1.立铣刀铣削加工表面精度分布一致性的工艺设计与验证方法,其特征在于:具体包括以下步骤:
S1、立铣刀铣削侧立面加工误差一致性的设计目标:
提出立铣刀铣削侧立面加工误差一致性的设计目标,并利用设计目标对加工表面精度一致性进行评判;
其中所述加工表面形成时,所述加工表面误差受各个因素的影响程度存在差异,所述加工表面精度一致性是加工表面精度沿进给速度方向和切深方向的分布呈现的变化特性,为了评判加工表面精度一致性,提出立铣刀铣削侧立面加工误差一致性的设计目标,根据多个影响因素汇总得到变量集合为Q={n,fz,ap,ae,M,a,d,l,β,θ,Δy},式中n为主轴转速;
fz为每齿进给量;ap为铣削深度;ae为铣削宽度;M为铣削振动;a为刀齿误差分布;d为铣刀直径;l为刀刃长度;β为螺旋角;θ为角度误差;Δy为位置误差;
所述位置误差计算公式为:Δy=yg‑yg(0);
S2、立铣刀铣削侧立面加工误差一致性的设计变量识别分析方法:
对所述加工表面精度的设计变量进行重新设计规划,给出立铣刀铣削侧立面加工误差一致性的设计变量识别分析方法,分析影响因素的影响程度以及其存在的交互作用,从而控制设计变量;
其中具体包括以下步骤:
S201、主要设计变量识别方法;
在铣削加工过程中存在多种设计变量影响甚至交互作用的情况,考虑各个设计变量对加工误差一致性的影响,对各个变量进行识别及分析,选取加工表面误差主要设计变量为铣刀主轴转速、每齿进给量、切削深度以及切削宽度、刀齿误差分布、铣削振动、铣刀直径、刀刃长度和螺旋角,为了识别出对加工表面有直接影响的设计变量,对以上设计变量进行单因素方差分析,单因素方差实验中得到F值为两个设计变量均方的比值,Fcrit为F值相应显著水平下的临界值,F值大于Fcrit,则表明影响显著;P‑value为相应F值的置信概率,通常小于0.05为二者存在显著影响,小于0.001为高度显著影响;根据方差值分析,对各设计变量的影响程度由大到小排序,铣削振动>刀齿误差>每齿进给量>切削宽度>切削深度>铣刀主轴转速>铣刀直径>刀刃长度>螺旋角,其中铣刀直径、刀刃长度、螺旋角影响因素对加工表面精度的一致性的影响程度小,因此确定设计变量为主轴转速、每齿进给量、铣削深度、铣削宽度、铣削振动和刀齿误差分布;
S202、设计变量影响程度的识别方法;
首先对设计变量n、fz、ap、ae、M、a分别进行表面形貌仿真,然后通过误差计算方法解算得到位置误差的误差平均值 误差最大值Mamax;误差最小值Mamin;然后通过上述提出的评判方法评判各个设计变量的一致性程度;
S203、设计变量耦合作用的识别方法;
各个设计变量存在耦合作用,先进行响应面分析,然后对响应面模型进行响应面显著性分析,得到影响因素之间存在交互作用,最后进行多因素方差分析,得到影响因素间的耦合作用,再进行响应面分析前提出中心试验设计方案,然后根据中心试验设计方案和之前设计变量的仿真结果构建响应面模型,因此,为解析加工表面误差对铣削工艺设计变量的响应特性,构建二阶表达式 式中,y0为初始待定值,pi为xi的影响系数,pij为xi和xj交互作用影响系数,Q为拟合误差及噪声影响,在此模型中服从正态分布;
S3、立铣刀铣削侧立面加工误差一致性的设计模型:
通过设计目标及设计变量,对已有的工艺设计方法进行优化,提出新的立铣刀铣削侧立面加工误差一致性的设计模型;
所述立铣刀铣削侧立面加工误差一致性的设计模型从提高加工精度一致性出发,从研究铣刀特征参数入手,通过铣削加工工艺方法及机床来研究铣刀的特征参数,得到各个影响因素,然后将各个影响因素进行表面形貌仿真得到加工表面误差和角度误差,分别从进给速度方向和切削深度方向对其进行加工表面误差解算,通过铣削侧立面加工误差一致性的设计目标对解算结果进行加工表面精度整体水平和一致性程度进行评判,如果评判不合格,则通过加工表面精度整体水平影响因素辨识再对各个设计变量调整规划,提出新的加工精度一致性工艺方案,重新对其解算;如果评判合格,则进行铣削实验验证,如果实验验证了加工精度一致性水平提高,则说明该工艺设计方案的一致性和可行性,如果实验验证没有通过,则重新设计实验方案进行评判;
S4、立铣刀铣削侧立面加工误差一致性的设计流程的验证方法:
提出立铣刀铣削侧立面加工误差一致性的设计流程的验证方法,所述验证方法,主要通过将新工艺方案分别和旧工艺方案、实验方案进行对比验证铣削侧立面加工误差一致性的设计模型的加工精度一致性;首先分别按照铣削侧立面加工误差一致性的设计目标分别从新工艺方案、旧工艺方案和实验方案中的实际加工表面和设计基准表面沿着进给速度方向和切削深度方向按照1/2铣刀半径的间距和切削深度方向0mm、5mm、10mm,的距离取nxi和nγi个点,采用误差计算方法分别计算这些点对应进给速度方向和切削深度方向的加工表面误差分布曲线,按照评判方法分析加工表面特征点位置误差和角度误差的平均值Ma、最大值Mamax和最小值Mamin,然后新工艺方案和旧工艺方案进行灰色关联度分析计算,按照评判标准评判其一致性的好坏,并且按照评判标准将新工艺方案和旧工艺方案进行对比,如果新工艺方案的关联度都比旧工艺方案的关联度高时,则说明新工艺方案一致性程度高,而新工艺方案和实验方案通过比较误差最大值和最小值与平均值的接近程度,如果新工艺方案比实验方案误差最大值和最小值更接近于误差平均值,则说明新工艺方案的精度高,误差小,从而验证了设计模型的加工精度和一致性水平。