；在铣削过程中，在一个进给位置，刀具的每个刀元将与薄壁件一个接一个的接触；所述刀元为刀具分割成很多微元的一个；所述元素为各相啮合的微元之间的影响；分析刀具切入时对后续切削的影响，当刀具和薄壁件的第i个元素进入平衡阶段时，薄壁件将会发生变形，这将使薄壁件的第i+1个元素也发生变形；此时，由于刀具存在滞后角，刀具的第i+1个刀元将不会与相应的薄壁件元素接触；当第i个刀元切割一段时间后，刀具和薄壁件的第i+1的元素才到刚刚接触的阶段，之后刀具和薄壁件的元素i+1将达到平衡阶段，随后进行切削；步骤2-2：假设第i个元素的误差为ei；单元的初始切割深度aeni+1通过消去ae中的ti获得，如式9所示；零件的第i+1个单元开始切削时会产生变形Δi+1，因此，第i+1个单元的误差ei+1等于ti与Δi+1的和；第i+1个单元的误差ei+1由式10求得： aeni+1＝ae-ti9 其中，ti为ei对第i+1个元素的影响，Δi+1为零件的第i+1个单元开始切削时产生的变形，ei为第i个元素的误差，aeni+1为单元的初始切割深度；将式9、式10修改为式12、式13： 步骤3：无迭代的加工误差预测方法；步骤3-1：确定刀具和薄壁件的切削位置；设刀具的凹槽从薄壁件的边缘开始进给，则通过每齿的公称进给量和薄壁件的厚度得到切削位置；步骤3-2：等效刚度系数的计算；等效刚度系数k取决于刀具和薄壁件的接触位置、零件几何形状、材料的去除和变形；薄壁件的几何形状和切削位置都是固定的，因此k只需要考虑材料的去除和变形的过程；k能够通过采样和插值得到，在薄壁件表面均匀抽取采样点；每次对一个采样点施加试验力Ftest，并通过有限元法FEM获得其相应的变形量M；随后，根据Ftest和M计算每个采样点的等效刚度系数k；由于切削位置坐标已知，在得到采样点的坐标后，通过插值计算切削位置的等效刚度系数k；步骤3-3：修改每个切削位置的每齿进给量；由于变形的存在，在前一次切削过程中，凹槽的实际每齿进给量和公称每齿进给量是不同的，误差为eft1，前一次切削的eft1将扩大下一个凹槽的每齿标称进给量；因此，在计算下一个凹槽的变形之前，需要修改其每齿的公称进给量，下一个凹槽的每齿标称进给量为ftN2。

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