[发明专利]一种介观尺度零件加工误差预测以及控制方法

说明书

技术领域

一种介观尺度零件加工误差的诊断与加工精度的控制方法，属于精密制造领域，具体涉及一种基于尺度效应的介观尺度零件多工位制造误差建模预测方法。 

背景技术

介观尺度零件尺寸小、几何特征多、精度要求高，需要经过多个工序才能完成加工，因此加工过程中的误差源繁多，加工精度难以保证。目前针对多工序加工过程误差传递的建模诊断和控制方法有状态空间建模法、Group EWMA法、动态工序质量控制模式和e-质量控制模式等，但都为宏观尺度下的建模，针对介观尺度的加工误差预测与控制方法较少。 

介观尺度零件微切削过程中，通常采用极小的进给量和切削厚度，尺度的变化导致了材料特性、成形机理及切削特性等方面出现异于宏观情况下的变化，即出现尺度效应现象。当进给量减小至微米级时，切削比能出现异常增大的现象，单位切削力出现非线性增大的现象。当切削厚度与切削刃口钝圆半径相当时，刀刃不能再看成是绝对锋利的，而应考虑刃口钝圆半径对切削的影响，当切削厚度远小于切削刃半径时，刀具经过时工件仅发生弹性变形；当切削厚度与切削刃半径接近时，由于实际的切削前角变为负角，发生犁切现象，此时工件产生弹塑性变形；当切削厚度再进一步增大时才会产生切屑且不连续的现象。 

因此在进行介观尺度零件加工精度控制时，必须考虑宏观切削中忽略掉的一些因素对加工精度的影响，如刃口钝圆半径、最小切削厚度等。此外由于零件尺度小，刀具与工件的刚度较小，且随着切削的进行工件刚度呈动态变化， 这势必影响最后的加工精度。针对介观尺度零件微切削过程，通过定量分析并揭示加工过程中偏差流的传递规律可以改变依赖经验对比的工艺控制方法，提高零件的加工精度。在介观尺度零件加工过程中，影响加工精度的误差源主要有设备和加工方法两个方面，即机床、刀具、夹具以及工艺方法等。 

为了能够有效控制介观尺度零件制造过程中的加工精度并进行主动防控，实现精密微小零件多工序数字化制造，需要建立包含尺寸误差传递的模型和多元统计过程控制及误差源诊断的加工精度控制体系。 

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种基于尺度效应的介观尺度零件多工位制造误差预测方法，能够建立起反映零件制造误差的主要误差源的误差传递模型，从而有效预测出零件的制造误差。 

为达到上述目的，本方法包括以下步骤： 

步骤1、针对待预测的介观尺度零件进行特征分析，提取加工特征的加工精度要求，并根据该加工精度要求确定关键零件特征KPC。 

步骤2、获取待预测的介观尺度零件加工的多工位加工制造过程中每一道工序中的刀具信息、机床信息、装夹信息以及切削参数信息。 

步骤3、对于第k道工序，其包括l个特征面的加工过程；根据装夹信息预测夹具误差根据机床信息确定切削时的刀具跳动、颤振状态，结合刀具信息及切削参数信息预测铣削力，并计算因铣削力作用引起的刀具变形量和工件变形量同时计算得到第k道工序中刀具误差传递矩阵以及第k道工序中工件误差传递矩阵则刀具变形误差工件变形误差